五轴联动数控机床刀具轨迹优化与后置处理的研究

摘要

五轴联动数控机床在复杂零件的加工中具有高效率、高精度等巨大优势,但是同时也具有运动学变换难、刀具轨迹生成复杂等缺点。目前非正交五轴联动数控机床运动学分析缺乏系统性,前置处理中生成的刀位文件因忽略了机床加工特性而存在缺陷。本文针对这些问题进行了深入研究。
　　论文首先完成了五轴联动数控机床标准化参数建模,并以斜摆头-转台五轴联动数控机床为例,基于机器人学的相关知识完成了五轴联动数控机床的运动学分析与求解。其次,通过对刀心点的三次样条插值得到光滑的刀心点轨迹,并用线性插值得到刀心点对应的刀轴矢量,再将其参照原始刀位数据进行非线性误差校核与处理,完成刀具轨迹的优化,得到新的具有更高精度、更光滑刀具轨迹的刀位文件。再次,根据通用后置处理与本文刀具轨迹优化的基本原理,基于 Visual C++6.0成功开发出了集成刀具轨迹优化功能的后置处理器。最后,论文在斜摆头-转台五轴联动数控机床上完成了切削实验,并用三坐标测量仪完成了加工精度检测。实验结果有力的证明了论文运动学变换方案与刀具轨迹优化算法的正确性。
　　论文完善了五轴联动数控机床的运动学分析,提出了全新的五轴联动数控机床刀具轨迹优化算法,并实现了集成刀具轨迹优化功能的后置处理器的开发,对于高档五轴联动数控系统的开发具有重要意义。

目录

五轴联动数控机床 刀具轨迹优化与后置处理的研究

REASEARCH ON TOOL PATH OPTIMIZATION AND POSTPROCESSOR OF 5-AXIS MACHINE TOOLS

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题来源

1.2 课题研究背景及意义

1.2.1 数控技术的现状及发展趋势

1.2.2 课题研究意义

1.3 国内外研究现状分析

1.3.1 非正交五轴联动数控机床运动学分析研究现状

1.3.2 五轴联动数控机床刀具轨迹优化研究现状

1.3.3 五轴联动数控机床后置处理研究现状

1.4 论文研究内容

1.5 论文章节安排

第2章 五轴联动数控机床参数建模与运动学分析

2.1 五轴联动机床参数建模

2.1.1 五轴联动数控机床分类与分析

2.1.2 正交五轴联动数控机床参数建模

2.1.3 非正交五轴联动数控机床参数建模

2.2 五轴联动数控机床运动学分析

2.2.1 45 斜摆头-转台五轴联动数控机床运动学分析

2.2.2 45 斜摆头-转台五轴联动数控机床运动学正解

2.2.3 45 斜摆头-转台五轴联动数控机床运动学逆解

2.2.4 五轴联动数控机床运动学分析的推广

2.3 本章小结

第3章 五轴联动数控机床刀具轨迹优化算法研究

3.1 传统刀具轨迹分析

3.1.1 刀位文件分析

3.1.2 非线性误差分析

3.1.3 传统刀具轨迹缺陷与上足

3.2 刀具轨迹优化算法的实现与理论基础

3.2.1 刀具轨迹优化算法

3.2.2 插值方法选择

3.2.3 坏点去除

3.2.4 非线性误差超差处理

3.3 本章小结

第4章 五轴联动数控机床后置处理功能研究

4.1 五轴联动数控机床后置处理功能研究与实现

4.1.1 后置处理功能研究

4.1.2 刀具轨迹优化算法的实现流程

4.1.3 刀具轨迹优化后置处理器的开发

4.2 切削仿真

4.3 本章小结

第5章 切削实验与结果分析

5.1 切削实验条件介绍

5.1.1 机床介绍

5.1.2 实验加工件

5.1.3 切削件精度检测与精度要求介绍

5.2 切削实验与问题分析

5.2.1 切削实验与结果对比

5.2.2 机床标定

5.2.3 机床振动

5.2.4 后置处理再优化

5.3 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致 谢