[發(fā)明專利]一種多約束五軸加工進(jìn)給率定制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410229172.6
• 申請(qǐng)日: 2014-05-27
• 公開（公告）號(hào): CN103984285A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫玉文;趙洋;賈振元;郭東明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B19/19
• 分類號(hào): G05B19/19
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 關(guān)慧貞

1.一種多約束五軸加工進(jìn)給率定制方法，其特征是，首先根據(jù)弦高差約束、刀軸角速度和機(jī)床各軸速度約束，順次確定出采樣點(diǎn)處的進(jìn)給率值，構(gòu)造出初始進(jìn)給率曲線；再運(yùn)用比例調(diào)節(jié)算法重新確定加速度或躍度超差點(diǎn)處的進(jìn)給率值，使刀尖點(diǎn)加速度和躍度、刀軸角加速度、機(jī)床各軸加速度和躍度按同向規(guī)律變化并逐步減少；在局部進(jìn)給率位置更新基礎(chǔ)上，采用曲線演化策略，通過對(duì)初始進(jìn)給率曲線的一點(diǎn)約束或多點(diǎn)約束變形，使之光滑變形到指定的進(jìn)給率更新位置，并實(shí)現(xiàn)了進(jìn)給率曲線調(diào)整區(qū)和非調(diào)整區(qū)的光滑過渡；重復(fù)上述調(diào)整過程，直至定制的進(jìn)給率曲線滿足幾何特性、工藝特性和機(jī)床驅(qū)動(dòng)特性的約束；定制方法包括以下步驟：

1)將五軸加工路徑用雙NURBS曲線表示，得到加工路徑的參數(shù)曲線表達(dá)式：

p(u)=Σi=0nNi,k(u)ωipi/Σi=0nNi,k(u)ωiq(u)=Σi=0nNi,k(u)ωiqi/Σi=0nNi,k(u)ωiu∈[0,1]---(1)]]>

其中：

p(u)表示刀尖點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡，q(u)表示刀軸上除刀尖點(diǎn)外的任意一點(diǎn)的軌跡；p_i、q_i，i＝0,1...,n，為曲線控制多邊形的控制頂點(diǎn)，ω_i為相應(yīng)控制點(diǎn)的權(quán)因子，k為NURBS曲線的階次，U＝[u₀,...,u_n+k+2]為節(jié)點(diǎn)矢量；

2)確定采樣點(diǎn)的數(shù)目，沿加工路徑等間距劃分得到采樣點(diǎn)的位置在各采樣點(diǎn)處求出弦高差約束下的最大進(jìn)給率允許值刀軸角速度約束下的最大進(jìn)給率允許值和各軸最大速度約束下的最大進(jìn)給率允許值在各采樣點(diǎn)處，結(jié)合刀尖點(diǎn)最大速度允許值f_c，取四個(gè)值中的最小值作為初始進(jìn)給率值f(ui)i=1n1=min(fg(ui),fw(ui),fd(ui),fc)i=1n1,]]>在確定進(jìn)給率曲線控制點(diǎn)的數(shù)目后，經(jīng)樣條擬合得到初始進(jìn)給率曲線：

f(u)=Σi=0mNi,w(u)ωidiΣi=0mNi,w(u)ωi---(2)]]>

式中，d_i,i＝0,1...,m,為曲線的控制頂點(diǎn)，w為NURBS曲線的階次，ω_i為權(quán)因子，取值為1，這樣NURBS曲線被簡(jiǎn)化為B樣條曲線；

3)計(jì)算各采樣點(diǎn)處的刀尖點(diǎn)加速度值a、刀尖點(diǎn)躍度值j、刀軸角加速度值A(chǔ)_w和機(jī)床分軸加速度值A(chǔ)^∧(u),∧＝x,y,z,α,β、機(jī)床分軸躍度值J^∧(u)，并與設(shè)定的刀尖點(diǎn)加速度極限值a_max、刀尖點(diǎn)躍度極限值j_max、刀軸角加速度極限值A(chǔ)_wmax和機(jī)床分軸加速度極限值分軸躍度極限值比較，運(yùn)用關(guān)系式(3)獲得進(jìn)給率曲線的超差區(qū)域u＝{u_j}，j＝0,1...,l；

4)將所有超差點(diǎn)對(duì)應(yīng)的進(jìn)給率值f(u_j)乘以一個(gè)相同的比例調(diào)節(jié)系數(shù)τ，0＜τ＜1，進(jìn)而得到超差點(diǎn)處新的進(jìn)給率值f_d(u_j)，則刀尖點(diǎn)加速值、刀尖點(diǎn)躍度值、刀軸角加速度值和機(jī)床分軸加速度值、分軸躍度值下降比例分別為τ²、τ³、τ²、τ²、τ³；

5)運(yùn)用曲線演化策略，將進(jìn)給率曲線從原始位置光滑變形到目標(biāo)位置，得到一條新的進(jìn)給率曲線，包括以下步驟：

a)計(jì)算超差點(diǎn)處的進(jìn)給率值的變化量Δf(u_j)(j＝0,1...,l)；

Δf(u0)···Δf(ul)=fd(u0)-f(u0)···fd(ul)-f(ul)---(4)]]>

b)基于最小二乘原理建立目標(biāo)進(jìn)給率曲線變形到給定位置的方程組；

c)計(jì)算方程組系數(shù)矩陣的廣義逆矩陣N⁺(u)，并利用公式(5)求出進(jìn)給率曲線控制點(diǎn)的偏移量Δd；

d)將進(jìn)給率曲線控制點(diǎn)的偏移量帶入B樣條曲線表達(dá)式(7)，得到一條通過新的進(jìn)給率調(diào)整位置的光滑進(jìn)給率曲線；

f(u)=Σi=0mNi,w(u)(di+Δdi)Σi=0mNi,w(u)---(7)]]>

6)重復(fù)步驟3)、4)、5)，直至刀尖點(diǎn)加速度值、刀尖點(diǎn)躍度值、刀軸角加速度值和機(jī)床分軸加速度值、分軸躍度值均不超差，得到滿足約束條件的進(jìn)給率曲線，從而完成進(jìn)給率的規(guī)劃。