基于刀具轨迹的五轴插补器的研究与开发

摘要

在数控编程标准ISO14649中，对于五轴加工指令没有统一的格式要求，导致不同的机床上其加工程序各不相同。本课题采用一种广泛的数据格式-----基于数控编程标准ISO14649的APT语言编写五轴加工指令程序，开发相应的数控系统，使之能够适用于各种结构的五轴机床。
　　首先，针对APT语言标准的刀位文件设计了指令解释器，以从刀位文件中提取刀位点、进给速度和加工工艺信息。
　　采用直线加减速控制方法和速度前瞻控制算法，控制相邻刀位点间的速度平滑过渡，减速点的提前预测。根据刀位轨迹信息，方向坐标参数伴随位置坐标参数进给，采用数据采样插补法，设计了五轴联动线性插补方法。
　　从运动学的角度对五轴机床的基本结构形式进行了运动求解，并建立了逆向运动学变换数学模型，设计了五轴机床的坐标变换计算模块。
　　基于五轴联动插补非线性误差产生的原理，建立了非线性误差的计算模型，在分析非线性误差分布规律的基础上，通过非线性误差的自适应线性化法能对非线性误差进行有效控制。
　　通过分析计算，开发了针对多种结构形式的五轴机床联动数控系统，能够根据刀位信息提前预测减速点，控制速度间的平滑过渡，完成数据采样粗插补，进行逆向运动学变换，并对非线性误差进行了优化，良好的效果验证了系统的可行性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 数控加工技术的发展与PC数控

1．2 自动编程技术研究概况与发展趋势

1．2．1 自动编程技术发展概况

1．2．2 五轴自动编程技术研究现状

1．3 五轴插补算法及加减速算法概述

1．3．1 插补方法及五轴插补算法研究现状

1．3．2 速度优化算法研究现状

1．4 五轴加工后置处理存在的问题及课题研究意义

1．5 本课题研究内容

第2章 系统规划与APT语言译码器实现

2．1 引言

2．2 系统框架设计

2．3 各模块概述

2．3．1 译码器模块

2．3．2 速度优化模块

2．3．3 粗插补模块

2．3．4 逆向运动学变换模块

2．3．5 非线性误差优化模块

2．4 APT语言标准刀位文件

2．4．1 刀位文件概述

2．4．2 APT语言标准

2．5 译码器实现

2．5．1 译码方式

2．5．2 译码器模块的实现

2．6 本章小结

第3章 基于刀位轨迹插补及速度优化算法

3．1 引言

3．2 插补进给速度特点及控制策略

3．2．1 五轴联动插补进给速度特点

3．2．2 加减速控制策略

3．2．3 速度前瞻控制基本原理

3．2．4 速度前瞻控制策略

3．3 基于刀位轨迹的线性插补

3．3．1 插补算法原理

3．3．2 插补算法实现

3．4 本章小结

第4章 逆向运动学变换及非线性误差优化

4．1 引言

4．2 五轴数控机床结构介绍及运动求解

4．2．1 五轴数控机床结构

4．2．2 双转台结构运动求解

4．2．3 双摆头结构运动求解

4．2．4 摆头／转台结构运动求解

4．3 五轴联动插补非线性误差

4．3．1 误差概念

4．3．2 非线性误差计算模型

4．3．3 非线性误差计算模型简化

4．4 非线性误差的分布及控制策略

4．4．1 最大非线性误差产生位置

4．4．2 非线性误差的控制策略

4．5 本章小结

第5章 系统开发与仿真验证

5．1 系统开发

5．1．1 开发环境

5．1．2 系统各模块实现

5．2 仿真验证

5．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢