五轴数控系统空间刀具半径补偿算法的研究

论文摘要

空间刀具半径补偿功能是五轴联动高档数控系统的重要功能,它简化了数控编程,提高了工作效率。目前21/2D轮廓加工的刀具半径补偿应用已经比较成熟,而在五轴联动数控加工中,半径补偿要在空间中进行,由于刀具矢量姿态的变化,使得其补偿问题难度较大,研究并实现五轴联动数控系统空间刀具半径补偿功能是高档数控国家重大专项的重要内容之一。本论文分析了五轴数控加工的特点,归纳了空间刀具半径补偿的主要研究内容和关键问题,提出了空间刀具半径补偿功能描述与算法表达的统一参考模型。针对五轴侧铣和端铣两种加工工艺分别建模,给出了一个加工块内的半径补偿算法,以及两个加工块间的拐角类型判断与处理方式的分类方法和具体的处理算法。具体研究工作包括以下方面:1.确定了课题的研究对象、内容和方法,建立了空间刀具半径补偿的功能描述和算法表达的统一参考模型。2.五轴侧铣空间刀具半径补偿的算法设计。包括一个加工块内的半径补偿算法;两个加工块间拐角类型的定义和判别公式,将拐角处理方式进行了分类,并给出了每一种处理方式的具体算法。3.五轴端铣空间刀具半径补偿的算法设计。包括一个加工块内的半径补偿算法;两个加工块间拐角类型的定义和判别公式,将拐角处理方式进行了分类,并给出了每一种处理方式的具体算法。最后对论文中提出的补偿方法进行了理论误差分析,并与另外一种补偿方法进行了误差对比的仿真实验,实验结果显示补偿算法能够满足系统加工的精度要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 引言
• 第一章 绪论
• 1.1 项目背景
• 1.1.1 数控系统介绍
• 1.1.2 五轴联动数控加工
• 1.2 刀具半径补偿介绍及研究现状
• 1.3 本文的研究内容和组织结构
• 第二章 刀具半径补偿功能研究
• 2.1 刀具半径补偿功能概述
• 2.2 平面刀具半径补偿算法的原理
• 2.2.1 直线的刀具半径补偿计算
• 2.2.2 圆弧的刀具半径补偿计算
• 2.2.3 两段零件轮廓的转接计算
• 2.3 空间刀具半径补偿算法的关键问题
• 2.3.1 空间刀具半径补偿算法的研究内容
• 2.3.2 空间刀具半径补偿功能描述和算法表达的参考模型
• 2.4 本章 小结
• 第三章 五轴侧铣加工空间刀具半径补偿算法的设计
• 3.1 五轴侧铣空间刀具半径补偿算法建模
• 3.2 一个加工块内的刀具半径补偿
• 3.3 两个加工块间拐角的过渡处理
• 3.3.1 拐角类型的判别
• 3.3.2 对刀轴方向矢量改变范围的限制
• 3.3.3 拐角处理方式的分类
• 3.3.4 外拐角处的过渡处理
• 3.3.5 内拐角处的过渡处理
• 3.4 本章 小结
• 第四章 五轴端铣加工空间刀具半径补偿算法的设计
• 4.1 五轴端铣空间刀具半径补偿算法建模
• 4.2 一个加工块内的刀具半径补偿
• 4.3 两个加工块间拐角的过渡处理
• 4.3.1 拐角类型的判别
• 4.3.2 对曲面法向改变范围的限制
• 4.3.3 外拐角处的过渡处理
• 4.3.4 内拐角处的过渡处理
• 4.4 本章 小结
• 第五章 误差分析和仿真实验
• 5.1 误差分析方法和仿真实验环境
• 5.2 五轴侧铣空间刀具半径补偿算法的误差分析和仿真实验
• 5.2.1 一个加工块内插补时补偿方法下的误差
• 5.2.2 外拐角伸长Ⅳ型过渡方式下的误差
• 5.2.3 内拐角缩短Ⅱ型过渡方式下的误差
• 5.3 五轴端铣空间刀具半径补偿算法的误差分析和仿真实验
• 5.3.1 一个加工块内插补时补偿方法下的误差
• 5.3.2 外拐角过渡处理方式下的误差
• 5.3.3 内拐角过渡处理方式下的误差
• 5.4 本章 小结
• 结束语
• 参考文献
• 发表文章
• 致谢