自由曲面仿人研磨路径优化研究

论文摘要

针对利用串并混联研磨专用机床研磨自由曲面时的最优加工路径问题,本文在建立了该机床运动学逆解模型的基础上,对仿人研磨路径工具位置和姿态规划进行了深入研究。规划机床的“肘”、“腕”关节姿态,使其运动学逆解唯一,将工件按几何参数分成若干个子片,以子片为单位规划研磨路径。提出了仿人研磨路径规划的“内圆法”,用于子片中心部位研磨路径的局部光顺。对于内部子片的整体光顺需求,提出仿人研磨路径规划的“外圆法”。首次提出“有理Bézier曲线法”,它是一种研磨路径的整体光顺算法,可产生光滑的准螺旋线工具路径;其准圆边界的每一段形状连续可调,可控制加工重复率;更优良的特点是,当令二次有理Bézier曲线段的权因子w1=0时,相应的软化边界退化为子片原边界,这使该法可用于工件上的任何子片。创新性地提出无工具退出动作的“双螺旋线法”,产生了一种起始并终止于子片边界的双螺旋线路径,此法对子片研磨路径有局部光顺作用,研磨路径保持原边界外形。以NURBS曲面的直接插补、加减速和插补的关联控制算法为基础,自行开发了研磨专用开放式数控系统,以它作为实验平台进行了不同研磨路径加工效果对比实验,结果表明:与平行边界法相比,在加工精度方面,有理Bézier曲线法加工曲面的表面粗糙度Ra值下降了5%,而内/外圆混合法和双螺旋线法的Ra值与平行边界法类似;在加工效率方面,内/外圆法提高了3.1%,双螺旋线法提高了4.5%,有理Bézier曲线法提高了7%。本课题为吉林省科技发展重点项目(编号:20040325)

论文目录

• 提要
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 研磨技术和开放式数控系统发展现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 串-并混联研磨专用机床仿人研磨工具姿态角规划
• 2.1 串-并混联研磨专用机床工作原理
• 2.2 串-并混联研磨专用机床的运动综合
• 2.3 研磨专用机床工具姿态角规划
• 2.4 本章小结
• 第3章 NURBS 曲面仿人研磨路径的研究
• 3.1 仿人研磨路径的数学基础—NURBS 描述方法
• 3.2 仿人研磨路径规划
• 3.3 仿人研磨路径规划基本原理
• 3.4 本章小结
• 第4章 仿人研磨路径规划算法
• 4.1 仿人研磨路径规划的内圆法
• 4.2 仿人研磨路径规划的外圆法
• 4.3 仿人研磨路径规划的有理BéZIER 曲线法
• 4.4 仿人研磨路径规划的双螺旋线法
• 4.5 本章小结
• 第5章 NURBS 曲面直接插补及其加减速控制
• 5.1 插补算法的研究背景
• 5.2 基于TAYLOR 级数的插补算法
• 5.3 插补运算进给速度调整法
• 5.4 NURBS 直接插补法的加减速控制[61,72-74]
• 5.5 本章小结
• 第6章 研磨专用开放式数控系统研究
• 6.1 开放式数控系统按硬件结构的分类
• 6.2 研磨专用开放式数控系统设计概要
• 6.3 TMS320F2812 与PCI 总线接口研究
• 6.4 TMS320F2812 系统硬件电路设计
• 6.5 本章小结
• 第7章 NURBS 曲面研磨实验
• 7.1 实验NURBS 曲面数学模型建立和特性分析
• 7.2 实验NURBS 曲面分片
• 7.3 实验方法与设计
• 7.4 实验结果及分析
• 7.5 本章小结
• 第8章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者在攻读博士学位期间发表的论文
• 作者在攻读博士学位期间参与的课题
• 摘要
• ABSTRACT