一种多约束五轴加工进给率定制方法
【专利摘要】本发明一种多约束五轴加工进给率定制方法属于机械数控加工【技术领域】，涉及一种多约束五轴加工进给率定制方法。该方法首先根据弦高差约束、刀轴角速度和机床各轴速度约束确定出采样点处的进给率值，构造初始进给率曲线。再运用比例调节算法重新确定加速度或跃度超差点处的进给率值，使加速度和跃度值按同向规律变化并逐步减少。采用曲线演化策略，通过对初始进给率曲线的一点约束或多点约束变形，使之光滑变形到指定的进给率更新位置，并实现了进给率曲线调整区和非调整区的光滑过渡。本发明实现了五轴加工适应性进给率的离线定制，并满足五轴加工几何特性、工艺特性和机床驱动特性的并行约束要求，以保证加工的精度、质量和效率。
【专利说明】一种多约束五轴加工进给率定制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于机械数控加工【技术领域】，涉及一种多约束五轴加工进给率定制方法。【背景技术】
[0002]五轴数控机床广泛应用于复杂形状零件的数控加工，适应性进给率定制是保证机床运动平稳，减小机床加工振动，提高零件加工质量的关键，其规划质量的优劣直接影响零件加工的精度和效率。本发明的目标是在满足几何特性、工艺特性和机床驱动特性约束的基础上，以样条曲线为表达形式适应性定制进给率，并实现五轴加工进给率的最大化。其中，几何特性约束为弦高差约束，是复杂曲面数控加工中保证轨迹加工精度的重要指标；工艺特性约束是从刀具切削特性的角度出发对切削刀具的运动特性加以限制，包括刀尖点速度和加速度运动约束以及刀轴摆动角速度和角加速度约束，以保证切削过程稳定，并减少切削负载波动，有利于保证加工质量和加工精度；机床驱动特性约束主要包括机床各轴最大速度、加速度和跃度约束，是防止超出机床各轴的物理极限，也是保证机床平稳加工的关键之一。
[0003]经对现有技术的文献检索发现，有关五轴数控加工进给率规划方法的研究有发明人为王宇晗等的专利“五轴数控加工进给率控制系统”，专利号为CN101976055A。专利以机床坐标系下机床速度与加速度约束值和工件坐标系下刀尖点速度与加速度约束值为约束条件，建立优化模型。同时考虑了机床坐标系和工件坐标系下的运动学性能约束，避免了单一坐标系下约束带来的弊端。该发明只考虑了速度和加速度约束，未涉及跃度约束和几何约束。Sencer B 等在其论文“Feed optimization for five-axis CNC machinetools with drive constraints，，.International Journal of Machine Tools andManufacture, 2008, 48(7):733-745.中以获得最短加工时间为目标函数，以机床各轴最大速度、加速度和跃度为约束条件，构建了一个用于进给率定制的非线性约束优化模型。该论文主要考虑了机床驱动特性的约束，未涉及几何特性和工艺特性约束，同时采用约束非线性优化方式易出现计算效率低下等问题。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有技术的缺陷，尤其是五轴数控加工进给率定制存在的问题，运用比例调节算法和曲线演化策略，发明了一种多约束五轴加工进给率定制方法。比例调节算法通过使超差点处的进给率值以一定比例下降，从而达到使各约束值约束下的加速度值和跃度值同时减小的目的。每次比例调节完成后，运用曲线演化策略，使当前进给率曲线光滑变形到采样点新的调整位置，并保证了进给率曲线调整区和非调整区的光滑过渡。
[0005]本发明采用的技术方案是一种多约束五轴加工进给率定制方法，该方法首先根据弦高差约束、刀轴角速度和机床各轴速度约束，顺次确定出采样点处的进给率值，构造出初始进给率曲线；再运用比例调节算法重新确定加速度或跃度超差点处的进给率值，使刀尖点加速度和跃度、刀轴角加速度、机床各轴加速度和跃度按同向规律变化并逐步减少；在局部进给率位置更新基础上，采用曲线演化策略，通过对初始进给率曲线的一点约束或多点约束变形，使之光滑变形到指定的进给率更新位置，并实现了进给率曲线调整区和非调整区的光滑过渡；重复上述调整过程，直至定制的进给率曲线满足几何特性、工艺特性和机床驱动特性的约束；定制方法包括以下步骤:
[0006]I)将五轴加工路径用双NURBS曲线表示，得到加工路径的参数曲线表达式:
【权利要求】
1.一种多约束五轴加工进给率定制方法，其特征是，首先根据弦高差约束、刀轴角速度和机床各轴速度约束，顺次确定出采样点处的进给率值，构造出初始进给率曲线；再运用比例调节算法重新确定加速度或跃度超差点处的进给率值，使刀尖点加速度和跃度、刀轴角加速度、机床各轴加速度和跃度按同向规律变化并逐步减少；在局部进给率位置更新基础上，采用曲线演化策略，通过对初始进给率曲线的一点约束或多点约束变形，使之光滑变形到指定的进给率更新位置，并实现了进给率曲线调整区和非调整区的光滑过渡；重复上述调整过程，直至定制的进给率曲线满足几何特性、工艺特性和机床驱动特性的约束；定制方法包括以下步骤: 1)将五轴加工路径用双NURBS曲线表示，得到加工路径的参数曲线表达式:
【文档编号】G05B19/19GK103984285SQ201410229172
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月27日 优先权日:2014年5月27日
【发明者】孙玉文, 赵洋, 贾振元, 郭东明 申请人:大连理工大学