一種多約束五軸加工進給率定制方法技術

本發(fā)明專利技術一種多約束五軸加工進給率定制方法屬于機械數(shù)控加工技術領域，涉及一種多約束五軸加工進給率定制方法。該方法首先根據(jù)弦高差約束、刀軸角速度和機床各軸速度約束確定出采樣點處的進給率值，構造初始進給率曲線。再運用比例調節(jié)算法重新確定加速度或躍度超差點處的進給率值，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，通過對初始進給率曲線的一點約束或多點約束變形，使之光滑變形到指定的進給率更新位置，并實現(xiàn)了進給率曲線調整區(qū)和非調整區(qū)的光滑過渡。本發(fā)明專利技術實現(xiàn)了五軸加工適應性進給率的離線定制，并滿足五軸加工幾何特性、工藝特性和機床驅動特性的并行約束要求，以保證加工的精度、質量和效率。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術屬于機械數(shù)控加工
，涉及。
技術介紹
五軸數(shù)控機床廣泛應用于復雜形狀零件的數(shù)控加工，適應性進給率定制是保證機床運動平穩(wěn)，減小機床加工振動，提高零件加工質量的關鍵，其規(guī)劃質量的優(yōu)劣直接影響零件加工的精度和效率。本專利技術的目標是在滿足幾何特性、工藝特性和機床驅動特性約束的基礎上，以樣條曲線為表達形式適應性定制進給率，并實現(xiàn)五軸加工進給率的最大化。其中，幾何特性約束為弦高差約束，是復雜曲面數(shù)控加工中保證軌跡加工精度的重要指標；工藝特性約束是從刀具切削特性的角度出發(fā)對切削刀具的運動特性加以限制，包括刀尖點速度和加速度運動約束以及刀軸擺動角速度和角加速度約束，以保證切削過程穩(wěn)定，并減少切削負載波動，有利于保證加工質量和加工精度；機床驅動特性約束主要包括機床各軸最大速度、加速度和躍度約束，是防止超出機床各軸的物理極限，也是保證機床平穩(wěn)加工的關鍵之一。經對現(xiàn)有技術的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，有關五軸數(shù)控加工進給率規(guī)劃方法的研究有專利技術人為王宇晗等的專利“五軸數(shù)控加工進給率控制系統(tǒng)”，專利號為CN101976055A。專利以機床坐標系下機床速度與加速度約束值和工件坐標系下刀尖點速度與加速度約束值為約束條件，建立優(yōu)化模型。同時考慮了機床坐標系和工件坐標系下的運動學性能約束，避免了單一坐標系下約束帶來的弊端。該專利技術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間為目標函數(shù)，以機床各軸最大速度、加速度和躍度為約束條件，構建了一個用于進給率定制的非線性約束優(yōu)化模型。該論文主要考慮了機床驅動特性的約束，未涉及幾何特性和工藝特性約束，同時采用約束非線性優(yōu)化方式易出現(xiàn)計算效率低下等問題。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術針對現(xiàn)有技術的缺陷，尤其是五軸數(shù)控加工進給率定制存在的問題，運用比例調節(jié)算法和曲線演化策略，專利技術了。比例調節(jié)算法通過使超差點處的進給率值以一定比例下降，從而達到使各約束值約束下的加速度值和躍度值同時減小的目的。每次比例調節(jié)完成后，運用曲線演化策略，使當前進給率曲線光滑變形到采樣點新的調整位置，并保證了進給率曲線調整區(qū)和非調整區(qū)的光滑過渡。本專利技術采用的技術方案是，該方法首先根據(jù)弦高差約束、刀軸角速度和機床各軸速度約束，順次確定出采樣點處的進給率值，構造出初始進給率曲線；再運用比例調節(jié)算法重新確定加速度或躍度超差點處的進給率值，使刀尖點加速度和躍度、刀軸角加速度、機床各軸加速度和躍度按同向規(guī)律變化并逐步減少；在局部進給率位置更新基礎上，采用曲線演化策略，通過對初始進給率曲線的一點約束或多點約束變形，使之光滑變形到指定的進給率更新位置，并實現(xiàn)了進給率曲線調整區(qū)和非調整區(qū)的光滑過渡；重復上述調整過程，直至定制的進給率曲線滿足幾何特性、工藝特性和機床驅動特性的約束；定制方法包括以下步驟: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)曲線表達式:本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種多約束五軸加工進給率定制方法，其特征是，首先根據(jù)弦高差約束、刀軸角速度和機床各軸速度約束，順次確定出采樣點處的進給率值，構造出初始進給率曲線；再運用比例調節(jié)算法重新確定加速度或躍度超差點處的進給率值，使刀尖點加速度和躍度、刀軸角加速度、機床各軸加速度和躍度按同向規(guī)律變化并逐步減少；在局部進給率位置更新基礎上，采用曲線演化策略，通過對初始進給率曲線的一點約束或多點約束變形，使之光滑變形到指定的進給率更新位置，并實現(xiàn)了進給率曲線調整區(qū)和非調整區(qū)的光滑過渡；重復上述調整過程，直至定制的進給率曲線滿足幾何特性、工藝特性和機床驅動特性的約束；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)曲線表達式：p(u)=Σi=0nNi,k(u)ωipi/Σi=0nNi,k(u)ωiq(u)=Σi=0nNi,k(u)ωiqi/Σi=0nNi,k(u)ωiu∈[0,1]---(1)]]>其中：p(u)表示刀尖點運動軌跡，q(u)表示刀軸上除刀尖點外的任意一點的軌跡；pi、qi，i＝0,1...,n，為曲線控制多邊形的控制頂點，ωi為相應控制點的權因子，k為NURBS曲線的階次，U＝[u0,...,un+k+2]為節(jié)點矢量；2)確定采樣點的數(shù)目，沿加工路徑等間距劃分得到采樣點的位置在各采樣點處求出弦高差約束下的最大進給率允許值刀軸角速度約束下的最大進給率允許值和各軸最大速度約束下的最大進給率允許值在各采樣點處，結合刀尖點最大速度允許值fc，取四個值中的最小值作為初始進給率值f(ui)i=1n1=min(fg(ui),fw(ui),fd(ui),fc)i=1n1,]]>在確定進給率曲線控制點的數(shù)目后，經樣條擬合得到初始進給率曲線：f(u)=Σi=0mNi,w(u)ωidiΣi=0mNi,w(u)ωi---(2)]]>式中，di,i＝0,1...,m,為曲線的控制頂點，w為NURBS曲線的階次，ωi為權因子，取值為1，這樣NURBS曲線被簡化為B樣條曲線；3)計算各采樣點處的刀尖點加速度值a、刀尖點躍度值j、刀軸角加速度值Aw和機床分軸加速度值A∧(u),∧＝x,y,z,α,β、機床分軸躍度值J∧(u)，并與設定的刀尖點加速度極限值amax、刀尖點躍度極限值jmax、刀軸角加速度極限值Awmax和機床分軸加速度極限值分軸躍度極限值比較，運用關系式(3)獲得進給率曲線的超差區(qū)域u＝{uj}，j＝0,1...,l；4)將所有超差點對應的進給率值f(uj)乘以一個相同的比例調節(jié)系數(shù)τ，0＜τ＜1，進而得到超差點處新的進給率值fd(uj)，則刀尖點加速值、刀尖點躍度值、刀軸角加速度值和機床分軸加速度值、分軸躍度值下降比例分別為τ2、τ3、τ2、τ2、τ3；5)運用曲線演化策略，將進給率曲線從原始位置光滑變形到目標位置，得到一條新的進給率曲線，包括以下步驟：a)計算超差點處的進給率值的變化量Δf(uj)(j＝0,1...,l)；Δf(u0)···Δf(ul)=fd(u0)-f(u0)···fd(ul)-f(ul)---(4)]]>b)基于最小二乘原理建立目標進給率曲線變形到給定位置的方程組；c)計算方程組系數(shù)矩陣的廣義逆矩陣N+(u)，并利用公式(5)求出進給率曲線控制點的偏移量Δd；d)將進給率曲線控制點的偏移量帶入B樣條曲線表達式(7)，得到一條通過新的進給率調整位置的光滑進給率曲線；f(u)=Σi=0mNi,w(u)(di+Δdi)Σi=0mNi,w(u)---(7)]]>6)重復步驟3)、4)、5)，直至刀尖點加速度值、刀尖點躍度值、刀軸角加速度值和機床分軸加速度值、分軸躍度值均不超差，得到滿足約束條件的進給率曲線，從而完成進給率的規(guī)劃。...

【技術特征摘要】
1.一種多約束五軸加工進給率定制方法，其特征是，首先根據(jù)弦高差約束、刀軸角速度和機床各軸速度約束，順次確定出采樣點處的進給率值，構造出初始進給率曲線；再運用比例調節(jié)算法重新確定加速度或躍度超差點處的進給率值，使刀尖點加速度和躍度、刀軸角加速度、機床各軸加速度和躍度按同向規(guī)律變化并逐步減少；在局部進給率位置更新基礎上，采用...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：孫玉文，趙洋，賈振元，郭東明，
申請(專利權)人：大連理工大學，
類型：發(fā)明
國別省市：遼寧;21