五轴CNC系统中有效降低非线性误差的两种方法

针对五轴数控(CNC)加工由于刀具摆动使得刀尖运动存在的非线性误差问题,建立了该误差的数学模型,提出了两种有效降低该误差的方法:第一种方法对理想线性刀尖轨迹而非数控程序段给定的数据进行插补,对插补点进行坐标变换计算插补器输出的运动控制命令;第二种方法对数控程序段直接插补但将该点对应的刀尖点投影到理想刀尖轨迹上,将投影点进行坐标变换计算机床各轴运动坐标.实例计算表明,利用所提出的方法能将非线性摆动误差降低到1μm以下,且计算时间(35.6μs)满足数控系统实时性要求.     

五轴加工中局部曲率的计算及其应用研究

针对复杂曲面五轴数控加工中的局部干涉的检验与修正问题,运用微分几何理论推导环形刀刀触点处刀具曲面和工件曲面沿任意方向的曲率分布函数.根据局部曲率,建立了判断有无干涉的条件.对示例曲面和给定的加工刀具进行了曲率计算并绘制出了曲率分布函数图形.对所得到的图形进行分析表明,所推导的曲率公式和建立的无干涉条件完全正确且符合实际加工情形.     

曲率自适应条件下特征点选取的非均匀B样条曲线插值方法

针对计算机数控编程阶段生成的海量离散刀位数据,在满足预设插值精度的条件下,提出一种基于曲率自适应选取特征点的非均匀B样条曲线插值方法.首先,采用相邻3点形成近似圆弧的方法计算各个离散刀位数据点的曲率,将曲率分段点、曲率极大值点等特征数据点作为初始插值数据点,构造生成初始非均匀B样条插值曲线;其次,建立插值误差计算模型,并用于计算所有未参与插值的数据点与非均匀B样条插值曲线间的插值误差,在超出预设插值误差的曲率段内增加新的特征点,生成新的非均匀B样条插值曲线;重复上述过程,直至所有不在非均匀B样条插值曲线上的数据点都满足插值精度条件为止.对实际加工离散刀位数据的仿真计算结果表明,该方法即便去除了大量原始离散刀位数据,也能更好地保留原始刀位数据曲线在外形和精度方面的特征,且具有迭代计算次数少、数据点去除量大等特点,在海量离散刀位数据的样条化数控编程方面具有较高的应用价值.     

基于有向点云数据的二次曲面拟合算法

针对有向点云数据的特点,提出了一种基于几何距离的二次曲面（如平面、球面、圆柱面）拟合算法。该算法利用非线性最小二乘法Levenberg-Marquardt进行求解,并基于二次曲面的高斯图特性给出了拟合算法的初始值估计方法。实验证明所提出的拟合算法能够有效地解决有向点云数据的二次曲面拟合问题。     

高硅铝合金SC100-T6高温流变行为的研究

用Gleeble-1500热模拟机研究了SC100-T6铝合金在高温塑性变形过程中应力的变化规律.实验温度为360～500℃.应变速率为0.006～0.036 s-1.结果表明,应变速率和变形温度的变化强烈地影响着该合金流变应力的大小,流变应力随变形温度升高而降低,随应变速率提高而增大;可用Zener-Hollomon参数的双曲正弦形式来描述SC100-T6铝合金高温压缩变形时的流变应力行为.     

基于RANSAC算法的三角网格特征曲面提取

针对三角网格模型中的二次曲面提取问题,利用随机抽样一致性算法(Random Sampling Consensus,RANSAC)提出了一种球面、圆柱面和圆锥面等二次特征曲面的提取算法.该算法首先计算每个顶点的法向量,然后用带顶点法向量的三角面片统一表示每类二次曲面的最小子集,最后利用RANSAC算法进行二次曲面提取.实验结果分析表明该算法具有良好的稳定性和运算效率等特点.     

基于五轴机床空间运动分析的后处理研究

针对五轴加工时从刀位文件到数控程序的后处理问题,以双转台类型的五轴机床为例建立了由参考坐标系到工件坐标系之间的中间坐标系,基于对各坐标系运动情况的分析最终得到了由参考坐标系到工件坐标系的坐标变换矩阵,从而将五轴后处理过程简化为求解一个关于机床控制坐标的线性方程组。实际计算结果表明所提出方法是正确可行的而且适用于其他任何类型的五轴机床。     

五轴线性插补中非线性误差补偿方法

以A-C双摆头五轴数控机床为研究对象,通过对机床的运动学求解,分析了五轴数控机床在加工过程中非线性误差产生机理并建立了非线性误差的数学模型。通过齐次坐标变换的方法,推导出计算加工过程中刀尖点实际位置的数学表达式以及其反计算公式。针对五轴数控机床的旋转轴运动所产生的非线性误差,提出了一种反求插补点的补偿方法。从五轴数控加工旋转中心位置插补算法角度考虑降低非线性误差的方法,通过理论刀尖点位置来反求旋转中心的插补的位置,使实际刀尖点更多地落在理论插补路径上。利用MATLAB进行实际数据的仿真验证,结果表明所提出方法能将非线性误差有效控制在加工允差内,可显著提高五轴数控系统的轨迹控制精度,可见本文所提出方法具有较好的可行性和实际应用价值。     

基于TwinCAT平台的多轴开放体系结构设计与实现

针对现行多轴数控系统体系结构存在的开放程度不高等问题,提出了一种关于多轴开放体系结构设计新思路：开放的硬件系统应该建立在一种标准的、通用的硬件基础之上;开放的软件系统则应该建立在模块化结构的软件基础之上。基于上述思路,分析了TwinCAT工控软件的特点、功能以及其在开发数控系统时具有的优越性,对基于TwinCAT工控平台的开放式多轴系统软硬件结构设计和实现过程进行了相应阐述。通过伺服系统与控制卡间的硬件连接,结合VC＋＋程序设计,实现了一个基本的开放体系结构模型,为后续多轴数控系统的深入开发积累实际经验。     

整体叶轮五轴侧铣数控加工方法的研究

为提高整体叶轮的五轴编程和加工的能力,生成合理的刀位文件,在制定出合理的加工工艺的基础上,提出了一种适合于直纹面叶片五轴侧铣加工的刀轴矢量计算方法.对两个相邻叶片的直母线进行插值后,得到的刀轴矢量能完全避免刀具与叶片之间的干涉问题.同时,提出了一种小四边形参数模型来解决直线与自由曲面求交问题,并成功应用于刀心计算中.实例计算表明,所提出的方法能很好地应用于整体叶轮的五轴加工.