新型五轴混联机床数控系统轨迹控制方法研究

摘要

本文密切结合航空航天大型整体结构件的加工需求，以天津大学自主研发的基于A3并联动力头的新型五轴混联机床为对象，研究了混联机床数控系统轨迹插补、速度控制、后置处理等关键技术。全文取得如下主要研究成果:
　　针对A3混联机床模型提出了二次插补的控制策略，采用工作空间刀轴矢量插补与关节空间改进的3次B样条插补相结合的插补算法，弥补了混联机床传统插补算法的不足。通过仿真表明了所提出的二次插补策略能有效的减小刀位点轨迹误差和刀具扫略面空间轮廓误差。
　　将速度控制算法与二次插补综合考虑，讨论了五轴混联机床的速度控制策略，推导了五阶段S曲线加减速控制算法，保证了速度与加速度的连续，提高了系统的柔性。在保证数控系统加工精度的前提下，实现了连续轨迹段间的速度平滑转接，提高了加工效率。
　　针对混联机床的结构特点基于Labview图形化编程软件开发了后置处理模块，实现了刀位文件向机床伺服轴运动控制序列的自动转换。以S型试件为对象，进行了后置处理与试切加工，验证了所开发的后置处理模块的有效性。

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摘要

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表清单

字母注释表

第一章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 数控系统研究现状

1．3 混联机床轨迹控制关键技术

1．3．1 轨迹插补算法

1．3．2 速度控制算法

1．3．3 后置处理技术

1．4 本文主要研究内容

第二章 混联机床轨迹插补算法

2．1 引言

2．2 机床简介

2．3 运动学变换

2．3．1 混联机床的机构简图

2．3．2 运动学逆变换

2．3．3 运动学正变换

2．4 混联机床轨迹插补控制策略

2．5 工作空间轨迹插补算法

2．5．1 传统工作空间插补算法

2．5．2 工作空间刀轴矢量插补算法

2．6 关节空间精插补算法

2．6．1 传统关节空间精插补算法

2．6．2 改进的关节空间精插补算法

2．7 插补算法仿真分析

2．8 小结

第三章 混联机床速度控制算法

3．1 引言

3．2 五轴混联机床速度控制策略

3．2．1 传统五轴机床速度控制策略

3．2．2 五轴混联机床速度控制策略

3．3 五轴混联机床速度控制算法

3．3．1 五段式S曲线加减速基本原理

3．3．2 五段式S曲线加减速实现方法

3．4 连续轨迹段间的速度平滑转接

3．4．1 轨迹转接类型

3．4．2 轨迹转接速度模型

3．5 仿真验证

3．6 小结

第四章 混联机床后置处理模块开发

4．1 引言

4．2 混联机床后置处理模块的功能与设计原则

4．3 后置处理模块设计流程

4．4 后置处理软件开发

4．4．1 刀位文件处理

4．4．2 代码编译

4．4．3 位移校验

4．5 后置处理加工实验

4．6 小结

第五章 全文总结和展望

5．1 全文总结

5．2 工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢