高层数控裁床以加工效率、原材料利用率高、不损伤剪裁对象、污染低等优势,在布料/皮革等薄片状非金属材料加工中扮演着越来越重要的角色。针对剪裁区的剪裁布料/皮革厚、进给速度快、剪裁路径复杂、剪裁期间不间断过窗等问题,深入研究机床加工机理及其关键技术理论,包括多因素关联的速度规划方法、“动态实时相切”三轴联动插补算法、过窗剪裁条件下的插补算法与速度规划方法,动态载荷下刀具大形变问题及其加工误差分析。通过对高层数控裁床加工机理及其关键技术理论研究与实践,为设备运行稳定可靠、剪裁加工智能、动力节能降耗等现有技术革新方案提供理论支撑。1.三轴联动实时动态相切插补算法高层数控裁床加工过程包括三轴联动插补过程:沿X、Y轴方向进给运动,沿着Z轴转动辅助进给运动。以剪裁路径曲线为直线、圆弧分析对象,提出了基于Z轴等步长的三轴联动插补算法;以NURBUS曲线为研究对象,分别提出以最大弓高、最大法向加速度为约束,参数等步长数等补偿高次曲线三轴联动插补算法;以大曲率曲线和剪裁轮廓为尖角为研究对象,提出“以曲代直”和“以曲代曲”的插补控制策略,为减少提刀次数,提高加工效率。仿真和实践结果表明,刀具实时动态相切三轴联动插补算法控制机床加工有效,达到加工精度要求。2.剪裁速度及其加速度规划方法研究以加工对象的剪切强度、切削厚度、剪裁路径曲线曲率为因子,提出三要素相关联的速度及其加速度规划方法。建立了以材料特性、切削用量为要素的直线路径剪裁速度及其加速度规划数学模型;以此直线规划模型为依据,进一步推导出曲率不变的圆弧路径剪裁的速度及其加速度规划模型;以不变曲率的圆弧规划模型为依据,推导出变曲率的椭圆、抛物线、双曲线的速度及其加速度规划模型;在此基础上,进一步探讨了NURBUS曲线速度及其加速度规划算法。实验仿真结果表明,该方法能够实现机床加工平稳,提高加工速度效率的要求,并验证了速度规划理论的正确性。3.过窗剪裁条件下动态实时插补和速度规划研究为了提高高层数控裁床加工效率,实现不间断过窗加工工序,提出了一种适合生产工况的插补算法和速度规划算法;深入分析了过窗结构运动规律,建立了横纵向进给运动、动态实时相切运动以及过窗运动四轴联动的插补算法模型;建立了过窗剪裁条件下速度控制策略和规划算法。对高层数控裁床插补算法、速度规划方法进行仿真分析和验证,为数控裁床加工效率的提高、产品技术升级提供重要的理论支撑。4.动载荷作用下刀具形变与误差分析了低次曲线与高次曲线路径裁剪过程中刀具剪裁力和扭矩,运用数学积分法推导了刀具动态载荷变化下的弹性复合形变模型,并提出了一种动态载荷下刀具复合大形变引起的曲线剪裁误差计算方法。剪裁刀具高频振动运动条件下,分析在直线剪裁、二次曲线剪裁以及高次曲线条件下的载荷变化规律,建立了相应的形变弹性力学模型和误差计算方法,并提出了因刀具形变引起剪裁误差的刀刀具补偿方法。通过机床动态参数监测,验证了形变误差及其刀具补偿方法的合理性和有效性。理论和实验表明,高层数控裁床加工机理及其关键技术研究对于提高高层数控裁床加工功效,加工过程控制的智能化具有较高的理论和工程价值。