[發明專利]一種多約束五軸加工進給率定制方法

在審

• 申請號: 201410229172.6
• 申請日: 2014-05-27
• 公開（公告）號: CN103984285A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 孫玉文;趙洋;賈振元;郭東明
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G05B19/19
• 分類號: G05B19/19
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 關慧貞

技術領域

本發明屬于機械數控加工技術領域，涉及一種多約束五軸加工進給率定制方法。

背景技術

五軸數控機床廣泛應用于復雜形狀零件的數控加工，適應性進給率定制是保證機床運動平穩，減小機床加工振動，提高零件加工質量的關鍵，其規劃質量的優劣直接影響零件加工的精度和效率。本發明的目標是在滿足幾何特性、工藝特性和機床驅動特性約束的基礎上，以樣條曲線為表達形式適應性定制進給率，并實現五軸加工進給率的最大化。其中，幾何特性約束為弦高差約束，是復雜曲面數控加工中保證軌跡加工精度的重要指標；工藝特性約束是從刀具切削特性的角度出發對切削刀具的運動特性加以限制，包括刀尖點速度和加速度運動約束以及刀軸擺動角速度和角加速度約束，以保證切削過程穩定，并減少切削負載波動，有利于保證加工質量和加工精度；機床驅動特性約束主要包括機床各軸最大速度、加速度和躍度約束，是防止超出機床各軸的物理極限，也是保證機床平穩加工的關鍵之一。

經對現有技術的文獻檢索發現，有關五軸數控加工進給率規劃方法的研究有發明人為王宇晗等的專利“五軸數控加工進給率控制系統”，專利號為CN101976055A。專利以機床坐標系下機床速度與加速度約束值和工件坐標系下刀尖點速度與加速度約束值為約束條件，建立優化模型。同時考慮了機床坐標系和工件坐標系下的運動學性能約束，避免了單一坐標系下約束帶來的弊端。該發明只考慮了速度和加速度約束，未涉及躍度約束和幾何約束。Sencer?B等在其論文“Feed?optimization?for?five-axis?CNC?machine?tools?with?drive?constraints”.International?Journal?of?Machine?Tools?and?Manufacture,2008,48(7):733-745.中以獲得最短加工時間為目標函數，以機床各軸最大速度、加速度和躍度為約束條件，構建了一個用于進給率定制的非線性約束優化模型。該論文主要考慮了機床驅動特性的約束，未涉及幾何特性和工藝特性約束，同時采用約束非線性優化方式易出現計算效率低下等問題。

發明內容

本發明針對現有技術的缺陷，尤其是五軸數控加工進給率定制存在的問題，運用比例調節算法和曲線演化策略，發明了一種多約束五軸加工進給率定制方法。比例調節算法通過使超差點處的進給率值以一定比例下降，從而達到使各約束值約束下的加速度值和躍度值同時減小的目的。每次比例調節完成后，運用曲線演化策略，使當前進給率曲線光滑變形到采樣點新的調整位置，并保證了進給率曲線調整區和非調整區的光滑過渡。

本發明采用的技術方案是一種多約束五軸加工進給率定制方法，該方法首先根據弦高差約束、刀軸角速度和機床各軸速度約束，順次確定出采樣點處的進給率值，構造出初始進給率曲線；再運用比例調節算法重新確定加速度或躍度超差點處的進給率值，使刀尖點加速度和躍度、刀軸角加速度、機床各軸加速度和躍度按同向規律變化并逐步減少；在局部進給率位置更新基礎上，采用曲線演化策略，通過對初始進給率曲線的一點約束或多點約束變形，使之光滑變形到指定的進給率更新位置，并實現了進給率曲線調整區和非調整區的光滑過渡；重復上述調整過程，直至定制的進給率曲線滿足幾何特性、工藝特性和機床驅動特性的約束；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曲線表達式：