本文摘要：
對(duì)于五軸加工中心和五軸鉆攻中心來(lái)說(shuō)，如何有效的預(yù)測(cè)實(shí)際插補(bǔ)刀具擺動(dòng)軌跡和控制誤差是實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床高精度發(fā)展的重要研究方向。在復(fù)雜曲面的五軸加工過(guò)程中，由于兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸之間的旋擺運(yùn)動(dòng)參與了刀具運(yùn)動(dòng)合成并導(dǎo)致了實(shí)際插補(bǔ)軌跡偏離理論插補(bǔ)軌跡，無(wú)論是線性插補(bǔ)還是NURBS插補(bǔ)都存在這一問題，產(chǎn)生的非線性誤差對(duì)復(fù)雜曲面零件加工有很大影響。本文重點(diǎn)研究了線性插補(bǔ)和NURBS插補(bǔ)的擺刀軌跡數(shù)學(xué)模型建立、擺刀軌跡優(yōu)化方法以及非線性誤差補(bǔ)償控制方法等問題，主要完成的研究工作如下：
(1) 系統(tǒng)的分析了三種類型的五軸加工中心的加工特點(diǎn)和適用場(chǎng)合，描述了五軸加工中心坐標(biāo)系的建立方法以及各坐標(biāo)系間的位姿描述，為建立機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)模型提供了理論基礎(chǔ)。以A-C雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸加工中心和五軸鉆攻中心為研究對(duì)象，建立了機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，推導(dǎo)了正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)變換公式，介紹了刀位文件的生成、處理以及數(shù)控加工程序的生成方法。
(2) 對(duì)于五軸線性插補(bǔ)，根據(jù)旋轉(zhuǎn)軸角度線性插補(bǔ)原理得到一個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)的離散刀位文件，通過(guò)一組具體刀位數(shù)據(jù)分析后得出插補(bǔ)刀心點(diǎn)平面理論，為建立簡(jiǎn)易刀心點(diǎn)軌跡模型提供了理論方向。在此基礎(chǔ)上建立了刀心點(diǎn)平面坐標(biāo)系，利用協(xié)方差矩陣的奇異分解計(jì)算出平面最優(yōu)法向量，推導(dǎo)了與工件坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)變換公式，借助多項(xiàng)式軌跡數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)了擺刀軌跡，驗(yàn)證結(jié)果表明所選取的軌跡模型預(yù)測(cè)精度很高，對(duì)于非線性誤差的計(jì)算和補(bǔ)償有極其重要作用。對(duì)于五軸NURBS插補(bǔ)，在兩條NURBS軌跡的基礎(chǔ)上增加了一條刀觸點(diǎn)NURBS軌跡來(lái)描述擺刀軌跡，NURBS曲線的每一段表達(dá)式均可通過(guò)特定位置的控制頂點(diǎn)得到，因此具體推導(dǎo)了控制頂點(diǎn)的計(jì)算過(guò)程。針對(duì)三條軌跡參數(shù)不同步的問題，提出了一種基于等距原理的插補(bǔ)參數(shù)同步算法，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)NURBS曲線軌跡同步效果得到大幅提升。
(3) 分析了五軸加工中各種誤差的產(chǎn)生機(jī)理，包括幾何誤差、弓高誤差和非線性誤差，根據(jù)建立的擺刀軌跡數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)了非線性誤差的計(jì)算公式，提出一種非線性誤差補(bǔ)償機(jī)制用于改善曲面加工質(zhì)量。線性插補(bǔ)的非線性誤差通過(guò)對(duì)刀心點(diǎn)和刀軸矢量同步優(yōu)化完成誤差補(bǔ)償控制的目的，Tri-NURBS插補(bǔ)的非線性誤差通過(guò)誤差補(bǔ)償量對(duì)刀觸點(diǎn)軌跡進(jìn)行優(yōu)化，再根據(jù)刀觸點(diǎn)與刀心點(diǎn)和刀軸點(diǎn)之間的位置關(guān)系確定出誤差補(bǔ)償后的刀心點(diǎn)和刀軸矢量。
(4) 使用MATLAB軟件對(duì)線性插補(bǔ)的非線性誤差補(bǔ)償方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，確保了提出誤差補(bǔ)償方法的可行性。通過(guò)在VERICUT仿真軟件和加工中心上做誤差補(bǔ)償前后的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證了非線性誤差控制方法的有效性。使用兩個(gè)評(píng)價(jià)指數(shù)驗(yàn)證了Tri-NURBS曲線同步插補(bǔ)算法的精度，保證了線性插補(bǔ)擺刀軌跡優(yōu)化和誤差補(bǔ)償方法在NURBS插補(bǔ)中的使用，并通過(guò)在VERICUT仿真軟件中加工葉輪模型驗(yàn)證了誤差補(bǔ)償方法的效果。
復(fù)雜曲面的五軸加工技術(shù)包含了許多研究?jī)?nèi)容和待解決的問題，由于作者科研水平具有一定的局限性，以及研究生學(xué)習(xí)生涯時(shí)間的不足，本文在許多方面的研究還欠缺一些完善和改進(jìn)，整體研究?jī)?nèi)容不夠系統(tǒng)和全面，在今后依然有大量研究工作需要繼續(xù)深入。針對(duì)目前已經(jīng)明確完成的研究工作，下面幾部分內(nèi)容還有很大改進(jìn)空間：
(1) 對(duì)于五軸加工刀具擺動(dòng)軌跡的預(yù)測(cè)使用的模型是多項(xiàng)式軌跡，雖然在計(jì)算上比較高效，但是模型精度還有待進(jìn)一步提高，今后的研究中可以進(jìn)一步改進(jìn)目前提出的軌跡模型，以達(dá)到準(zhǔn)確表達(dá)擺刀軌跡的目的，從而獲得精度更高的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)。
(2) 對(duì)五軸加工的弓高誤差在本文的研究?jī)?nèi)容中較少體現(xiàn)，對(duì)誤差的控制研究不夠完善，下一步可從優(yōu)化刀具加工路徑的角度改善弓高誤差對(duì)復(fù)雜曲面加工質(zhì)量的影響。
(3) 目前建立的NURBS插補(bǔ)刀觸點(diǎn)非線性誤差計(jì)算模型還是過(guò)于復(fù)雜，對(duì)于提高復(fù)雜曲面加工效率是不利的，今后可從其他角度進(jìn)一步研究非線性誤差的計(jì)算模型。
(4) 五軸加工中刀觸點(diǎn)軌跡預(yù)測(cè)是十分復(fù)雜的，本文對(duì)于五軸Tri-NURBS插補(bǔ)軌跡的預(yù)測(cè)工作未重點(diǎn)研究，未來(lái)準(zhǔn)備對(duì)這一部分使用更復(fù)雜的樣條軌跡進(jìn)行建模，以進(jìn)一步提高復(fù)雜曲面的加工質(zhì)量和加工效率。
2024-12
此視頻詳細(xì)介紹了U600S高性能五軸加工中心各種參數(shù)及說(shuō)明！… [了解更多]
2024-11
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?加工精度是影響機(jī)床性能和產(chǎn)品質(zhì)量的主要難題，也是制約國(guó)家精密制造能力的重要因素。本文以五軸加工中心為對(duì)象，針對(duì)提升機(jī)床精度進(jìn)行了研究。并且隨著科技的發(fā)展，精密的儀器和零件在生產(chǎn)實(shí)踐中占據(jù)的分量逐漸增加，在數(shù)控機(jī)床這種精密機(jī)器精度不斷提高的同時(shí)，必須控制內(nèi)外界環(huán)境的隨機(jī)影響因素在… [了解更多]
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