义齿数控加工轨迹优化及其前瞻速度控制算法研究

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近年来在义齿制造领域,数控义齿加工逐渐兴起,以高效精准便捷快速的特点逐渐取代传统手工制作。数控义齿加工需要经过对牙齿形貌获取建模、根据CAD/CAM软件生成数控加工轨迹、最后加工成形。在数控加工中直接使用CAM生成的数控轨迹会存在加工效率较低、振动较大等问题,影响加工质量。  本课题主要研究义齿加工过程中的轨迹优化和前瞻速度控制问题,以提高义齿修复体加工的效率和稳定性,通过对义齿加工轨迹进行分析,并以此为基础对轨迹数据进行预处理、轨迹优化、前瞻速度控制等工作,最终设计出优化程序,得到优化的加工轨迹和速度。本文的主要研究内容有:  (1)通过分析义齿加工轨迹特点,提出采用三阶B样条曲线轨迹与直线轨迹相结合的轨迹优化方法;设计预处理算法剔除或合并原始轨迹中的异常点;提出断点判断规则,将轨迹分类为直线轨迹段和曲线轨迹段;给出S型速度控制的分类条件和数学模型。  (2)研究直线轨迹的优化和前瞻速度算法。建立直线轨迹过渡模型,采用类抛物线轨迹对直线转接处进行平滑过渡;求解单一过渡段速度控制函数;结合前瞻控制设计连续段速度控制方法;利用MATLAB对程序进行仿真分析。  (3)研究B样条曲线轨迹优化和前瞻速度算法。利用B样条曲线拟合数据点,并对拟合曲线进行曲率和误差评估;设计曲线轨迹前瞻速度规划,求解速度限制,完成速度规划方案,并进行仿真分析。  (4)利用机床加工验证算法的优化效果。对比优化前后加工状态,分析在不同进给速度情况下的加工效率优化效果;观察进给速度对加工振动的影响,分析算法对机床振动的优化;加工义齿,检测义齿修复体的形貌精度和表面质量,证明本课题所设计的优化算法可以满足义齿修复体的加工要求。
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