收藏本站
《南京航空航天大学》 2012年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

五轴数控加工中无碰刀具轨迹生成算法的研究

章永年  
【摘要】:自由曲面在国防、航空航天、汽车、消费品等领域获得了广泛应用,由于形状复杂、精度要求高,其加工比较困难。鉴于五轴加工的优越性,越来越多的自由曲面采用五轴数控机床进行加工。然而无论从研究的深度与广度来说我国的五轴联动数控技术均落后于发达国家。因此以高速、高精度为方向,对五轴联动数控技术进行持续深入的研究具有极其重要的理论与实际意义。 本文在总结国内外最新理论研究成果的基础上,对自由曲面五轴加工中的几个关键技术:刀具轨迹规划中的刀轴矢量规划、全局干涉检查算法、RTCP算法、高速高精微线段插补算法做了一些有益的研究和探索,并设计开发了具有自主知识产权的嵌入式五轴数控系统,论文的主要研究成果总结如下: 提出了一种多目标优化的平底刀刀轴矢量规划算法,可以规划出加工效率高、切削条件稳定、机床运动平稳的刀轴矢量。现有算法在确定最优刀+轴矢量时,多以材料去除率最大作为优化目标,然而加工效率最高的刀轴矢量不一定是刀具最优姿态,还需要考虑加工质量、刀具刚度、刀轴光顺等因素。本文从这几个方面建立了单个刀轴矢量优劣、相邻刀轴矢量光顺性的度量指标,并以度量指标加权和最小作为优化目标建立了刀轴矢量优化模型,将多目标规划问题转化为力学平衡问题,高斯球面上运动节点的平衡位置就是最优刀轴矢量。 提出了一种基于人工势场法的全局干涉检查算法,提高了算法的计算效率和鲁棒性。该算法通过求解复杂NURBS曲面间的最小距离判断干涉与否,并对干涉刀位给出了刀位修正算法。通过构建人工势场模型,分析虚拟小球受力情况,模拟其运动过程,获取平衡位置,将非线性方程组的求解转化为运动学中平衡位置的求取问题,可应用于NURBS、三角片或数学解析式表示的点、线、面间最小距离的求解。 提出了一种基于旋转轴插补的RTCP插补算法,减小了非线性误差,保证了插补过程中机床旋转轴的运动平稳性;当刀具长度变化时无需重新通过后置处理生成数控程序,提高了加工效率。针对刀轴矢量变化较大时该算法在插补过程中可能出现的全局干涉现象,推导了RTCP插补过程中的刀杆偏差系数公式,避免了碰撞现象的发生。 提出了一种实时前瞻的微线段直接插补算法,可以解决目前直接插补法在微线段加工中出现频繁加减速、不能精确到位的问题,实现微线段的高速高精加工。在精插补器中设计的匀变速DDA精插补算法能根据待插补直线段的始末速度在给定的插补周期内实现匀变速运动,可以减小机床冲击,改善零件表面加工质量。粗插补任务通过正向速度规划和反向速度修正,计算各微线段允许的最大拐角速度,再根据前瞻数据量和微线段允许速度实时调整实际拐角速度,最后调用匀变速DDA精插补算法实现脉冲输出。 设计开发了具有自主知识产权的嵌入式五轴数控系统。通过实际加工,验证了文中所提无碰刀具轨迹生成算法的正确性和有效性。
【学位授予单位】:

知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 石宏;蔡光起;李景奎;;混联机床五轴联动加工时刀摆的非线性误差分析与控制[J];中国机械工程;2008年06期
2 姬俊锋;周来水;安鲁陵;;开式整体叶轮数控加工技术研究[J];中国制造业信息化;2009年07期
3 王存第;;编程与实际加工在刀轴矢量上偏差的策略[J];模具技术;2008年04期
4 徐永军;虞启凯;蔡华;;五坐标端铣刀加工复杂曲面轨迹的规划[J];机械与电子;2009年08期
5 高军,司马中文,王小椿;多轴联动数控加工中转向处理的新方法[J];机械;2002年03期
6 虞启凯;徐永军;蔡华;;复杂曲面加工干涉避免及轨迹的规划[J];工具技术;2009年12期
7 牟欣,刘晓云,张曰敏;三维复杂型腔的数控加工新方法[J];计算机工程;1995年02期
8 裴爱玲;铣复杂轮廓的刀具轨迹计算及线轮廓度的保证[J];电子机械工程;1998年03期
9 刘佳坤;;对NC加工刀具轨迹中加工误差的探讨[J];中国科技信息;2008年24期
10 卢镇华;;数控镂铣切削木材的研究(五)——尖部加工精度与典型刀具轨迹控制的关系——[J];木工机床;1991年03期
11 程筱胜,刘壮,廖文和;复杂型腔行切轨迹生成算法研究[J];机械设计与制造工程;1997年01期
12 刘槐光,闫光荣,陈言秋;组合曲面的空间环切等距加工[J];工程图学学报;2002年01期
13 张振宇,张振军,梁补女;AutoCAD二维图形生成刀具轨迹的方法[J];机械研究与应用;2003年03期
14 袁袷乐;;Cimatron产品培训系列讲座 第十讲:Cimatron E数控编程-清根铣简介[J];新技术新工艺;2005年10期
15 钱学军;孙涛;;数控程序中刀具轨迹的编译[J];CAD/CAM与制造业信息化;2007年08期
16 唐建新;;数控铣削加工中刀具半径补偿功能的正确使用[J];装备制造技术;2007年11期
17 段瑞永;闫吉玲;;基于CAXA的零件数控加工编程[J];机电产品开发与创新;2009年01期
18 郑辅鸣;江开勇;林俊义;刘斌;;鞋楦数字化设计制造系统的研究与开发[J];组合机床与自动化加工技术;2009年01期
19 邓中亮;数控雕刻加工刀具轨迹自动生成方法[J];制造技术与机床;1997年07期
20 詹泳,周艳红,周云飞;带倒角平底刀曲面加工无干涉刀具轨迹生成[J];中国机械工程;1998年09期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 周纯江;;基于误差补偿的高速等残留高度刀具轨迹的研究[A];全国先进制造技术高层论坛暨第九届制造业自动化与信息化技术研讨会论文集[C];2010年
2 张昆;;数控编程数据处理方法探索[A];加入WTO和中国科技与可持续发展——挑战与机遇、责任和对策(下册)[C];2002年
3 蒋国兴;黄明吉;滕向阳;贾志新;;数控雕刻中交线加工刀具轨迹生成算法研究[A];《制造业自动化与网络化制造》学术交流会论文集[C];2004年
4 雷大江;周茂书;;五轴联动数控加工后置处理器的定制[A];中国工程物理研究院科技年报(2005)[C];2005年
5 邱晓杰;刘伟军;徐金亭;;基于STL模型的复杂回转类零件刀位轨迹计算方法[A];2008’“先进集成技术”院士论坛暨第二届仪表、自动化与先进集成技术大会论文集[C];2008年
6 唐晓初;张燕;牛家龙;;基于AutoCAD的圆柱面上非规则曲线三维建模方法[A];第十四届全国图学教育研讨会暨第六届制图CAI课件演示交流会论文集(下册)[C];2004年
7 曹佩颖;徐义平;;基于CATIA平台的中央托座五轴数控编程技术[A];2010年“航空航天先进制造技术”学术交流论文集[C];2010年
8 熊有伦;;数字化制造装备的共性关键技术[A];高档数控机床与制造工艺创新论坛论文集[C];2009年
9 唐晓初;张燕;牛家龙;;基于AutoCAD的圆柱面上非规则曲线三维建模方法[A];重庆工程图学学会第五次会员代表大会暨学术研讨交流大会论文集[C];2005年
10 童伟;申戈琍;;数控铣削加工走刀方式的研究[A];中国电子学会电子机械工程分会2007年机械电子学学术会议论文集[C];2007年
中国重要报纸全文数据库 前5条
1 李烁;超精密加工技术及其在先进光学中的应用[N];科技日报;2007年
2 记者 俞佩忠;韩国学生嘉兴学本领[N];嘉兴日报;2008年
3 陈循介;智能化:世界机床技术的发展方向[N];中国工业报;2007年
4 开目公司执行总经理 博士后 黄培;用信息技术改造传统制造业(未完待续)[N];科技日报;2000年
5 黄培;改造传统制造业构造数字化企业[N];中国机电日报;2000年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 章永年;五轴数控加工中无碰刀具轨迹生成算法的研究[D];南京航空航天大学;2012年
2 李万军;基于分形中Hilbert曲线的复杂曲面加工刀具轨迹规划算法研究[D];南京航空航天大学;2012年
3 范立成;3D义齿磨削机器人系统研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
4 姬俊锋;复杂整体叶轮数控加工关键技术研究[D];南京航空航天大学;2009年
5 梁全;叶轮五坐标数控铣削CAM和CNC关键技术的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
6 赵丽;复杂自由曲面数控规划及其数据管理技术研究[D];天津大学;2009年
7 任斐;基于坐标映射的复杂曲面五轴加工关键技术研究[D];大连理工大学;2011年
8 杨建中;复杂多曲面数控加工刀具轨迹生成方法研究[D];华中科技大学;2007年
9 丁国龙;基于圆柱螺旋样条的刀具轨迹模型研究[D];华中科技大学;2008年
10 张海军;基于FTS的微结构表面金刚石切削加工若干技术问题研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李建克;基于STEP-NC的CNC系统关键技术研究[D];西北工业大学;2006年
2 杨志强;基于UG二次开发的数控加工刀具轨迹生成系统的研究[D];沈阳工业大学;2007年
3 孟兰会;基于协调映射的网格曲面轨迹规划策略研究[D];大连理工大学;2006年
4 刘丹;二维数控刀具轨迹自动生成软件系统[D];长春理工大学;2004年
5 王禾玲;数控加工刀具运动轨迹的研究[D];西北农林科技大学;2006年
6 王锋锋;汽轮机叶片快速造型与刀具轨迹规划[D];南京农业大学;2011年
7 周建强;反求技术在模具设计与制造中的应用研究[D];浙江工业大学;2005年
8 鲍常山;模具二维轮廓铣削加工刀具轨迹生成系统[D];吉林大学;2006年
9 梁治钢;数字化制造的研究及数控代码自动编程的实现[D];兰州理工大学;2007年
10 陈威;基于闭链刚度场模型的多轴数控加工刀具轨迹规划[D];华中科技大学;2011年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978