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基于PH样条的五轴数控插补技术研究

作　者: 蔡志娟
导　师: 富宏亚
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: PH曲线实时插补五坐标机床插值逼近
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

目前,具有复杂曲面外形的产品越来越多而且其加工精度要求越来越高,采用三轴联动数控机床加工这类产品时一般需经过多次装夹才能完成,加工速度和加工精度很难保证。因此在具有复杂轮廓外形零部件的高速、高精加工中,五轴联动数控机床的应用最为广泛。在加工自由曲面时,一般采用微段直线逼近曲线的方式,这种加工方法存在NC程序文件庞大导致数据传输负荷大,相邻运动段连接处速度不连续,加工质量差等。样条曲线的插补可使整条曲线的加工速度较均匀,因而可提高表面加工质量。PH曲线是一类具有优良特性的多项式曲线,可以用于解决曲线弧长的计算问题,且保持与Bézier曲线表示的完全一致性,并且PH曲线往往产生比经典多项式曲线更光顺的轨迹等优点。因此本文主要研究五轴联动数控系统的PH曲线插补技术。由于在五轴联动加工中,刀轴矢量出现跨象限时,需抬刀处理,加工速度和精度很难保证。为解决此问题,提出了跨象限的处理方法。在此基础上对双转台五轴联动机床的空间运动和基于RPCP的后置处理作了简单的分析和研究;提出了在插补中用预测—校正方法代替通常使用的Taylor展开方法,提高了插补的精度。针对PH曲线的性质和特点,设计、开发了四种空间PH曲线的实时插补算法,并对曲率插补方法的缺点进行了改进;为解决PH曲线插值中的光滑过渡,提出了5次空间PH曲线的C~1和C~2连续插值方法。针对CAD/CAM系统生成的曲线曲面加工代码文件庞大、速度不连续的缺点,使用了基于数据点长度和角度的方法对数控代码进行了处理,并利用结点消去法对刀位点用PH曲线逼近,实现了微段直线插补指令向PH曲线插补指令的转换;给出了五坐标PH曲线插补的数控代码格式,通过仿真对五坐标PH样条曲线插补算法及曲面加工作了验证。另外,针对跨象限处理方法及RPCP算法,通过仿真和实验验证了其可行性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-15
  1.1 五轴联动数控机床的发展及现状  9-10
  1.2 数控插补技术的发展及现状  10-13
    1.2.1 曲线插补的背景及研究现状  10-12
    1.2.2 PH 曲线的提出及研究现状  12-13
  1.3 论文主要研究内容  13-15
第2章五坐标机床的空间运动  15-22
  2.1 概述  15
  2.2 五坐标机床的空间运动分析  15-17
  2.3 基于RPCP 功能的后置处理  17-21
    2.3.1 RPCP 算法简介  17
    2.3.2 跨象限角度处理  17-19
    2.3.3 坐标逆变换  19-21
  2.4 本章小结  21-22
第3章五坐标空间PH 曲线实时插补算法  22-32
  3.1 概述  22
  3.2 空间PH 曲线的性质  22-24
  3.3 预测—校正法插补空间PH 曲线  24-30
    3.3.1 预测—校正法  24-25
    3.3.2 四种插补算法  25-30
    3.3.3 四种插补算法的比较  30
  3.4 刀轴矢量的插补  30
  3.5 本章小结  30-32
第4章空间PH 曲线插值与逼近  32-47
  4.1 概述  32
  4.2 空间PH 曲线的C~1连续插值  32-34
  4.3 空间PH 曲线的C~2连续插值  34-38
    4.3.1 四元数简介  35-36
    4.3.2 空间PH 曲线C~2连续插值  36-38
  4.4 空间PH 曲线的逼近  38-41
    4.4.1 结点消去逼近法  39-40
    4.4.2 逼近误差算法  40-41
  4.5 刀位轨迹处理  41-46
    4.5.1 刀位点及刀位矢量的提取  41-44
    4.5.2 微段直线处理  44-46
  4.6 本章小结  46-47
第5章五坐标空间PH 曲线插补算法验证  47-58
  5.1 数控加工仿真简介  47
  5.2 VERICUT 机床加工仿真  47-48
  5.3 插补系统的主要模块  48-52
    5.3.1 后置处理模块  48-49
    5.3.2 译码模块  49-51
    5.3.3 插补模块  51-52
  5.4 实例验证  52-57
    5.4.1 跨象限处理验证  52-53
    5.4.2 RPCP 算法验证  53-54
    5.4.3 PH 曲线插补验证  54-56
    5.4.4 曲面插补验证  56-57
  5.5 本章小结  57-58
结论  58-59
参考文献  59-64
致谢  64

基于PH样条的五轴数控插补技术研究

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