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高速高精度五轴数控系统前瞻算法研究

发布时间:2017-06-09 00:01

  本文关键词:高速高精度五轴数控系统前瞻算法研究,由笔耕文化传播整理发布。


【摘要】:随着数控自动编程技术的快速发展,对数控系统的要求也越来越高,高速高精度五轴数控加工技术逐渐成为制造业的关键性技术,被广泛应用在航空航天、汽车轮船、精密医疗、军事器械等加工领域。这些领域的加工零件形状复杂,且要求的加工质量较高,不允许加工过程中产生过切、机床振动及数据饥饿等现象。本课题针对此问题,提出了适用于五轴数控系统的前瞻控制算法,能在数控插补之前预读加工数据,分析加工轨迹,确定轨迹中的速度危险点,并计算其安全速度,对进给速度进行提前规划,实现速度高速平稳过渡,能有效提高加工效率和加工质量。论文主要研究五轴数控前瞻控制技术:建立了五轴联动数控机床通用数学模型;提出一种满足实时性要求的五轴非线性插补算法;提出一种适合高速加工的速度平稳控制算法;提出空间连续微线段前瞻控制策略。对五轴联动数控机床的运动学分析,以A/C双摆头五轴机床为例,得出其空间变换矩阵,并将其推导到A/B双摆头五轴机床的情况,并得出其转换公式,同理可应用至其它结构的五轴数控机床。论文分别对空间直线插补问题和空间圆弧插补问题进行研究,根据五轴数控机床刀具空间运动规律,详细分析了空间各个运动轴的插补过程,及其插补速度。针对S型曲线加减速方法的一种计算复杂的特殊情况,提出了半边S型曲线加减速方法,大大简化了计算过程,并提高了整体的效率。最后,在研究数控系统前瞻控制原理的基础上,结合五轴数控机床特点,提出了适用于空间连续微线段的速度前瞻控制策略,并通过仿真验证了该策略的可行性。
【关键词】:速度前瞻控制 五轴数控 S型曲线加减速 非线性插补
【学位授予单位】:华侨大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TG659
【目录】:
  • 摘要3-4
  • Abstract4-9
  • 第1章 绪论9-21
  • 1.1. 课题研究背景及意义9-11
  • 1.1.1. 课题研究背景9-10
  • 1.1.2. 五轴数控速度前瞻的意义10-11
  • 1.2. 研究现状及发展趋势11-18
  • 1.2.1. 五轴数控技术研究现状11-13
  • 1.2.2. 速度控制技术研究现状13-14
  • 1.2.3. 前瞻控制算法研究现状14-16
  • 1.2.4. 数控系统发展趋势16-18
  • 1.3. 课题研究内容18-19
  • 1.4. 课题结构及安排19-21
  • 第2章 五轴联动数控机床数学模型21-31
  • 2.1. 引言21
  • 2.2. 五轴机床简介21-25
  • 2.2.1. 坐标轴及坐标系21-22
  • 2.2.2. 分类及性能特点22-25
  • 2.2.3. 基本概念25
  • 2.3. 空间坐标变换原理25-28
  • 2.3.1. 平移空间变换26-27
  • 2.3.2. 旋转空间变换27-28
  • 2.4. 五轴刀具中心点控制技术28-30
  • 2.5. 本章小结30-31
  • 第3章 五轴联动非线性插补技术研究31-45
  • 3.1. 引言31
  • 3.2. 双摆头五轴机床RTCP模型31-37
  • 3.2.1. 平动过程31-32
  • 3.2.2. 转动过程32-33
  • 3.2.3. 通用性设计33-37
  • 3.3. 五轴联动非线性插补技术37-43
  • 3.3.1. 数控插补原理37-38
  • 3.3.2. 五轴联动实时插补算法38-43
  • 3.4. 本章小结43-45
  • 第4章 加减速算法研究45-61
  • 4.1. 引言45
  • 4.2. 加减速规划算法45-56
  • 4.2.1. 加减速方法45-50
  • 4.2.2. S型曲线加减速模型50-52
  • 4.2.3. S型加减速曲线规划52-56
  • 4.3. 速度平稳规划56-60
  • 4.3.1. 问题提出56
  • 4.3.2. 拐点速度控制算法56-58
  • 4.3.3. 算法仿真58-60
  • 4.4. 本章小结60-61
  • 第5章 五轴数控系统前瞻控制算法研究61-79
  • 5.1. 引言61
  • 5.2. 前瞻控制基本原理61-64
  • 5.2.1. 减速特征识别61-64
  • 5.2.2. 进给速度规划64
  • 5.3. 空间连续微线段速度前瞻控制64-73
  • 5.3.1. 段间转接点速度分析64-69
  • 5.3.2. 前瞻控制策略69-73
  • 5.4. 算法仿真73-78
  • 5.4.1. 传统方法75-76
  • 5.4.2. 五轴前瞻控制算法76-78
  • 5.5. 本章小结78-79
  • 第6章 总结与展望79-81
  • 6.1. 全文总结79
  • 6.2. 展望79-81
  • 参考文献81-85
  • 致谢85-87
  • 个人简历、在学期间发表的学术论文和科研成果87

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本文编号:433973

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