数控加工中的平滑压缩插补算法研究

为实现自由曲面的高速和高表面质量加工,在分析现有插补方法不足的基础上,提出一种指令点平滑压缩插补算法.该算法可根据相邻线段间的长度和夹角将数控加工程序划分为非连续微小线段加工区域和连续微小线段加工区域.对于非连续微小线段加工区域,在相邻指令点构成的直线段上进行插补计算,以确保加工中的精度.对于连续微小线段加工区域,确定加工路径弯曲方向改变处的特征指令点;在满足加工精度的条件下,通过拟合特征指令点来将折线加工路径转化成平滑曲线加工路径,以达到压缩程序段数目和平滑加工路径的目的;在拟合而成的平滑曲线上进行插补计算,以实现高速而又高表面质量的加工.试验结果表明,该算法可有效地提高自由曲面的加工效率和表面加工质量.     

五轴数控系统旋转轴快速平滑插补控制策略

在五轴联动加工中,刀轴矢量与旋转轴运动坐标之间存在非线性关系,刀轴矢量的平滑过渡不能保证旋转轴的平滑运动,尤其是当刀轴矢量接近机构奇异点时会引起旋转轴的剧烈震动,导致伺服报警,甚至损伤机床部件.通过分析旋转轴线性插补和矢量插补过程中刀具姿态的变化情况,抽象出刀具姿态误差模型.根据加工允许的刀具姿态误差,在矢量插值段中插入线性插值段,防止靠近奇异点处产生的旋转轴急速转动.结合指令行程和旋转轴性能进行旋转轴插补速度钳制,使用三次样条曲线对矢量插值段和线性插值段进行平滑连接,保证整个插补过程中速度的连续平滑.试验结果表明,本策略可以在满足刀姿误差要求的同时,实现旋转轴的快速平滑插补,并且已经应用于某航空结构件的批量加工生产中.     

适用于五轴数控加工的平滑插补算法的研究

针对五轴数控系统传统加工方式在加工自由曲线曲率半径大而曲率变化不大的部分会产生凹凸不平的现象,提出一种平滑插补算法。该算法将数值计算中的最小二乘法应用到五轴数控加工轨迹的修整中,进而通过对修整后的指令点进行平滑处理,恢复原平滑曲线轮廓,最后在该平滑曲线上完成曲线插补计算。通过VERICUT对圆台工件进行仿真加工,证明了算法的有效性。     

宏程序的应用

在数控编程加工中,遇到由非圆弧曲线组成的工件轮廓或三维曲面轮廓时,可以用宏程序来完成。 1.非圆孤曲线的宏编程 在数控编程的指令系统中,直线插补和圆弧插补指令用于完成工件的实际切削,当工件的切削轮廓是非圆弧曲线时,就不能直接用圆弧插补指令来编程,这时可以设想将这一段非圆弧曲线轮廓分成若干段微小的线段,在这每一段微小的线段上做直     

基于NURBS曲线插补方法的数控加工品质探究

数控加工是机械制造行业非常重要的加工方式,适合加工一些形状不规则、精度要求高的工件,特别是曲面形状的零部件,传统的数控加工方式主要采用直线圆弧插补的方式进行,但是这种方式存在程序复杂、增降速频繁、表面粗糙等问题,为此,提出了采用NURBS曲线插补方法进行曲面零件的加工,并通过实践验证有效证明了NURBS曲线插补方法能够有效的提高零件加工精度与表面质量。     

数控系统高性能微段插补技术研究与应用

针对在复杂曲线曲面加工时,由CAM产生的连续微段在加工中由于频繁加减速所带来的加工精度和速度的矛盾问题.在CNC中采用微段插补技术对连续微段进行实时样条重构及递推插补以实现对曲面的高速高精度加工.给出的微段插补技术包括新设计的代数指数样条函数,结合速度规划给出的样条重构及样条曲线的递推插补算法.应用微段插补技术进行的样件数控加工实验中,在保证原曲线加工轮廓误差的同时,加工轨迹以μm级精度逼近原曲线,并且加工速度提高了5～5.4倍.实验结果表明,算法在加工轨迹的整体上实现了进给速度的平滑衔接,在加工过程中避免了频繁的加减速,机床运行平稳,加工精度高,表面质量好的同时提高了加工效率.     

一种基于离散数据的自由曲面建模方法

提出一种基于离散数据的自由曲面建模方法。该算法采用平行网格构造曲面,利用三次样条函数和参数样条对列表点进行行列两个方面的插补,采用局部回弹法进行曲线光顺,从而构造出适于数控加工的网格曲面,由于采用参数样条进行插补,可保证插值曲线通过所有型值点,曲线具有一、二阶导数连续的性质,可保证曲线的整体连续平滑。该方法的特点是方便了直角坐标下平行行切加工的数控编程。     

基于STEP-NC的NURBS曲面插补五轴数控系统

针对当前STEP-NC尚不能完善地支持多轴曲面加工问题,定义了STEP-NC中的自由曲面五轴加工指令,研究了非均匀有理B样条(NURBS)曲面实时五轴插补技术,建立了数控系统的运动学模型,并在上述理论研究的基础上完成了数控系统的软件设计;建立了五轴数控试验样机,并进行了NURBS曲面零件的切削实验。实验结果表明,所提出的基于STEP-NC的NURBS曲面五轴加工指令及NURBS曲面五轴加工的运动学模型的正确性;所给出的NURBS曲面插补算法适用于凸凹曲面加工;所构建的五轴铣床样机具有很好的曲面加工性能。     

基于NURBS最小二乘逼近的微段平滑加工算法

在微段加工方式下,通常需要借助CAM(Computer Aided Manufacturing,计算机辅助)软件的后置处理将连续的加工路径离散化为大量微小直线段,并生成数控程序,数控系统则根据由微小直线段组成的加工路径进行插补和加工。但是,该方式具有加工程序量过大和需要频繁加减速来满足加工精度要求的两大不足。因此,为了实现微小直线段的高速平滑加工,提出了带权因子和一阶导数约束的NURBS曲线最小二乘逼近算法并加以了初步验证。算法的实质是将由微小直线段组成的加工路径拟合成一条连续的NURBS曲线,作为新的加工路径,然后利用NURBS实时插补对新的加工路径进行插补,实现微小直线段的高速平滑加工。经初步验证,算法有助于改善微段加工方式的加工质量和效率。     

基于曲线重构的微段插补算法

针对传统微段加工中由于频繁加减速产生的机床振动大、加工效率低及微段节点处速度方向不连续的问题,在计算机数控中采用微段曲线重构技术,对连续微段进行实时样条重构,以实现对曲面的高速高精度插补加工.应用微段插补技术进行的样件数控加工实验中,在保证原曲线加工精度的同时,提高了加工速度.实验结果表明了算法的有效性.     

A Cutter Orientation Modification Method for the Reduction of Non-linearity Errors in Five-Axis CNC Machining

In the machining of sculptured surfaces, five-axis CNC machine tools provide more flexibility to realize the cutter position as its axis orientation spatially changes. Conventional five-axis machining uses straight line segments to connect consecutive machining data points, and uses linear interpolation to generate command signals for positions between end points. Due to five-axis simultaneous and coupled rotary and linear movements, the actual machining motion trajectory is a non-linear path. The non-linear curve segments deviate from the linearly interpolated straight line segments, resulting in a non-linearity machining error in each machining step. These non-linearity errors, in addition to the linearity error, commonly create obstacles to the assurance of high machining precision. In this paper, a novel methodology for solving the non-linearity errors problem in five-axis CNC machining is presented. The proposed method is based on the machine type-specific kinematics and the machining motion trajectory. Non-linearity errors are reduced by modifying the cutter orientations without inserting additional machining data points. An off-line processing of a set of tool path data for machining a sculptured surface illustrates that the proposed method increases machining precision.     

汽车玻璃钢化风栅成形器五轴加工刀轴矢量插值

为了解决汽车玻璃钢化风栅成形器五轴加工时刀轴矢量频繁变换造成冲击或发生干涉等问题，提出一种刀轴矢量插值方法。根据被加工曲面的几何形状和误差要求确定刀触点，根据被加工曲面的微分几何性质确定刀轴矢量的后跟角和摆转角。在已确定刀触点处的刀轴矢量的基础上，采用空间矢量光滑插值方法获得一系列中间位置刀轴矢量使刀轴变化较均匀。以货车前挡风玻璃钢化风栅成形器的一个拼镶块工作表面和风栅孔五轴NC加工为例进行仿真。结果表明，该刀轴矢量光顺方法可以避免刀轴方向频繁变换，同时也可有效地提高加工精度。     

五轴数控机床加工误差动态修正方法研究

为修正五轴数控机床加工误差,提高五轴数控机床加工质量,提出一种新的五轴数控机床加工误差动态修正方法.构建五轴数控机床加工误差计算模型,获取五轴数控机床加工的刀心方位、刀轴方位轮廓误差;锁定误差方位后,通过五轴数控机床误差的动态实时补偿方法,实现五轴数控机床加工误差动态修正.研究结果表明:所提方法可实现全方位、高效率的五...     

Tool path optimization in postprocessor of five-axis machine tools

Generally, tool path is generated in a computer-aided manufacturing software considering only the geometry of machining parts. It is converted into numerical control (NC) codes in the postprocessor based on the particular machine kinematics. For some special types of five-axis machine tools, e.g., non-orthogonal five-axis machine tools, the generated NC codes may produce unqualified parts because of the existence of the non-linear error. Conventional commercialized postprocessors usually do not have the function of non-linear error checking. Observing that the tool path is a non-smooth trajectory full of corners and a series of connected line segments, cubic spline interpolation is applied to smooth the tool path at regular points in this study. The cutter tip center points are computed by the cubic spine interpolation, while the cutter posture vectors are obtained via linear interpolation. At the splines (for regular points) and the line segments (feature points), more points are chosen to be converted into NC codes to reduce the non-linear error, which is called data densification. Using the cubic spline to smooth the tool path and the data densification to reduce the non-linear error, a novel tool path optimization algorithm in postprocessor is proposed. Experiments were carried out on an inclined rotary spindle axis non-orthogonal five-axis machine tool. It shows that the proposed tool path optimization provides improved accuracy and surface quality.     

大型旋转曲面表面涂层仿形加工方法

针对航天领域中某大型易变形薄壁工件旋转曲面表面的涂层仿形加工问题,提出一种高效的实时加工方法。将距离传感器安装于刀具前方一定角度处,加工时,传感器先检测金属曲面外形数据,以测量的离散数据点计算刀具进给轨迹进而控制刀具进给,从而实现高效率的涂层加工,解决易变形薄壁工件表面涂层的仿形加工难题。在实时加工点到达测量点的时间段内,系统完成数据采集、数据处理和刀具轨迹计算。为提高运算实时性,提出对NURBS曲线进行近似拟合的轨迹快速生成方法,以拟合误差为依据将轨迹分成NURBS曲线段和折线段,在误差大的拟合点以直线段连接。最后,通过加工实验证明该加工方法高效、实用。     

五轴数控加工中旋转轴运动引起的非线性误差分析及控制

五轴数控(Computer numerical control,CNC)加工中,刀具路径规划阶段与实际加工阶段对旋转轴运动采用的插补方式存在差异,其中刀具路径规划阶段是根据零件的几何信息进行插补,而实际加工中则根据机床信息进行插补,这种差异将引起原理性加工误差。针对五轴数控加工中旋转轴的运动,分析采用线性插补方式控制两个旋转轴进行加工时刀具姿态变化引起的原理性误差,进一步研究不同加工情况下由此产生的在垂直于走刀方向的平面内的非线性误差。通过分析旋转轴运动过程中线性插补引起的刀轴偏差角,证明刀具在相邻两刀位点运动过程的中间时刻处刀轴偏差角取得最大值,并得到由该最大值的显式表达式,在此基础上分析最大偏差角的影响因素。提出通过限制相邻两刀位点间刀轴夹角来控制此非线性误差的方法,并给出实例验证。     

整体叶轮五轴侧铣数控加工方法的研究

为提高整体叶轮的五轴编程和加工的能力,生成合理的刀位文件,在制定出合理的加工工艺的基础上,提出了一种适合于直纹面叶片五轴侧铣加工的刀轴矢量计算方法.对两个相邻叶片的直母线进行插值后,得到的刀轴矢量能完全避免刀具与叶片之间的干涉问题.同时,提出了一种小四边形参数模型来解决直线与自由曲面求交问题,并成功应用于刀心计算中.实例计算表明,所提出的方法能很好地应用于整体叶轮的五轴加工.     

An adaptive feedrate scheduling method of dual NURBS curve interpolator for precision five-axis CNC machining

Non-uniform rational b-spline (NURBS) tool path is becoming more and more important due to the increasing requirement for machining geometrically complex parts. However, NURBS interpolators, particularly related to five-axis machining, are quite limited and still keep challenging. In this paper, an adaptive feedrate scheduling method of dual NURBS curve interpolator with geometric and kinematic constraints is proposed for precision five-axis machining. A surface expressed by dual NURBS curves, which can continuously and accurately describe cutter tip position and cutter axis orientation, is first used to define five-axis tool path. For the given machine configuration, the calculation formulas of angular feedrate and geometric error aroused by interpolation are given, and then, the adaptive feedrate along the tool path is scheduled with confined nonlinear geometric error and angular feedrate. Combined with the analytical relations of feed acceleration with respect to the arc length parameter and feedrate, the feed profiles of linear and angular feed acceleration sensitive regions are readjusted with corresponding formulas and bi-directional scan algorithm, respectively. Simulations are performed to validate the feasibility of the proposed feed scheduling method of dual NURBS curve interpolator. It shows that the proposed method is able to ensure the geometric accuracy and good machining performances in five-axis machining especially in flank machining.     

复杂曲面上投影曲线的误差可控插补算法

为保证曲面精加工质量的一致性,减轻后续处理工作量,提出了一种误差可控的复杂曲面上投影曲线的直接插补算法。在分析复杂曲面五轴联动数控加工所产生的非线性误差的基础上,在算法中引入误差控制方法,即采用参数对分法来减小非线性误差的影响。方法简单,实用,有利于提高曲面加工质量,可以很好地满足工程实际需求。最后通过实例仿真验证了算法的有效性。     

五轴NC车铣加工自由曲面的问题

阐述用平头铣刀五轴NC车铣法加工自由曲面微机辅助编程的问题。介绍用双三次参数曲线拟合曲面、平头铣刀的直径、铣削的步长及行距选择、刀位点和刀轴矢量的计算。给出车铣机床五轴联动坐标值及转角的计算公式。