五轴数控机床刀具轨迹优化的分析

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1、国内图书分类号：TG659学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文五轴数控机床刀具轨迹的优化研究硕士研究生刘冰导师李建刚副教授申请学位工学硕士学科控制科学与工程所在单位深圳研究生院答辩日期2013年12月授予学位单位哈尔滨工业大学万方数据ClassifiedIndex:TG659U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTOOLPATHOPTIMIZATIONOFFIVE-AXISCNCMACHINETOOLCa

2、ndidate：LiuBingSupervisor：AssociateProf.LiJiangangAcademicDegreeAppliedfor：MasterDegreeinEngineeringSpeciality：ControlScienceandEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2013Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechno

3、logy万方数据哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要五轴联动数控机床是现代先进制造技术中的核心设备。在复杂的曲面零件和大型的精密模具加工领域中都占有主要地位。五轴刀位文件是由刀心点和刀轴矢量组成的小线段来表示的。但是小线段组成的轨迹除了数据量比较大外，在段间的速度和加速度会发生不连续的情况，引起机床的振动，影响加工效率和加工质量。本论文针对这一问题进行了五轴加工轨迹的优化工作。针对五轴轨迹是由刀心点和刀轴矢量组成的这一特点，本文针对侧铣或者端铣精加工中质量较好的加工轨迹，提出了双三次样条插值的优化方法，

4、在刀心点和刀轴矢量对应的两条轨迹分别进行三次样条插值。在插值的过程中，论文对于能够进行样条插值的区域确定方法上，区别以往只是根据线段长度、线段长度变化率、转角大小的直观开环方法，首次提出了一种基于形状误差和曲率的分区域方法，这样就真正地实现了样条拟合控制的全闭环优化。在进行双三次样条插值的过程中，由于是对上下两条曲线同时进行分段插值，可能会出现分段处不一致的情况，论文提出了数据融合的方法，使得两条曲线的分段处保持一致。同时，论文对于五轴端铣粗加工过程中可能出现的刀轴矢量变化趋势比较大，引起各轴的运动量

5、变化不均匀，最终导致加工效率降低的情况，提出了刀心点变化的刀轴矢量的优化方法，最终达到了刀轴矢量变化趋势平缓的目的。最后，在五轴联动数控机床上进行了切削加工实验，分别使用优化前和优化后的代码各加工了一个叶轮，效果良好，验证了论文中的方法。关键词：五轴数控机床；刀具轨迹；双三次样条；优化-I-万方数据哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractFive-axisCNCmachinetoolsarethekeyequipmentinmodernadvancedmanufacturingtechnolog

6、y.Five-axisCNCmachinetoolsareoftenusedforthefinishingofcomplexsurfacepartsandlarge-scaleprecisionmolds.Five-axistoollocationfileisgenerallyrepresentedbythesmallsegmentswhicharecomposedbytoolcenterpointsandthevectorsoftoolaxis.However,apartfromthelargeda

7、taofsmallsegments,thevelocityandaccelerationwouldhavethesituationofdiscontinuitybetweenseveralpiecesofsegments.Anditwillalsocausevibrationforthemachineandaffecttheprocessingefficiencyandquality.Sothisthesisfocusontheissueoffive-axismachiningtrajectoryop

8、timization.Fiveaxistrajectoryiscomposedbythetoolcenterpointandthevectoroftoolaxis.Thisthesisproposedbi-cubicsplineinterpolationoptimizationmethodforwellqualitymachiningtrajectoryincontralateralsidemillingormillingfinishmachining,