連續(xù)加速度數(shù)控機(jī)床的全局刀具路徑平滑性研究

數(shù)控機(jī)床是一種高精度、高效率的自動(dòng)化機(jī)床。配備多工位刀塔或動(dòng)力刀塔，機(jī)床具有廣泛的加工工藝性能，可加工直線圓柱、斜線圓柱、圓弧和各種螺紋、槽、蝸桿等復(fù)雜工件，具有直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)各種補(bǔ)償功能，并在復(fù)雜零件的批量生產(chǎn)中發(fā)揮了良好的經(jīng)濟(jì)效果。

以往高速加工刀具路徑多數(shù)是短直線系列，即所謂的G01移動(dòng)，刀具以程序中設(shè)定的進(jìn)給速度，從某一點(diǎn)出發(fā)，直線移動(dòng)至目標(biāo)點(diǎn)。但這種離散刀具路徑的格式限制了數(shù)控機(jī)床的速度和精度。為了在尖銳的刀具路徑上產(chǎn)生連續(xù)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，大多數(shù)的數(shù)控系統(tǒng)在局部的曲線平滑拐角處會(huì)使用預(yù)先指定的曲線或樣條，并在機(jī)器運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)減慢進(jìn)給方向。但這樣如果是尖角附近，其路徑速度的減慢的同時(shí)也會(huì)大大降低其生產(chǎn)精度。

本文提出了一種新的數(shù)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)插補(bǔ)算法，通過(guò)對(duì)局部分離拐角和重疊角的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，可以實(shí)現(xiàn)沿短分段線性刀具軌跡的連續(xù)快速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。該算法優(yōu)化了切向進(jìn)給剖面，提出了一種新穎的前向窗口法，利用連續(xù)不間斷加速度來(lái)在用戶指定的輪廓誤差和驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)生成側(cè)轉(zhuǎn)彎軌跡，使路徑連續(xù)光滑。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了方法的有效性，仿真結(jié)果表明充分利用了驅(qū)動(dòng)器的加速度，保持運(yùn)動(dòng)連續(xù)平穩(wěn)的數(shù)控機(jī)床操作，可將總周期時(shí)間縮短到0.317秒。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法在模具和航空航天零件加工自由曲面時(shí)，可以沿短分段刀具路徑進(jìn)行精確的笛卡爾高速運(yùn)動(dòng)插補(bǔ)。

刊名：International Journal of Machine Tools&Manufacture

刊期：2017年121期

作者：Shingo Tajima et al.

編譯：劉瑞琦