多轴联动NURBS轨迹插补算法及其轮廓误差抑制技术

发布时间：2022-07-12 18:28

　　具有变曲率曲线/曲面几何特征的零件在航空航天、能源动力等领域高端装备中应用广泛,该类零件往往服役于重要场合且需求量大。然而,由于该类零件加工中复杂变曲率加工轨迹的存在,导致其加工精度、表面质量及效率难以得到同时保证,提高变曲率零件的高质高效加工能力是工业生产领域面临的长久任务。三轴及五轴联动数控加工是变曲率零件的重要生产手段,然而,传统数控系统直线/圆弧插补方法在用于变曲率零件加工时,需将变曲率加工轨迹表示为微小直线/圆弧段,这导致小程序段过渡位置处具有一阶不连续点而产生频繁加减速现象,影响加工效率与表面质量;此外,由于数控进给驱动系统存在伺服滞后,且随进给速度提高而增大,因此在高进给速度多轴联动跟踪变曲率曲线加工轨迹时,极易导致实际运动位置与理想刀轨轮廓间产生较大轮廓误差,影响加工精度。上述问题致使传统数控加工技术难以直接实现变曲率零件的高质高效加工,往往需要附加多次精加工及反复修磨等工艺,不仅增加了制造成本,更严重制约着高端装备批产进程。由此可见,变曲率零件的高质高效加工对多轴联动数控技术提出了严峻挑战。因此,本文面向变曲率零件高质高效加工需求,围绕传统数控技术应用于该类零件加工时... 

【文章页数】：167 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
主要符号表
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 参数曲线插补算法研究现状
        1.2.2 轮廓控制技术研究现状
        1.2.3 研究现状评述
    1.3 研究内容
2 速度敏感区间恒速三轴NURBS轨迹插补算法
    2.1 引言
    2.2 NURBS曲线基础及提出的算法概述
    2.3 多重约束下基于进给速度敏感区间的速度规划
        2.3.1 几何、法向驱动条件及轮廓误差约束下的许用速度计算
        2.3.2 速度敏感区间及其相应许用进给速度值计算
        2.3.3 非敏感区间内升/降速起始点确定
    2.4 插补点参数计算
        2.4.1 位移控制的进给速度生成
        2.4.2 基于参数补偿的二阶Runge-Kutta参数插补法
        2.4.3 过渡点速度校正
    2.5 仿真试验验证
    2.6 本章小结
3 三轴联动空间轮廓误差的等效平面交叉耦合控制
    3.1 引言
    3.2 等效平面建立
        3.2.1 从三维空间到二维等效平面的解耦
        3.2.2 二维等效平面到实际三维空间的耦合
    3.3 等效平面交叉耦合控制
    3.4 仿真试验验证
    3.5 本章小结
4 速度敏感区间恒速五轴双NURBS轨迹插补算法
    4.1 引言
    4.2 五轴双NURBS插补基本原理及提出的算法概述
    4.3 区间恒速五轴双NURBS轨迹预处理速度规划
        4.3.1 物理轴驱动能力约束下的速度敏感区间确定
        4.3.2 各速度敏感区间内恒定速度值计算
        4.3.3 五轴双NURBS曲线插补升/降速起始点参数及对应速度值计算
    4.4 五轴双NURBS插补点及物理轴轨迹生成
        4.4.1 速度与参数插补
        4.4.2 基于Jacobi矩阵的Adams预估-校正物理轴位置计算方法
    4.5 仿真试验验证
    4.6 本章小结
5 五轴联动轮廓误差双环补偿方法
    5.1 引言
    5.2 五轴联动轮廓误差估计
    5.3 五轴联动轮廓误差双环补偿
    5.4 仿真试验验证
    5.5 本章小结
6 开放式五轴运动控制实验系统搭建与综合试验验证
    6.1 引言
    6.2 开放式五轴运动控制实验系统搭建
    6.3 综合试验测试结果与讨论
    6.4 实际试件加工测试结果与讨论
        6.4.1 三轴加工测试
        6.4.2 五轴加工测试
        6.4.3 典型试件加工
    6.5 本章小结
7 结论与展望
    7.1 结论
    7.2 创新点
    7.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介



本文编号：3659628