五轴联动数控加工后置处理关键性问题研究

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后置处理技术是五轴联动数控加工的关键技术之一,它是连接CAD/CAM系统与数控加工的中枢和桥梁,后置处理的优异会直接影响到零件的表面质量、加工效率以及机床各轴的稳定运行。针对复杂曲面例如叶片、叶轮等零件,五轴联动数控机床高速、高精、高效的加工技术要求凸显出了后置处理技术作用的重要性。针对五轴联动数控加工后置处理关键性问题,本文以BV100五轴双转台AC式数控加工中心为研究对象,并开发相应技术要求的专用后置处理软件。论文主要研究内容如下:(1)针对五轴联动数控机床自身结构运动链的特点,分析五轴联动数控机床加工运动链关系,建立机床运动坐标系,从而对机床各轴进行运动求解。(2)针对非线性误差问题,深入的分析了五轴联动旋转轴角度线性插补导致误差的原理,建立非线性误差的数学模型并推导线性插补运动公式;提出了RTCP算法和刀轴矢量插补优化算法来降低非线性误差,分别通过MATLAB仿真分析验证算法可以有效地减小非线性误差;对刀具参数对非线性误差的影响规律也进行了详细的研究,并提出相应的控制措施。(3)针对五轴联动由于回转轴的参与导致刀尖点与刀心点速度不一致引起零件表面质量降低及加工效率的问题,提出了恒表面进给速度控制法。通过MATLAB仿真分析验证算法的正确性并使加工时间缩短了32.46%。(4)针对五轴数控加工中刀具磨损导致零件精度降低问题,提出了刀具3D误差补偿策略。首先分析空间刀具半径补偿原理,确定空间刀具半径补偿的方向矢量跟刀触点表面法向矢量的关系;其次建立刀具加工数学模型,计算补偿矢量;最终基于MATLAB仿真分析验证算法可以实现刀具半径补偿功能。(5)基于后置处理技术,根据BV100各轴的运动关系和相关技术参数,采用JAVA高级语言开发出具有多种功能模块的专用后置处理软件;依托VERICUT仿真软件建立机床仿真运动模型,构建仿真加工环境;通过VERICUT仿真软件对某叶片类零件进行NC代码仿真加工,并在机床上进行了叶片切削实验,从而验证后置处理软件的正确性和实用性。
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