本文摘要:
本文主要針對(duì)五軸加工中心加工過程中影響復(fù)雜曲面零件輪廓精度的非線性誤差,跟隨誤差,以及后置處理開發(fā)方面進(jìn)行了研究。通過對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)鏈的分析,建立了雙轉(zhuǎn)臺(tái)式五軸加工中心和五軸鉆攻中心的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型并進(jìn)行了求解和驗(yàn)證;對(duì)非線性誤差產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了分析,建立了非線性誤差模型并通過區(qū)域誤差補(bǔ)償法對(duì)非線性誤差進(jìn)行補(bǔ)償,最后通過MATLAB仿真驗(yàn)證了優(yōu)化算法的可行性;對(duì)跟隨誤差的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了分析,然后通過區(qū)域躍度優(yōu)化法對(duì)跟隨誤差進(jìn)行了約束并通過MATLAB仿真驗(yàn)證了優(yōu)化算法的可行性;基于eclipse平臺(tái),利用JAVA語言建立可交互界面來實(shí)現(xiàn)所提出的算法功能;以某型透平葉片為試件,通過UG加工編譯和本文后置處理軟件處理后,采用VERICUT軟件進(jìn)行仿真加工,然后在實(shí)際機(jī)床上進(jìn)行真實(shí)切削實(shí)驗(yàn),最后通過CMM三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x對(duì)葉片進(jìn)行實(shí)際加工測(cè)量和分析。論文主要內(nèi)容總結(jié)如下:
(1)分析了現(xiàn)有四種求解姿態(tài)角度的方法得出:歐拉角法存在奇異解問題;方向余弦法雖然可以全姿態(tài)求解但求解過程相對(duì)復(fù)雜;四元數(shù)法也可以全姿態(tài)求解但幾何特性不明顯;三角函數(shù)法可以全姿態(tài)求解且?guī)缀翁匦悦黠@;對(duì)比后本文采用三角函數(shù)法對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行求解。在運(yùn)動(dòng)學(xué)建模過程中可以對(duì)平移轉(zhuǎn)換進(jìn)行簡(jiǎn)化,并利用向量加減的幾何特性對(duì)刀位點(diǎn)和刀具姿態(tài)進(jìn)行求解,最后將運(yùn)動(dòng)學(xué)求解后的NC數(shù)據(jù)導(dǎo)入至CIMCO刀路仿真軟件中得出,仿真刀路與工藝規(guī)劃刀路一致,驗(yàn)證了所建立運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的正確性。
(2)分析了非線性誤差產(chǎn)生機(jī)理并對(duì)比傳統(tǒng)針非線性誤差補(bǔ)償方法的優(yōu)劣得出,單一的非線性誤差補(bǔ)償方法對(duì)復(fù)雜零件的整體補(bǔ)償效果相對(duì)較差,因此本文提出了一種綜合傳統(tǒng)方法的區(qū)域非線性優(yōu)化算法來控制非線性誤差,首先通過旋轉(zhuǎn)軸角度變化幅度大小對(duì)刀路進(jìn)行分區(qū),然后通過諧波函數(shù)法和刀軸矢量插補(bǔ)法分別對(duì)刀軸矢量變化平緩和急促的區(qū)域進(jìn)行非線性誤差補(bǔ)償,最后通過MATLAB進(jìn)行了數(shù)據(jù)仿真分析。結(jié)果表明,區(qū)域優(yōu)化算法在刀軸變化平緩區(qū)的非線性誤差值明顯小于線性插補(bǔ)非線性誤差值;在刀軸矢量變化急促區(qū)域,非線性誤差趨近于0。
(3)分析了跟隨誤差的產(chǎn)生機(jī)理,并采用區(qū)域躍度約束來對(duì)跟隨誤差進(jìn)行約束。首先根據(jù)刀位點(diǎn)間的向量夾角大小和夾角變化幅度確定拐角點(diǎn)和拐角區(qū)域,然后基于躍度約束對(duì)各軸躍度進(jìn)行優(yōu)化,之后推導(dǎo)至各軸的加速度和速度,并通過平均所有軸的優(yōu)化速度求出優(yōu)化后刀具的總進(jìn)給速度,最后通過MATLAB對(duì)所提出的算法進(jìn)行仿真。結(jié)果表明,優(yōu)化后的躍度滿足各軸的運(yùn)動(dòng)特性要求,且各軸躍度、加速度、速度曲線相對(duì)未優(yōu)化曲線無劇烈突變。
(4)在所建立的運(yùn)動(dòng)學(xué)求解模型以及區(qū)域非線性誤差補(bǔ)償、區(qū)域躍度優(yōu)化算法的基礎(chǔ)上,基于eclipse平臺(tái)并利用JAVA語言開發(fā)出了一款多功能專用后置處理軟件。軟件包括文件管理,精度優(yōu)化、零點(diǎn)偏移、關(guān)鍵字設(shè)置、機(jī)床參數(shù)設(shè)置等功能,可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)參數(shù)交互,讓用戶可以針對(duì)不同的加工環(huán)境設(shè)置與之對(duì)應(yīng)的參數(shù)并輸出相應(yīng)的NC代碼。
(5)為驗(yàn)證所開發(fā)后置處理軟件和算法的可行性和正確性,以某型透平葉片為試件進(jìn)行了仿真和實(shí)際切削驗(yàn)證。仿真分析結(jié)果表示,所開發(fā)的后置處理軟件可以導(dǎo)出機(jī)床可識(shí)別且正確的NC代碼,綜合優(yōu)化補(bǔ)償算法相對(duì)于傳統(tǒng)線性插補(bǔ)算法可以避免葉片在進(jìn)出汽邊圓角處的過切現(xiàn)象,并及大地減少零件的殘留量,相對(duì)線性插補(bǔ)算法殘留數(shù)減少了122,最大殘留值減少了0.063687mm;相對(duì)線性插補(bǔ)算法過切數(shù)減少了228,最大過切值減少了0.230206mm。實(shí)際切削后結(jié)果分析表示,提出的綜合優(yōu)化算法可以同時(shí)滿足刀具的運(yùn)動(dòng)精度和位置精度,加工過程中刀具軌跡光滑,無劇烈震動(dòng)且無報(bào)警、干涉和碰撞等現(xiàn)象,加工后的零件經(jīng)過三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的測(cè)量結(jié)果顯示最大厚度精度的偏差相對(duì)于線性插值法減小0.0376mm;進(jìn)、出汽邊輪廓的上偏差值分別減小了0.0054mm和0.0062mm,下偏差值分別減小了0.2254mm和0.1107mm,驗(yàn)證了本文所開發(fā)后置處理軟件的正確性和可行性。
展望
(1)在速度控制方面,本文采用的是分區(qū)域并基于躍度約束對(duì)非線性優(yōu)化后的刀位點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)速度優(yōu)化。該方法在躍度優(yōu)化時(shí),優(yōu)化后的總進(jìn)給速度曲線雖然變化量相對(duì)總的進(jìn)給速度大小并不大,但總體曲線并不平緩。因此,之后的研究可以在當(dāng)優(yōu)化后總進(jìn)給速度的變化超過一定范圍時(shí),通過插補(bǔ)刀位點(diǎn)來緩和總進(jìn)給速度的變化,然后再將新的刀位點(diǎn)進(jìn)行非線性誤差補(bǔ)償,實(shí)現(xiàn)功能的循環(huán)補(bǔ)償,直至各參數(shù)最優(yōu)。
(2)在后置處理開發(fā)方面,本文是通過eclipse平臺(tái)和JAVA語言進(jìn)行實(shí)現(xiàn),目前適用的機(jī)床只有AC和BC雙轉(zhuǎn)臺(tái)兩種類型,數(shù)控系統(tǒng)關(guān)鍵字的設(shè)置也只有幾種主要功能。此外當(dāng)新的優(yōu)化算法需要寫入至軟件時(shí),需要重新進(jìn)行開發(fā)。因此,之后的研究可以集中在后置處理的兼容性和二次開發(fā)的簡(jiǎn)易性方面。
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2024-11
本文通過對(duì)五軸加工中心的三種類型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行具體的運(yùn)動(dòng)分析,建立了數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)出各類機(jī)床的后置處理算法。并通過UG NX進(jìn)行建模并進(jìn)行后處理與算法得到的后處理數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,證明了文中算法的正確性。通過所推導(dǎo)的數(shù)學(xué)公式得知,坐標(biāo)的角度變換與轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)相關(guān)。所推導(dǎo)的數(shù)學(xué)模型為最基礎(chǔ)… [了解更多]
2024-11
為了提高五軸加工中心的刀具加工精度,本文提出了五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控刀具切削加工誤差非線性插補(bǔ)方法。根據(jù)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控刀具工作原理,分析誤差產(chǎn)生原因,利用誤差非線性插補(bǔ)方法,實(shí)現(xiàn)誤差插補(bǔ)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:利用該方法進(jìn)行誤差插補(bǔ)后,機(jī)床刀具運(yùn)行軌跡與理想插補(bǔ)軌跡貼合度高,且插補(bǔ)后誤差明顯減小,可… [了解更多]
2024-11
隨著五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工技術(shù)的廣泛應(yīng)用,文中針對(duì)五軸加工中心和五軸鉆攻中心的后置處理器進(jìn)行仿真分析,并提出一種以序列為基礎(chǔ)的優(yōu)化方法,優(yōu)化后的后置處理器,可以使得數(shù)控加工節(jié)省時(shí)間百分比得到有效提升。雖然文中提出優(yōu)化方法滿足了預(yù)期要求,但受到研究條件的影響,該方法未來需要進(jìn)一步完善。… [了解更多]
2024-11
面向銑削工藝參數(shù)優(yōu)選技術(shù)的工程需求,以復(fù)雜零部件多軸數(shù)控銑削為背景,文中提出了一種通用立銑刀真實(shí)切削軌跡下的五軸銑削力計(jì)算方法。 (1)建立了可同時(shí)表征球頭銑刀、圓環(huán)銑刀和平底銑刀的通用立銑刀幾何模型,計(jì)算得到不同類型立銑刀的切削微元長(zhǎng)度和切削寬度。 (2)提出了一種快速求解… [了解更多]
2024-11
本文主要針對(duì)五軸加工中心加工過程中影響復(fù)雜曲面零件輪廓精度的非線性誤差,跟隨誤差,以及后置處理開發(fā)方面進(jìn)行了研究。通過對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)鏈的分析,建立了雙轉(zhuǎn)臺(tái)式五軸加工中心和五軸鉆攻中心的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型并進(jìn)行了求解和驗(yàn)證;對(duì)非線性誤差產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了分析,建立了非線性誤差模型并通過區(qū)域誤差補(bǔ)償… [了解更多]