在機位姿逆向驅動刀路紋理的五軸曲面插補機制研究

《在機位姿逆向驅動刀路紋理的五軸曲面插補機制研究》是依託浙江大學，由沈洪垚擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：在機位姿逆向驅動刀路紋理的五軸曲面插補機制研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：沈洪垚
• 項目類別：面上項目

項目摘要

工具機各驅動軸的速度指令超出伺服驅動能力時，將出現控制器飽和，產生伺服振動，影響加工精度和表面質量，因此有必要保證各軸速度指令的光滑性。然而，在五軸加工反向運動學映射機制下，給定刀路在各驅動軸上的位移量會隨工件裝夾位姿的不同而存在差異，進而影響進給速度曲線各軸分量的光滑性。在不改變刀路的情況下，若僅根據裝夾位姿調整每條刀路的進給速度曲線，原則上可滿足各軸速度光滑性要求，但已無法保證曲面整體刀路的加工效率。 現有CAM→CNC單向信息流模式下，CNC接收CAM階段產生的刀路，但不會將插補階段速度曲線的質量信息反饋給CAM系統，也無法在CAM系統中進行刀路紋理的二次調整。本項目擬將工件實際裝夾位姿信息引入到前端設計環節，著眼於裝夾位姿和刀路形貌對進給速度曲線的非線性影響，以曲面加工整體效率最最佳化為目標，開展由裝夾位姿逆向驅動刀路紋理規劃的曲面直接插補機制研究，探索五軸曲面高速高精加工新模式。

結題摘要

複雜曲面零件在航空航天、軍工、汽車、醫療等重要領域有著廣泛的套用。然而在當前五軸曲面加工中，CAM系統和CNC系統之間運行相對獨立，在CAM中通常以靜態標準生成刀具路徑檔案，CNC系統只能接收既有刀路檔案實現插補加工。由於缺少CNC系統到CAM系統的信息反向互通機制，導致CNC下游的信息無法傳遞迴上游，阻礙了加工質量和效率的提升。本項目面向五軸曲面加工路徑全局效率最優生成，在CAM系統路徑規劃階段引入下游CNC系統軌跡插補信息，建立從CNC系統到CAM系統的雙向信息傳遞通道，將下游插補層的速度規劃信息反饋給上游的CAM系統。進而，提出了基於預插補逆信息向驅動的五軸刀路自適應生成方法，以工具機各軸動力學極限為約束，考慮五軸工具機反向運動學模型對各軸實際位移的影響，通過傳遞下游插補速度規劃評價的信息，輔助上游系統最佳化修改刀具路徑，提升加工效率；針對加工中刀路形貌對速度規劃的影響問題，通過預插補獲取待加工曲面上的低速敏感區域，CAM系統根據低速敏感區域局部調整刀路軌跡，系統對不同的調整方案下的整體加工時間進行評估，選擇效率最優的刀路生成方案；針對五軸曲面加工中等殘高路徑既定前提下刀具姿角對進給速度規劃的限制問題，提出了基於C-Space空間映射反饋的五軸曲面路徑刀具姿角最佳化方法；針對五軸曲面加工中旋轉軸在大曲率區域對進給速度曲線的干擾問題，提出了旋轉位移敏感特徵鉗制下的五軸刀路反饋最佳化，生成符合工具機運動特性的五軸加工刀路軌跡。本項目研究工作過程發表SCI檢索論文15篇，授權發明專利2項，獲得軟體著作權3項，培養博士生4名，碩士生3名。