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五轴数控加工已成为复杂曲面零件高效加工的重要手段,主要通过改变刀轴的方向提高刀具可达性,避免刀具和工件之间的干涉。论文针对由离散刀位构成的一阶线性不连续刀路会影响机床运动平稳性问题,提出在工件坐标系下对线性刀路进行光顺,获取满足精度且达到G1以上连续的等距双NURBS刀具路径。本文研究的主要内容及获得的创新性成果如下:一.论文从线几何和对偶四元数角度研究刀具沿插值刀具路径运动时的表达式,利用对偶四元数B样条矢量函数拟合线性刀路,插值得到描述刀具中心点和刀轴点运动轨迹的等距双NURBS曲线刀具路径,从而获得无干涉适应高速加工的刀具运动轨迹。仿真实验表明,用提出的算法对工件坐标系中的线性刀路进行光顺,能够获得满足拟合精度且达到G1以上连续的等距双NURBS刀具路径。二.基于对偶四元数生成等距双NURBS刀具路径的方法,虽然能使两条曲线在刀位点数据处的间距相等,但是不能保证在刀位点数据间的任意位置都是等距的。因此,论文提出了在高斯球面中光顺刀轴矢量曲线的方法,用以解决生成的等距双NURBS曲线刀路中两条曲线对应间距有可能不相等的问题。由于基于高斯球面生成的两条曲线参数不同,论文构建了一种等距双NURBS曲线参数同步模型,用来解决等距双NURBS刀具路径的同步插补问题。仿真算例表明,所提算法可以生成等距双NURBS刀具路径且参数同步插补模型的精度达到10-5mm级数以下且主要集中在10-6mm级数上。三.论文通过分析生成的等距双NURBS刀路运动轨迹,推导出任一瞬时刀轴的速度场分布,针对任意给定的五轴机床结构和机床各轴伺服能力约束,推导五轴等距双NURBS曲线插补中机床各轴产生的速度、加速度与进给速度及进给加速度之间关系,使插补器的输出命令不超出机床各轴的伺服能力。在实际应用中,论文提出的五轴等距NURBS刀具路径光顺算法不仅能够提高切削过程的平稳性,减少机床频繁的加减速从而提高整个加工的切削效率,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顺性,具有很强的工程实际意义。