专利名称：一种基于后置信息的专用机床整体结构配置优化方法
技术领域：
本发明涉及一种基于后置信息的专用机床整体结构配置优化方法。属于数控机床技术领域。
背景技术：
对于曲面曲率变化较大的复杂零件加工,五轴机床各轴运动速度发生剧烈变化，惯性力对机床影响较大，这对五轴机床在高加速度下的动力学特性提出了很高的要求。为获得良好的高加速五轴机床动态性能和加工性能，人们做了大量研究，主要有以下方面机床结构动态特性优化、刀位轨迹光顺性及进给速度规划、伺服控制系统加减速度优化、伺服进系统优化。机床结构动态特性优化主要是提高机床静态刚度和动态固有频率，通过改变机床局部结构来实现；刀轨规划和进给速度规划主要是从待加工复杂零件表面特性对加工工艺和加工参数进行优化；而伺服控制系统和伺服系统主要是从机床响应能力上进行优化。以上这些工作，都没有把机床结构动力学优化与加工工件直接联系起来。当我们需要大批量生产某种复杂零件时，可根据零件的加工特性，如零件尺寸规格、零件曲面曲率特点，分析零件加工时的动力学特性，研发专用机床，为机床加速度最大的运动轴配置最小的结构质量，实现整体惯性力最小，达到机床结构配置的整体优化。后置信息记录了数控·加工运动的一切必要信息零件加工的工艺顺序，运动轨迹与方位，工艺参数(主轴转速，进给速度)，通过这些参数可以算出各轴加速度，进而实现以总体惯性力最小的结构优化配置。本发明以发动机整体叶轮这一典型复杂曲面零件为例，利用数控编程软件对待加工自由曲面进行编程，根据五轴机床结构和数控系统控制器生成后置信息，基于后置信息，对五轴机床进行结构优化配置。
发明内容
I、目的本发明的目的是提供一种基于后置信息的专用机床整体结构配置优化方法。首先利用专用数控编程软件获取待加工复杂自由曲面后置信息，基于后置信息计算自由曲面加工时各轴加速度信息，包括最大加速度值、加速度分布以及加权加速度，然后根据各轴惯性力大小对五轴机床上三个平动轴在机床运动链中的顺序重新规划配置，减小机床整体惯性力，提高机床动力学性能。2、技术方案一种基于后置信息的专用机床整体结构配置优化方法，其特征包括以下几个步骤步骤一依据待加工件的各技术参数进行自由曲面数控编程，根据五轴机床初定结构参数及数控系统控制器生成后置信息。在选用编程软件时，可选用UG、PRO/E、CATIA、MAX-5、MAX-AB、Hypermill 等软件。步骤二 利用C语言提取后置信息中机床X、Y、Z位移及A、C轴转角和进给速度。①G代码文件中除了包含机床五坐标轴的位移信息和进给速度信息，还包括零件模型信息、刀具信息、机床零点信息、加工精度信息、转速信息等等。因此，并不是每一段G代码都会包含位移信息。在本发明中，我们称包含机床轴位移信息或进给速度信息的程序段为有效程序段。一个程序段由若干个由空格分隔的字符串组成，而每个字符串又由字母和数值组成。本发明把字母看作位移、进给速度、刀具等信息的地址，字母后面的数值看做位移、进给速度、刀具信息等等信息的具体数值，即信息由表示地址的字母和表示数值的数字组成。在按行读取后置信息后，将读取的信息按空格进行分解，根据分解的第二个字符串判断程序段的有效性。②建立后置信息结构体变量，该结构体变量包含五轴机床各轴绝对位移量、进给速度等变量成员。利用C语言Strtok函数按照G代码解释器原理对G代码进行控制字分解，根据分解后的信息中的字母判断所获取的信息类别，然后将所得信息存入相信的结构体变量成员中。由于各轴位移信息以及进给速度信息在一个程序段中不是全部都发生改变，可能只有X、Y、Z、A、C轴位移、进给速度F中一个或者几个发生改变，因此每判断出一个有效程序段后，需要建立一个新的结构体变量，并将前一个结构体变量信息赋给新的结构体变量。对于新的结构体变量成员的值，只需改变当前有效程序段中存在的有效信息的值。③将在各个加工阶段存储进入结构体变量中的各轴位移信息和进给速度信息分别写入TXT文件。步骤三利用步骤二中提取的信息计算自由曲面加工过程中各轴速度、加速度，获取加速度最大值及加速度分布，将各刀位点加速度值存储到各相应的结构体变量中。①根据五轴机床多坐标插补器原理，可得各刀位点之间等效插补长度为i =②计算各轴在刀位点之间的运行时间、速度、加速度及加速度最大值，并将在各个加工阶段计算得到的时间信息和加速度信息分别写入TXT文件。
权利要求
1.一种基于后置信息的专用机床整体结构配置优化方法，其特征在于它包括以下步骤 步骤一依据待加工件的各技术参数进行自由曲面数控编程，根据五轴机床初定结构参数及数控系统控制器生成后置信息，在选用编程软件时，选用UG、PRO/E、CATIA、MAX-5、MAX-AB> Hypermill软件中的任一个均可； 步骤二 利用C语言提取后置信息中机床X、Y、Z位移及A、C轴转角和进给速度； ①G代码文件中除了包含机床五坐标轴的位移信息和进给速度信息，还包括零件模型信息、刀具信息、机床零点信息、加工精度信息和转速信息，因此，并不是每一段G代码都会包含位移信息；机床轴位移信息或进给速度信息的程序段设为有效程序段，一个程序段由复数个空格分隔的字符串组成，而每个字符串又由字母和数值组成；把字母看作位移、进给速度和刀具信息的地址，字母后面的数值看做位移、进给速度和刀具信息的具体数值，即信息由表示地址的字母和表示数值的数字组成；在按行读取后置信息后，将读取的信息按空格进行分解，根据分解的第二个字符串判断程序段的有效性； ②建立后置信息结构体变量，该结构体变量包含五轴机床各轴绝对位移量、进给速度变量成员，利用C语言strtok函数按照G代码解释器原理对G代码进行控制字分解，根据分解后的信息中的字母判断所获取的信息类别，然后将所得信息存入相信的结构体变量成员中；由于各轴位移信息以及进给速度信息在一个程序段中不是全部都发生改变，只有X、Y、Z、A、C轴位移、进给速度F中一个或者几个发生改变，因此每判断出一个有效程序段后，需要建立一个新的结构体变量，并将前一个结构体变量信息赋给新的结构体变量；对于新的结构体变量成员的值，只需改变当前有效程序段中存在的有效信息的值； ③将在各个加工阶段存储进入结构体变量中的各轴位移信息和进给速度信息分别写A TXT文件； 步骤三利用步骤二中提取的信息计算自由曲面加工过程中各轴速度、加速度，获取加速度最大值及加速度分布，将各刀位点加速度值存储到各相应的结构体变量中； ①根据五轴机床多坐标插补器原理，得各刀位点之间等效插补长度为
2.根据权利要求I所述的一种基于后置信息的专用机床整体结构配置优化方法，其特征在于步骤二中所述的具体提取后置信息的方法为 ①建立结构体变量，赋初值； ②读取G代码信息，判别信息的有效性，若有效，则到步骤③；若无效，则继续步骤②； ③判断有效信息的类别，将所得数值信息按类别存储到相应的结构体变量成员中； ④建立新的结构体变量，将上一结构体变量信息赋值给新的结构体变量，若后置信息未结束，则到步骤②；否则删除新的结构体变量； ⑤将结构体变量中的位移信息和进给速度信息分别写入TXT文件，程序结束。
3.根据权利要求I所述的一种基于后置信息的专用机床整体结构配置优化方法，其特征在于步骤三中所述的各轴加速度的具体计算方法为 1)根据多轴机床多坐标表插补器原理，计算各刀位点之间等效插补长度； 2)根据等效插补长度计算各刀位点之间的等效加工时间； 3)利用差分法计算计算各轴速度和加速度。
4.根据权利要求I所述的一种基于后置信息的专用机床整体结构配置优化方法，其特征在于步骤四中所述的ADAMS运动学仿真的具体实现方法是 1)在ADAMS中同一位置建立三个相同的运动块，在各运动块上分别建立运动副，利用CUBSPL函数施加三个平动轴的位移信息和时间信息； 2)在仿真结果输出时，先输出机床在屏蔽转动轴位移情况下的运动轨迹，再在此基础上输出各轴加速度，在此，横标轴不是时间而是位移轴。
5.根据权利要求I所述的一种基于后置信息的专用机床整体结构配置优化方法，其特征在于步骤五所述的计算加权加速度的具体计算方法是 读取步骤三中记录的各个加速度文件，分别将各个加工阶段的X、Y、Z轴加速度信息求平方和，并统计刀位点总数，计算X、Y、Z轴加速度算术平方根。
全文摘要
本发明提供了一种基于后置信息的专用机床整体结构配置优化方法，包括以下步骤根据特定机床结构及对应的数控系统，利用数控编程软件生成自由曲面加工后置信息；利用C语言提出后置信息，按照字母地址对G代码中的控制字进行分解，将得到的位移及进给速度信息存入结构体变量；根据多坐标机床多轴插补器原理计算各刀位点之间的加工时间；利用差分法计算各轴速度、加速度以及加速度分布；利用ADAMS对三平动轴进行运动学仿真，输出各轴加速度随自由曲面位置的分布；计算各轴加权加速度；分别计算最大加速度和加权加速度对应的惯性力，比较各轴惯性力的大小关系，分析原机床结构配置的合理性并提出优化后的机床整体结构配置方案。
文档编号G05B19/18GK102789196SQ201210310918
公开日2012年11月21日 申请日期2012年8月28日 优先权日2012年8月28日
发明者梅方华, 陈五一 申请人:北京航空航天大学