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《广东工业大学》 2011年
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五轴联动运动控制仿真技术研究

黄邹亚  
【摘要】:运动控制算法是整个五轴联动数控机床的核心,一部高档的数控机床性能的好坏以及能否加工出高精度的工件主要决定于该数控机床的系统的运动控制算法。在运动控制算法应用到机床之前,需要通过仿真技术来验证算法的正确性与可靠性。数控仿真技术就是利用计算机图形显示技术模拟实际加工过程,本文建立了模拟五轴联动运动控制系统的数学模型和几何模型,通过数值仿真和几何仿真模拟系统的运动控制过程,观察仿真过程中的运动特性,位移曲线、速度曲线和加速度曲线是否满足理论要求并达到预期效果;并通过三维实体几何仿真观察切削过程中的刀具动作及切削状态,同时对过切、欠切现象以及刀具与工件、刀具与夹具之间的碰撞干涉情况能够实现可视、定量的验证,并且可以直观、形象地模拟数控运动控制的全过程,这样有助于我们对机床的加工轨迹、加工速度和加速度进行验证和优化,进而提高数控加工的质量和效率。本文以五轴联动双转台机床为研究对象,以五轴联动运动控制算法为理论基础,着重研究了五轴联动控制过程的数学仿真和几何运动仿真,主要的工作如下: 1.建立五轴联动运动控制系统,以NC代码为输入,以各伺服轴的运动控制信息为输出,总结了加减速速度控制策略,速度拐点及区域轨迹连续加减速控制,五轴联动插补算法等,并以这些算法为基础建立了五轴联动运动控制的数学模型。 2.以Matlab为仿真平台,对五轴机床加工过程的速度规划、加减速控制和联动插补算法进行计算,绘制了机床刀具-工件的运动学关系曲线,仿真了五轴联动插补控制过程,即合成位移、合成速度、合成加速度均可以满足机床的要求,五个轴分别所对应的位移曲线、速度曲线、加速度曲线也满足机床的要求。 3.在机床结构运动学的基础上,以双回转台五轴机床结构为研究对象,根据机床各运动轴之间的运动和约束关系,建立双回转台五轴联动数控机床的运动学模型,并在3D参数化CAD系统上建立了几何仿真模型。 4.通过高级语言开发的数控仿真系统,从输入的插补点代码中提取运动参数,应用T-Flex CAD系统提供的OLE机制,传送给T-Flex CAD系统中的参数表,从而驱动五轴机床的几何运动模型,最终实现机床加工运动的三维动画效果。 以上五轴联动数控加工运动控制算法的关键技术已经成功地经过数学仿真和几何仿真的验证。从整个仿真情况来看,算法能够完成五轴联动的线性插补,插补能够连续进行,曲线间能够平滑过渡,能够达到预期的结果,证明了算法的可行性、合理性。
【学位授予单位】:广东工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TG659

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