五轴数控加工刀具轨迹校核优化算法研究

作     者：宋航远 

作者单位：沈阳建筑大学 

学位级别：硕士

导师姓名：闵莉

授予年度：2021年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：五轴数控加工 自由曲面 步长优化 行距优化 仿真加工 

摘      要：复杂曲面以其优越的造型技术广泛地应用于医疗器具、车辆、航空航天、艺术品等制造行业中。针对复杂曲面越来越高的数控加工要求,传统的三轴数控机床已经无法满足日益精进的精度要求,五轴数控加工开始走向时代的舞台,五轴加工以其更高自由度的优点能够顺利完成传统三轴机床无法加工的曲面,五轴数控加工技术也开始日益发展,作为五轴数控加工中最为重要的部分,刀具轨迹规划也成为了国内外的重要研究课题。本文系统的介绍了数控加工技术的发展历程以及复杂曲面零部件刀具轨迹规划的发展现状。通过轨迹规划中几个热点方向的研究,针对传统方法存在的不足,开展了一系列的研究与实验。在步长规划方面,提出了基于精确弓高误差校核的刀触点调整算法;在行距方面,提出了基于行带宽预测的刀具轨迹拼接算法。并通过NX 10.0与VERICUT软件对本文算法以及对比算法进行了切削仿真加工,验证了算法的正确性。具体的研究内容介绍如下:详细介绍了数控加工的发展历程,并对刀具轨迹规划中的刀具选择、轨迹曲线拓扑结构、走刀步长、加工行距的研究现状进行了深入的研究,继而确定了本文的主要研究内容。针对常见的五轴数控机床进行了运动学分析,对自由曲面的微分几何特性进行了详细的推导,并介绍了刀具轨迹规划中相关的概念及参数计算。提出了一种基于精确弓高误差校核的刀触点调整算法:为提升传统等弓高误差法的加工精度,本文在传统等弓高误差步长法的基础上,加入精确弓高误差校核计算,继而采用一维线性迭代搜索算法调整后一刀触点的位置。提出了一种基于行带宽预测的刀具轨迹拼接算法:为提高传统等参数线法的加工效率,本文根据已知的刀具轨迹曲线及其行带宽,采用拟合以及插值的方法预设后一条刀具轨迹曲线的位置,并建立刀具轨迹的有效拼接范围,继而通过判定调整刀触点左边界与有效拼接范围的位置关系,调整后续刀具轨迹曲线的位置。通过NX 10.0软件对参数曲面进行建模,并生成粗加工、半精加工与精加工阶段的刀具轨迹NC程序,将NC程序导入VERICUT软件,通过VERICUT软件搭建五轴数控加工中心模型,仿真切削本文算法以及对比算法的精加工刀具轨迹,并对仿真结果进行分析。