面向五軸高速加工的高品質(zhì)刀具路徑規(guī)劃研究.pdf

1、五軸數(shù)控加工已成為復(fù)雜曲面零件高效加工的重要手段，主要通過改變刀軸的方向提高刀具可達(dá)性，避免刀具和工件之間的干涉。論文針對由離散刀位構(gòu)成的一階線性不連續(xù)刀路會影響機(jī)床運(yùn)動平穩(wěn)性問題，提出在工件坐標(biāo)系下對線性刀路進(jìn)行光順，獲取滿足精度且達(dá)到 G1以上連續(xù)的等距雙 NURBS刀具路徑。本文研究的主要內(nèi)容及獲得的創(chuàng)新性成果如下：
　　一.論文從線幾何和對偶四元數(shù)角度研究刀具沿插值刀具路徑運(yùn)動時(shí)的表達(dá)式，利用對偶四元數(shù)B樣條矢量函數(shù)擬合線

2、性刀路，插值得到描述刀具中心點(diǎn)和刀軸點(diǎn)運(yùn)動軌跡的等距雙NURBS曲線刀具路徑，從而獲得無干涉適應(yīng)高速加工的刀具運(yùn)動軌跡。仿真實(shí)驗(yàn)表明，用提出的算法對工件坐標(biāo)系中的線性刀路進(jìn)行光順，能夠獲得滿足擬合精度且達(dá)到G1以上連續(xù)的等距雙NURBS刀具路徑。
　　二.基于對偶四元數(shù)生成等距雙NURBS刀具路徑的方法，雖然能使兩條曲線在刀位點(diǎn)數(shù)據(jù)處的間距相等，但是不能保證在刀位點(diǎn)數(shù)據(jù)間的任意位置都是等距的。因此，論文提出了在高斯球面中光順刀軸矢

3、量曲線的方法，用以解決生成的等距雙NURBS曲線刀路中兩條曲線對應(yīng)間距有可能不相等的問題。由于基于高斯球面生成的兩條曲線參數(shù)不同，論文構(gòu)建了一種等距雙NURBS曲線參數(shù)同步模型，用來解決等距雙NURBS刀具路徑的同步插補(bǔ)問題。仿真算例表明，所提算法可以生成等距雙NURBS刀具路徑且參數(shù)同步插補(bǔ)模型的精度達(dá)到10-5mm級數(shù)以下且主要集中在10-6mm級數(shù)上。
　　三.論文通過分析生成的等距雙NURBS刀路運(yùn)動軌跡，推導(dǎo)出任一瞬時(shí)刀

4、軸的速度場分布，針對任意給定的五軸機(jī)床結(jié)構(gòu)和機(jī)床各軸伺服能力約束，推導(dǎo)五軸等距雙NURBS曲線插補(bǔ)中機(jī)床各軸產(chǎn)生的速度、加速度與進(jìn)給速度及進(jìn)給加速度之間關(guān)系，使插補(bǔ)器的輸出命令不超出機(jī)床各軸的伺服能力。
　　在實(shí)際應(yīng)用中，論文提出的五軸等距NURBS刀具路徑光順?biāo)惴ú粌H能夠提高切削過程的平穩(wěn)性，減少機(jī)床頻繁的加減速從而提高整個(gè)加工的切削效率，而且可以大大提高工件曲面的加工精度，改善曲面的粗糙度并提高曲面的光順性，具有很強(qiáng)的工程實(shí)際