本文摘要:
本文主要針對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)方面進行了研究。通過對機床運動鏈的分析,建立了雙轉(zhuǎn)臺式五軸加工中心和五軸鉆攻中心的運動學模型并進行了求解和驗證;對非線性誤差產(chǎn)生機理進行了分析,建立了非線性誤差模型并通過區(qū)域誤差補償法對非線性誤差進行補償,最后通過MATLAB仿真驗證了優(yōu)化算法的可行性;對跟隨誤差的產(chǎn)生機理進行了分析,然后通過區(qū)域躍度優(yōu)化法對跟隨誤差進行了約束并通過MATLAB仿真驗證了優(yōu)化算法的可行性;基于eclipse平臺,利用JAVA語言建立可交互界面來實現(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軟件進行仿真加工,然后在實際機床上進行真實切削實驗,最后通過CMM三坐標測量儀對葉片進行實際加工測量和分析。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@;對比后本文采用三角函數(shù)法對運動學進行求解。在運動學建模過程中可以對平移轉(zhuǎn)換進行簡化,并利用向量加減的幾何特性對刀位點和刀具姿態(tài)進行求解,最后將運動學求解后的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,驗證了所建立運動學模型的正確性。
(2)分析了非線性誤差產(chǎn)生機理并對比傳統(tǒng)針非線性誤差補償方法的優(yōu)劣得出,單一的非線性誤差補償方法對復(fù)雜零件的整體補償效果相對較差,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刀路進行分區(qū),然后通過諧波函數(shù)法和刀軸矢量插補法分別對刀軸矢量變化平緩和急促的區(qū)域進行非線性誤差補償,最后通過MATLAB進行了數(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)生機理,并采用區(qū)域躍度約束來對跟隨誤差進行約束。首先根據(jù)刀位點間的向量夾角大小和夾角變化幅度確定拐角點和拐角區(qū)域,然后基于躍度約束對各軸躍度進行優(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)化后刀具的總進給速度,最后通過MATLAB對所提出的算法進行仿真。結(jié)果表明,優(yōu)化后的躍度滿足各軸的運動特性要求,且各軸躍度、加速度、速度曲線相對未優(yōu)化曲線無劇烈突變。
(4)在所建立的運動學求解模型以及區(qū)域非線性誤差補償、區(qū)域躍度優(yōu)化算法的基礎(chǔ)上,基于eclipse平臺并利用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、零點偏移、關(guān)鍵字設(shè)置、機床參數(shù)設(shè)置等功能,可以實現(xiàn)人機參數(shù)交互,讓用戶可以針對不同的加工環(huán)境設(shè)置與之對應(yīng)的參數(shù)并輸出相應(yīng)的NC代碼。
(5)為驗證所開發(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行了仿真和實際切削驗證。仿真分析結(jié)果表示,所開發(fā)的后置處理軟件可以導(dǎo)出機床可識別且正確的NC代碼,綜合優(yōu)化補償算法相對于傳統(tǒng)線性插補算法可以避免葉片在進出汽邊圓角處的過切現(xiàn)象,并及大地減少零件的殘留量,相對線性插補算法殘留數(shù)減少了122,最大殘留值減少了0.063687mm;相對線性插補算法過切數(shù)減少了228,最大過切值減少了0.230206mm。實際切削后結(jié)果分析表示,提出的綜合優(yōu)化算法可以同時滿足刀具的運動精度和位置精度,加工過程中刀具軌跡光滑,無劇烈震動且無報警、干涉和碰撞等現(xiàn)象,加工后的零件經(jīng)過三坐標測量儀的測量結(jié)果顯示最大厚度精度的偏差相對于線性插值法減小0.0376mm;進、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非線性優(yōu)化后的刀位點進行動態(tài)速度優(yōu)化。該方法在躍度優(yōu)化時,優(yōu)化后的總進給速度曲線雖然變化量相對總的進給速度大小并不大,但總體曲線并不平緩。因此,之后的研究可以在當優(yōu)化后總進給速度的變化超過一定范圍時,通過插補刀位點來緩和總進給速度的變化,然后再將新的刀位點進行非線性誤差補償,實現(xiàn)功能的循環(huán)補償,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平臺和JAVA語言進行實現(xiàn),目前適用的機床只有AC和BC雙轉(zhuǎn)臺兩種類型,數(shù)控系統(tǒng)關(guān)鍵字的設(shè)置也只有幾種主要功能。此外當新的優(yōu)化算法需要寫入至軟件時,需要重新進行開發(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)的簡易性方面。
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2024-11
本文通過對五軸加工中心的三種類型的結(jié)構(gòu)特點進行具體的運動分析,建立了數(shù)學模型推導(dǎo)出各類機床的后置處理算法。并通過UG NX進行建模并進行后處理與算法得到的后處理數(shù)據(jù)進行對比,證明了文中算法的正確性。通過所推導(dǎo)的數(shù)學公式得知,坐標的角度變換與轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動相關(guān)。所推導(dǎo)的數(shù)學模型為最基礎(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)動數(shù)控刀具切削加工誤差非線性插補方法。根據(jù)五軸聯(lián)動數(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方法,實現(xiàn)誤差插補。實驗結(jié)果表明:利用該方法進行誤差插補后,機床刀具運行軌跡與理想插補軌跡貼合度高,且插補后誤差明顯減小,可… [了解更多]
2024-11
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2024-11
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2024-11
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