鞋楦高速数控加工进给速度规划方法研究

发布时间：2020-10-16 10:54

　　 高速加工技术具有高效、优质、低耗的特点,已成为模具加工工艺的主流。其中合理的规划进给速度是实现高速加工技术的必要手段。模具高速加工过程中,在轮廓较为复杂的曲面处往往会出现机床各轴振动加剧的情况,降低加工的平稳性,同时对工件表面产生冲击,影响加工质量。本文针对鞋楦高速加工过程中,进给速度合理规划的问题,提出了考虑机床各轴运动学特性约束的进给速度规划方法。核心为利用有限差分法求解微分的方式,建立进给速度规划数学模型,并通过加速度曲线光顺,进一步调整进给速度,完成高速加工进给速度整体规划。其目的是在高速加工过程中,各轴在符合运动学特性约束的前提下,尽可能提高进给速度,从而提升加工效率,改善加工质量,降低机床各轴的冲击损耗。论文主要工作如下:(1)机床各轴运动学特性约束值确定。分析五轴数控机床运动学变换方式,明确工件坐标系与机床坐标系的转换关系,提出使用有限差分法计算高速加工中各轴运动学特性,并采用理论计算与具体实验结合的方式,确定机床各轴运动学特性约束值。(2)高速加工进给速度规划。根据各轴运动学特性约束,提出进给速度规划数学模型并求解,随后对运动学特性超出约束的轴进行加速度曲线光顺,并以此为依据对进给速度进行调整,从而使加工过程中各轴运动学特性均在约束范围之内。(3)进给速度规划算法软件实现与仿真验证。使用Visual Studio 2013开发平台设计并实现了速度规划处理软件,在加工前对数控程序的进给速度进行整体的规划,并利用Vericut8.0对程序进行加工仿真,验证了算法以及软件的可行性。(4)鞋楦加工实验。将使用速度规划软件处理后的数控程序在鞋楦五轴数控机床上进行实际加工,与未规划时的加工时间进行对比,并观察鞋楦的加工效果与机床运行情况,验证进给速度规划方法的有效性。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TS943.6
【部分图文】：

期来设计鞋楦的母体，并使用手工制造，这样就延长了产品出厂时间，导致很难??形成同类竞争。??二十一世纪以来，随着计算机技术带动数控加工技术的不断发展，计算机辅??助设计制造技术登上了舞台，慢慢应用于鞋楦制造业。ＣＡＤ／ＣＡＭ技术的应用，大??大减少了鞋楦制造的成本，降低了产品设计开发时间，提高了质量，全方位的改??变了制楦行业的现状。使用计算机辅助设计制造制楦流程图如下所示。??／＂?Ｎ??１＾?１?｛?１?齡細＇分、＋Ｊ３）?刀位轨迹规划、?ｆ?］?＇??实物模型一？仿形测量一？?—？编写数控程序、一＊？测量修正一？产品??Ｉ?＿Ｌ???Ｊ?数控加工?＾——－Ｊ????＼?ｙ??图１－５?ＣＡＤ／ＣＡＭ制楦工艺流程??Ｆｉｇ．?１－５?Ｌａｓｔ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ＣＡＤ／ＣＡＭ??首先使用测量机对鞋楦实物模型进行测量，将实体转换为数据，接下来运用??计算机曲面几何设计的方法，对鞋楦数据进行设计和造型，得到鞋楦的三维模型。??然后对模型进行加工前的刀位轨迹规划，使之生成可以适合企业专用鞋楦机生产??的数控程序。最后，在数控加工生成实物之后，对产品进行测量和修正，就可以??交付用户了。??

?高速数控加工进给速度规划约束确定???通常来讲，三轴数控机床是具有三个平移轴的机床结构，五轴数控机床即在??平移轴的基础上添加两个旋转轴，由旋转轴与平移轴之间的运动方式可以将五轴??机床分成以下三类：ＴＳＴ，ＴＲＴ，ＳＲＴ，即工作台与刀具同回转机床（Ｔａｂｌｅ／Ｓｐｉｎｄｌｅ??Ｔｉｔｌｉｎｇ?Ｔｙｐｅ?Ｍａｃｈｉｎｅ），工作台回转机床（Ｔａｂｌｅ?Ｒｏｔａｔｉｎｇ／Ｔｉｔｌｉｎｇ?Ｔｙｐｅ?Ｍａｃｈｉｎｅ），刀??具双摆动数控机床（Ｔａｂｌｅ／Ｓｐｉｎｄｌｅ?Ｔｉｔｌｉｎｇ?Ｔｙｐｅ?Ｍａｃｈｉｎｅ）。具体形式分别如下图所示。??

该型机床的运动变换方式，首先计算两旋转轴５、Ｃ＇的旋转系可知，求解旋转角度的过程，实质上就是将５－Ｃ确定转换到工件坐标系，相当于将刀具旋转５，?－ｃ■角中，刀轴矢量设为假设与工件坐标系重合，当其之后，则相当于工件对于刀具旋转了?Ｃ角度。则有下式：??Ｃ?＝?－?ａｒｃｔａｎ?—?，?ａｖ?２?０且七?＞?０??Ｃ?＝?－１８０°?＋?ａｒｃｔａｎ」■，ａ?，?２０且＼?＜０??ａ，??＜??Ｃ?＝－１８０°－ａｒｃｔａｎ」￣，ａ?仝?０且ａ?幺?０ａ，＇??Ｃ?＝?－３６０。＋?ａｒｃｔａｎ?２，ａｖ?＜?０且＼?２?０??．?ａｖ??其中若ａ?ｔ?二?０，则令?ａｒｃｔａｎ?―＾?＝?９０。??
【参考文献】

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本文编号：2843159