一種多約束五軸加工進(jìn)給率定制方法
【專利摘要】本發(fā)明一種多約束五軸加工進(jìn)給率定制方法屬于機(jī)械數(shù)控加工【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種多約束五軸加工進(jìn)給率定制方法。該方法首先根據(jù)弦高差約束、刀軸角速度和機(jī)床各軸速度約束確定出采樣點(diǎn)處的進(jìn)給率值，構(gòu)造初始進(jìn)給率曲線。再運(yùn)用比例調(diào)節(jié)算法重新確定加速度或躍度超差點(diǎn)處的進(jìn)給率值，使加速度和躍度值按同向規(guī)律變化并逐步減少。采用曲線演化策略，通過(guò)對(duì)初始進(jìn)給率曲線的一點(diǎn)約束或多點(diǎn)約束變形，使之光滑變形到指定的進(jìn)給率更新位置，并實(shí)現(xiàn)了進(jìn)給率曲線調(diào)整區(qū)和非調(diào)整區(qū)的光滑過(guò)渡。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了五軸加工適應(yīng)性進(jìn)給率的離線定制，并滿足五軸加工幾何特性、工藝特性和機(jī)床驅(qū)動(dòng)特性的并行約束要求，以保證加工的精度、質(zhì)量和效率。
【專利說(shuō)明】一種多約束五軸加工進(jìn)給率定制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)械數(shù)控加工【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種多約束五軸加工進(jìn)給率定制方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]五軸數(shù)控機(jī)床廣泛應(yīng)用于復(fù)雜形狀零件的數(shù)控加工，適應(yīng)性進(jìn)給率定制是保證機(jī)床運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，減小機(jī)床加工振動(dòng)，提高零件加工質(zhì)量的關(guān)鍵，其規(guī)劃質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響零件加工的精度和效率。本發(fā)明的目標(biāo)是在滿足幾何特性、工藝特性和機(jī)床驅(qū)動(dòng)特性約束的基礎(chǔ)上，以樣條曲線為表達(dá)形式適應(yīng)性定制進(jìn)給率，并實(shí)現(xiàn)五軸加工進(jìn)給率的最大化。其中，幾何特性約束為弦高差約束，是復(fù)雜曲面數(shù)控加工中保證軌跡加工精度的重要指標(biāo)；工藝特性約束是從刀具切削特性的角度出發(fā)對(duì)切削刀具的運(yùn)動(dòng)特性加以限制，包括刀尖點(diǎn)速度和加速度運(yùn)動(dòng)約束以及刀軸擺動(dòng)角速度和角加速度約束，以保證切削過(guò)程穩(wěn)定，并減少切削負(fù)載波動(dòng)，有利于保證加工質(zhì)量和加工精度；機(jī)床驅(qū)動(dòng)特性約束主要包括機(jī)床各軸最大速度、加速度和躍度約束，是防止超出機(jī)床各軸的物理極限，也是保證機(jī)床平穩(wěn)加工的關(guān)鍵之一。
[0003]經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，有關(guān)五軸數(shù)控加工進(jìn)給率規(guī)劃方法的研究有發(fā)明人為王宇晗等的專利“五軸數(shù)控加工進(jìn)給率控制系統(tǒng)”，專利號(hào)為CN101976055A。專利以機(jī)床坐標(biāo)系下機(jī)床速度與加速度約束值和工件坐標(biāo)系下刀尖點(diǎn)速度與加速度約束值為約束條件，建立優(yōu)化模型。同時(shí)考慮了機(jī)床坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系下的運(yùn)動(dòng)學(xué)性能約束，避免了單一坐標(biāo)系下約束帶來(lái)的弊端。該發(fā)明只考慮了速度和加速度約束，未涉及躍度約束和幾何約束。Sencer B 等在其論文“Feed optimization for five-axis CNC machinetools with drive constraints，，.International Journal of Machine Tools andManufacture, 2008, 48(7):733-745.中以獲得最短加工時(shí)間為目標(biāo)函數(shù)，以機(jī)床各軸最大速度、加速度和躍度為約束條件，構(gòu)建了一個(gè)用于進(jìn)給率定制的非線性約束優(yōu)化模型。該論文主要考慮了機(jī)床驅(qū)動(dòng)特性的約束，未涉及幾何特性和工藝特性約束，同時(shí)采用約束非線性優(yōu)化方式易出現(xiàn)計(jì)算效率低下等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，尤其是五軸數(shù)控加工進(jìn)給率定制存在的問(wèn)題，運(yùn)用比例調(diào)節(jié)算法和曲線演化策略，發(fā)明了一種多約束五軸加工進(jìn)給率定制方法。比例調(diào)節(jié)算法通過(guò)使超差點(diǎn)處的進(jìn)給率值以一定比例下降，從而達(dá)到使各約束值約束下的加速度值和躍度值同時(shí)減小的目的。每次比例調(diào)節(jié)完成后，運(yùn)用曲線演化策略，使當(dāng)前進(jìn)給率曲線光滑變形到采樣點(diǎn)新的調(diào)整位置，并保證了進(jìn)給率曲線調(diào)整區(qū)和非調(diào)整區(qū)的光滑過(guò)渡。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種多約束五軸加工進(jìn)給率定制方法，該方法首先根據(jù)弦高差約束、刀軸角速度和機(jī)床各軸速度約束，順次確定出采樣點(diǎn)處的進(jìn)給率值，構(gòu)造出初始進(jìn)給率曲線；再運(yùn)用比例調(diào)節(jié)算法重新確定加速度或躍度超差點(diǎn)處的進(jìn)給率值，使刀尖點(diǎn)加速度和躍度、刀軸角加速度、機(jī)床各軸加速度和躍度按同向規(guī)律變化并逐步減少；在局部進(jìn)給率位置更新基礎(chǔ)上，采用曲線演化策略，通過(guò)對(duì)初始進(jìn)給率曲線的一點(diǎn)約束或多點(diǎn)約束變形，使之光滑變形到指定的進(jìn)給率更新位置，并實(shí)現(xiàn)了進(jìn)給率曲線調(diào)整區(qū)和非調(diào)整區(qū)的光滑過(guò)渡；重復(fù)上述調(diào)整過(guò)程，直至定制的進(jìn)給率曲線滿足幾何特性、工藝特性和機(jī)床驅(qū)動(dòng)特性的約束；定制方法包括以下步驟:
[0006]I)將五軸加工路徑用雙NURBS曲線表示，得到加工路徑的參數(shù)曲線表達(dá)式:
【權(quán)利要求】
1.一種多約束五軸加工進(jìn)給率定制方法，其特征是，首先根據(jù)弦高差約束、刀軸角速度和機(jī)床各軸速度約束，順次確定出采樣點(diǎn)處的進(jìn)給率值，構(gòu)造出初始進(jìn)給率曲線；再運(yùn)用比例調(diào)節(jié)算法重新確定加速度或躍度超差點(diǎn)處的進(jìn)給率值，使刀尖點(diǎn)加速度和躍度、刀軸角加速度、機(jī)床各軸加速度和躍度按同向規(guī)律變化并逐步減少；在局部進(jìn)給率位置更新基礎(chǔ)上，采用曲線演化策略，通過(guò)對(duì)初始進(jìn)給率曲線的一點(diǎn)約束或多點(diǎn)約束變形，使之光滑變形到指定的進(jìn)給率更新位置，并實(shí)現(xiàn)了進(jìn)給率曲線調(diào)整區(qū)和非調(diào)整區(qū)的光滑過(guò)渡；重復(fù)上述調(diào)整過(guò)程，直至定制的進(jìn)給率曲線滿足幾何特性、工藝特性和機(jī)床驅(qū)動(dòng)特性的約束；定制方法包括以下步驟: 1)將五軸加工路徑用雙NURBS曲線表示，得到加工路徑的參數(shù)曲線表達(dá)式:
【文檔編號(hào)】G05B19/19GK103984285SQ201410229172
【公開(kāi)日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月27日
【發(fā)明者】孫玉文, 趙洋, 賈振元, 郭東明 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)