35000字硕士毕业论文多轴联动刀具半径补偿算法分析

论文类型：硕士毕业论文

论文字数：35000字

论点：联动,加工,刀具

论文概述：

高速、高精度复杂零件的加工一直是机械加工领域中的难点,其加工往往要借助于四轴、五轴联动机床。通常四轴联动数控机床主要用于直纹扭曲面的加工,五轴联动机床主要用于造船、军工行业

论文正文：

第一章是绪论

1.1选课背景本课题的研究背景是:以空间刀具半径补偿和后处理算法为中心,对四轴联动A回转台、B回转台和五轴联动A/C双回转台机床结构运动模型,设计幵发多轴联动专用后处理器,能够输出带有空间刀补矢量的NC代码,探索难加工工件的四、五轴联动编程方法,搭建高可靠性的四轴、五轴仿真平台,实现并验证四轴、五轴联动专用后处理器生成的NC代码正确性。
 1.2多轴联动机床加工技术及刀具补偿简介随着现代计算机技术的迅猛发展与伺服系统性能的提升,对加工零件的复杂曲面和表面高精度、高质量要求,数控机床又迎来一个新的技术高温,数控机床由原先的两轴半发展到现在四、五轴联动,提髙了效益和产品质量,因此目前国内基于数控系统技术方面研究已成为主流。多轴联动数控机床特别是五轴及五轴以上联动数控机床是实现大型与异型复杂零件的高效高质量加工的重要手段[I,2]。五轴数控技术受到越来越多的人的关注[3’4],它代表着国家数控技术发展的最高水平,是国家制造业生产水平高低的重要标志,成为国家在国际竞争中取得成功的关键技术。多轴数控加工相比三轴数控加工具有明显的优势,具有以下的特点[5,6]:1.在加工航空发动机的叶片时,如果采用三轴联动机床,在加工某些曲面的时候,有可能产生过切、欠切或者干涉,这是因为三轴联动机床的刀具相对工件的位姿在加工过程中不能改变。而如果采用多轴加工,由于可以随时改变刀具的轴向,就可以避免加工过程中刀具与工件的干涉,并能够一次装夹执行全部加工。2.可以提闻空间自由曲面的加工精度、质量和效率。复杂曲面的加工,当米用二轴机床时,多是利用球头刀。如果采用球头刀上线速度最高点进行加工,则是最好的切削状态,然而由于刀具或者工件的姿态在加工过程中不能进行调整,一般很难保证。有时候甚至会出现球头刀垂直工件进行加工,切削点是刀尖点,由于此处的线速度为零,切削条件最差,将会降低加工效率,加工质量出现恶化,由于此时,切削液很难进入切削区,散热条件不好,导致切削温度上升,降低刀具的使用寿命。如果采用多轴联动机床加工,由于刀具姿态可以不断的变化,不仅可以避免这样的现象发生,还可以充分利用最佳切削点进行加工,从而获得更高的切削速度,切削效率和加工质量。3.符合工件一次装夹便可完成大部分甚至全部加工的机床特点。为了进一步的提高产品的性能和质量,现代越来越多的产品,如航空航天产品,运载工具,精密仪器仪表等产品的零部件,都采用整体材料进行加工,而且上面还有多种多样的复杂曲面、斜孔以及斜面等。如果采用三轴加工,经过多次定位安装才能完成,而采用多轴联动机床加工可以一次装夹完成大部分工作。同时,通过现代科学技术与机械制造技术相结合,为机械制造业适应这种技术改革发展提供了重要的理论和实践的技术基础,为了满足社会发展的各种生产加工需要,人们把计算机技术、电子技术等科学技术应用到机械加工行业,设计了各种品种的CNC机床,使数控机床发展得到了迈入一个新的台阶,CNC机床己成为现代机械制造的基础和核心,也是计算机集成制造系统(CIMS)、柔性制造系统(FMS),工厂自动化(FA)、及智能化制造系统(IMS)的基本组成单元。数控机床技术的迅速进步,使加工精度提高到了一个新的台阶从此,数控技术的发展进了一个快车道,几乎所有品种机床都实现了数控化。数控机床的性能高低直接关系到产品质量的高低,其中一个重要的性能指标就是数控机床的精度,数控机床的精度指标主要有加工精度、定位精度和重复定位精度,而数控机床的加工精度受到了机床整体结构、进给伺服系统性能高低、刀具尺寸参数、各组成零部件装配精度和外界环境等因素影响,随着对数控机床加工精度要求不断提高,如何提高数控机床加工精度,则是一个不断需要深入研究的课题。
 第二章多轴联动刀具半径补偿的方法
 由于目前二维平面刀具半径补偿功能,在两轴半联动和三轴联动数控机床已应用的非常成熟,而多轴联动数控机床,增加了一个或两个刀具旋转、摆动自由度,刀轴矢量时刻在变,刀具补偿是在空间中进行的,使得其刀补功能较难实现。本章首先回顾了二维平面刀补方法,以端铣球刀为例,提出三维空间刀具半径补偿的基础方法,在实时补偿过程中,对刀轴矢量获取和刀具补偿矢量的获得,则必须要有数据来源,因此针对CAD/CAM软件加工模块对零件加工生成的刀位文件特殊的数据格式进行描述,在此数据基础上,计算空间刀补矢量。
 第三章多轴联动空间刀具半径补偿专用后处理算法...........213.1后置处理的主要功能..........213.2多轴联动数控机床坐标轴的定义..........223.3四轴联动机床结构运动模型..........233.3.1四轴联动A转台机床结构运动模型..........233.3.2四轴联动B转台机床结构运动模型..........243.4五轴联动A/C轴双转台机床结构运动模型..........243.5多轴联动CNC机床专用后处理和名义坐标下空间刀补矢量计算..........253.5.1空间运动坐标变换..........253.5.2四轴联动A、B转台型机床后置处理..........273.5.3五轴联动A/C双转台后置处理.........333.6多轴联动进给速度F的计算..........363.7 本章小结..........37第四章多轴数控空间刀补的实现及软件开发..........384.1多轴数控空间刀具半径补偿功能模块..........384.2专用后胥处理软件的开发..........414.3本辑小结..........46第五章空间刀补矢量的NC代码加工仿真..........475.1VERICUT7.0 仿真软件..........475.2VERICUT软件的实验加工仿真意义..........475.2.1虚拟四轴联动A、B回转台和五轴A/C双转台数控机床建模..........475.3加工仿真及结果分析..........515.3.1多轴联动加工仿真精度分析..........515.4本草小结..........58
 结论
 高速、高精度复杂零件的加工一直是机械加工领域中的难点,其加工往往要借助于四轴、五轴联动机床。通常四轴联动数控机床主要用于直纹扭曲面的加工,五轴联动机床主要用于造船、军工行业中的翼轮、气轮机翼片和叶片、螺旋桨叶片等,防止刀具干涉,精度保证最好的方法。因此,对四、五轴数控机床进行刀具半径补偿的研究,是极有现实意义的课题。本文主要完成了以下的研究工作:1.调研了与课题相关研究的论文和专著,确定了研究对象、思路,建立了空间刀具半径补偿模型和算法的表达形式。2.通过UGNX6.0建模,对其CAM模块生成的刀位文件进行数据分析,计算出空间刀具半径补偿单位矢量,同时针对四轴联动和五轴联动回转台型机床运动模型,建立起工件坐标系与名义坐标系之间的坐标转换关系式。3.带空间刀补矢量的专用后胃处理软件的丌发,为了提高加工效益,提出一种小角度的旋转变换求解算法,对于五轴机床而A角度正负变换可以减少C角度的大范围、大角度的旋转,避免了刀具碰刀现象。以VC++6.0软件为编程幵发平台,丌发了两个专用后处理软件。4.以VeriCut7.0软件进行模拟加工环境,通过加工后的毛坯与设计零件的过切和欠切颜色查看,验证后置处理软件的实用性及空间刀具半径补偿矢量算法的正确可行性。5.最后对专用后置处理软件生成的空间刀具半径补偿后的NC代码到四、五轴联动数控机床进行实际加工,通过三坐标测量仪对加工的零件进行数据分析,查看工件的加工精度要求,以验证空间刀具半径补偿算法和NC代码的准确性。
 参考文献：[1] M.Kovacic.M.Brezocnik.I.Pahole.Evolutionary programming of CNC machines[J],Journal of Materials Processing Technology. 2005: 1379-1387. 陈明君.李凯.李子昂.五轴数控刀具半径补偿算法研究与数控仿真工具技术.2010.44(3): 62-64.M. Kovacic.M. Brezocnik.I.Pahole.J.Balic.B. Kecelj. Evolutionary programming ofCNC machines[J], Journal of Materials Processing Technology, 2005. 164-165:1379-1387.Y. Y. Hsu, S.S.W. A new compensation method for geometry errors of five-axismachine tools[J], International Journal of Machine Tools & Manufacture,2007(47): 352-360.谭汝谋.加强多轴加1:机床的研究与发展[J]. 世界制造技术与装备市场,2004(3): 27-31.高长银,藏稳通,赵汶.UG6.0数拧五轴加工实例教程[M].北化学工业出版社,2009.丑永氣杜君文,程N全.数控技术[M].北京:卨等教存出版社,2001.草富元.方江龙,汤乎安.对我W数控技术发展的思考[J].中国机械工程,1999(10): 1100-1103.Dragomatz D,Mann S.A. Classified Bibliography of Litcruatreon NC MillingpathGeneration[J]. Computer Aided Design, 2002. 3(29): 239-247.Alan Clin and Hai-Terng Liu. Automation of NC Cutter Path from Massive DataPoints and Generation of Collision-free Tool Path[J]. Computer Aided Design, 2003.11: 573-581.