六轴联动铺带缠绕编程技术研究与应用

发布时间：2020-05-26 09:59

【摘要】：复合材料广泛应用于航空工业的许多重要结构件中,在这些结构件的表面铺放复合材料以增强其性能,传统的人工铺缠方式程耗时较长,成本较高,难以满足短周期、高效率的铺缠加工的需求。本文针对航空零件形状特点,研究六轴铺带铺缠机床的高效率铺缠路径规划算法。在分析铺带铺缠加工工艺要求及待铺缠件形状特点基础上,规划了铺缠加工初始路径;针对待铺缠表面局部区域曲率刀轴矢量的剧烈变化降低铺缠效率的问题,分析刀轴姿态的可行误差范围,针对六轴铺带机床结构进行运动学建模,提出采用滤波的方式在各轴行程约束下降低沿加工路径上转轴变化的波动程度,采用铺缠一圈的刀具路径进行优化,验证了刀轴姿态优化算法的有效性。针对六轴铺带铺缠机床后处理过程中冗余轴行程分配问题,依照机床各轴行程范围计算沿加工路径上冗余轴的可行域,规划冗余轴的运动轨迹:包括基于回溯法、粒子群算法以及强化学习算法;针对转台轴运动负担较大问题,搭建能够反映运动性能强化学习仿真环境,通过强化学习控制决策体在可行区域内运动进行冗余轴分配,选用测试案例检验了上述算法的有效性。针对目前国内数控系统RTCP功能不支持六轴以上机床的问题,基于六轴铺带铺缠机床结构推导了RTCP算法,完成不同结构下为保证保证刀尖跟随目标的刀尖位置变换算法推导,实现了机床坐标系各轴速度和加工坐标系下末端执行器速度的变换;并在华中8型数控系统中开发了六轴机床的RTCP功能。基于上述研究工作,针对六轴铺带铺缠机床开发了专用后置处理软件,进行仿真试验以及实际加工铺缠试验,验证了铺缠路径规划算法以及RTCP算法的有效性;进行刀轴姿态优化前后铺缠试验对比,验证了刀轴姿态优化对铺缠效率的提升;选用简单的去冗余策略的对比试验结果表明通过强化学习分配的策略有效降低转台轴的速度和加速度要求的有效性。
【图文】：

(a)优化前 (b)优化后图 1-1 对刀轴矢量平滑示意图数控加工过程中，由于各轴速度上限的约束，实际加工过程中，刀具轨迹跟程中往往无法达到程序进给速度，往往在加工部分区域机床某轴已经达到速度上此时其他轴往往远未到速度上限，，这也成为限制机床进给的关键因素。如果在加程中针对某些行程较大的转轴，增加同向转轴分担行程负担，可以有效提高加工

(a)优化前 (b)优化后图 1-1 对刀轴矢量平滑示意图加工过程中，由于各轴速度上限的约束，实际加工过程中，刀具轨迹跟无法达到程序进给速度，往往在加工部分区域机床某轴已经达到速度上轴往往远未到速度上限，这也成为限制机床进给的关键因素。如果在加某些行程较大的转轴，增加同向转轴分担行程负担，可以有效提高加工效
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP18;TB33

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本文编号：2681670