五轴联动数控机床运动学数学基础及应用

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1、硕士学位论文五轴联动数控机床运动学数学基础及应用MATHEMATICBASISANDAPPLICATIONOFFIVE-AXISMACHINETOOLSKINEMATICTRANSFORMATION梁志敏哈尔滨工业大学2010年12月国内图书分类号：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联动数控机床运动学数学基础及应用硕士研究生：梁志敏导师：楼云江副教授副导师：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：2010年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG659U.D.C.:

2、621DissertationfortheMasterDegreeMATHEMATICBASISANDAPPLICATIONOFFIVE-AXISMACHINETOOLSKINEMATICTRANSFORMATIONCandidate:ZhiminLiangSupervisor:AssociateProf.YunjiangLouCoSupervisor:AssociateProf.JiangangLiAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ControlScienceandEngineeringAffiliation

3、:ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence:December,2010Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology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主要用于加工具有复杂表面的零件，对航空航天、国防、医疗器械等各个行业的发展起着至关重要的作用。数控系统作为五轴机床的大脑至关重要。因为加工零件类型和应用场合等不同，五轴机床结构复杂，形式多样。数控系统要控制不同形式的五轴机床并提供各种功能模块就需要处理不同形式机床的运动学变换问题。因此，五轴机床的运动学变换及相关功能模块的

4、实现就成为研究的一个重要内容。本文对此进行了深入地研究。五轴机床复杂的结构和多种多样的实现形式给研究带来了很大的困难。因此，将五轴机床分类并定义每种类型的标准化参数是运动学变换及相关研究的基础。目前，将机器人学中的运动变换的方法应用到五轴机床领域的研究很少。这种方法具有很好的可扩展性，可以推广到旋转轴不正交形式的机床。刀位数据和五轴机床各个轴运动量之间的相互变换关系是运动学相关的功能开发的基础。后置处理技术是数控系统的核心技术之一。本课题分析了后置处理器的结构以及常用的刀位文件格式和数控加工代码格式，并在VisualC++6.0下开发了五轴机床后置处理程序。后置处理器成功地将刀位文

5、件转换成数控加工代码并利用vericut仿真以及实际的零件加工验证了算法的正确性。此外，本课题还对非线性误差进行了分析，提出了减小非线性误差的方法，在matlab仿真中效果良好。刀具中心点编程功能、圆柱面加工功能、斜面加工功能以及刀具轴线运动刀等功能都与运动学变换有着密接的联系。开发这些功能可以极大地提高了机床的易用性。本课题研究了上述功能，分析了这些功能的数学基础，提出了可行的实现方法。关键词：运动学模型；后置处理器；非线性误差；vericut仿真–I–哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractFive-axisNCmachinetoolismainlyusedforproc

6、essingpartswithcomplexsur-faces,andplaysavitalroleinthedevelopmentofaerospace,defense,medicaldeviceandotherindustries.Computernumericalcontrol(CNC)system,asthethecoreoffive-axismachinetools,iscrucial.Thestructuresoffive-axismachinetoolsarecomplicatedduetodifferentmachinedpartsandapplications.Ino

7、rdertocontroldifferenttypemachinetoolsandprovidevariousfunctionblocks,itisessentialforCNCsystemtodealwiththeissueofkinematictransformationofdifferenttypemachinetools.Thus,thekinematictrans-formationoffive-axismachinetoolsanddevelopmentof