立式單面8軸數(shù)控組合鉆床主軸箱設(shè)計(jì)

立式單面8軸數(shù)控組合鉆床主軸箱設(shè)計(jì),立式單面8軸數(shù)控組合鉆床主軸箱設(shè)計(jì),立式,單面,數(shù)控,組合,鉆床,主軸,設(shè)計(jì) 引導(dǎo)曲線參數(shù)曲線基于的插值法計(jì)劃為精確度CNC 用機(jī)器制造摘要 實(shí)時(shí)參數(shù)插值法扮演了在計(jì)算機(jī)機(jī)械用具控制裝備的一個(gè)關(guān)鍵角色。 達(dá)到最高的質(zhì)量零件,引起的彈道準(zhǔn)確地不僅描述渴望的路徑。而且有光滑的動(dòng)力學(xué)外形。 本文提出參數(shù)校對(duì) 根據(jù)指南曲線。 關(guān)系在幾何學(xué)物產(chǎn)和運(yùn)動(dòng)學(xué)物產(chǎn)之間首先被談?wù)摗Ｈ缓? 以曲線道路曲度的重要作用的考慮在用機(jī)器制造的動(dòng)力學(xué), 一個(gè)對(duì)應(yīng)的慣例,哪些描述最大值的聯(lián)系允許飼料加速度減速和最大允許的變化率曲度的半徑道路, 被修造。 因而, 根據(jù)近的弧參數(shù)化和通過(guò)修改曲度半徑曲線應(yīng)付角落,關(guān)鍵地區(qū)和其它案件, 能適應(yīng)的進(jìn)料速率日程表被完成根據(jù)被重建的光滑的曲度半徑曲線。結(jié)果,被限制的 弦錯(cuò)誤, 角落在道路和加速度機(jī)械工具的減速能力是同時(shí)考慮和合并指南曲線根據(jù)了參數(shù)插值法系統(tǒng)沒(méi)有使用看向前計(jì)劃。模仿結(jié)果表明提出的插值法方法的可行性和精確度。 在高精度和高速北卡羅來(lái)納用機(jī)器制造,移動(dòng)的切削刀的運(yùn)動(dòng)學(xué)和幾何學(xué)物產(chǎn)插值法不可避免地存在不受歡迎的弱點(diǎn)這樣當(dāng)校對(duì)波動(dòng)和過(guò)份反射在過(guò)程中用機(jī)器制造曲線。 總之, 動(dòng)力學(xué)性能問(wèn)題變得奇怪地重要在北卡羅來(lái)納特別是用機(jī)器制造高速用機(jī)器制造。 為高速和優(yōu)質(zhì)機(jī)器的零件, 我們必須考慮機(jī)器動(dòng)力學(xué)當(dāng)控制弦錯(cuò)誤在確定之下容忍。 否則, 由于機(jī)器的局限工人的能力, 失敗在維護(hù)的命令進(jìn)料速率 反之將導(dǎo)致破損工具聊天。結(jié)果, 參數(shù)校對(duì)是顯現(xiàn)出消滅不利線性圓校對(duì)。 當(dāng)前, 一致的插值法 1 并且恒定的速度插值法 2 是最共同半新方法。 雖然一致的插值法方法滿足錯(cuò)誤容忍要求, 進(jìn)料速率 和加速度減速不是在控制之下。 在相反, 恒定的速度插值法焦點(diǎn)維護(hù)一恒定的進(jìn)料速率, 但錯(cuò)誤容忍控制不被考慮在插值法計(jì)劃。 它是不驚奇弦錯(cuò)誤是在之外允許用機(jī)器制造的要求。有重要作用在效率和質(zhì)量機(jī)器零件。 但是, 用機(jī)器制造的動(dòng)力學(xué)經(jīng)常是忽略在當(dāng)前的路徑世代方法和校對(duì) 計(jì)劃。 在這種情況下, 任何間斷性道路可能導(dǎo)致不受歡迎的高頻率泛音在參考彈道, 哪些極端是害處對(duì)機(jī)械工具, 用機(jī)器制造的表面質(zhì)量和伺服操縱系統(tǒng)。 同時(shí), 常規(guī)CNC機(jī)器經(jīng)常支持唯一直線校對(duì) 。 3 最近, 一些改善的參數(shù)插值法方法被開(kāi)發(fā)了。 達(dá)到最高質(zhì)量零件, 3 提出了常數(shù)飼料和被減少的有角加速度插值法算法為、軸 用機(jī)器制造。 位置和取向多槽軸由算法生產(chǎn)是C2 連續(xù)和獨(dú)立機(jī)械工具動(dòng)力學(xué)。 使用通報(bào)略計(jì)方法, Yeh 和Hsu 4 提供了能適應(yīng)哺養(yǎng)插值法算法為參數(shù)曲線以被限制的 弦錯(cuò)誤。 生產(chǎn)光滑運(yùn)動(dòng)學(xué)外形為參數(shù)曲線, 反射被限制彈道并且被開(kāi)發(fā)了通過(guò)提前計(jì)劃 5-7 。 Farouki 建議的易變進(jìn)料速率CNC interpolators 為恒定的物質(zhì)撤除對(duì)估計(jì)Pythagorean Hodograph 曲線 8 。 以后, 一非定常進(jìn)料速率日程表, 哪些是特別有用的在容納嚴(yán)密加速度減速要求高速用機(jī)器制造的應(yīng)用, 并且體會(huì)由實(shí)時(shí)CNC 校對(duì) 算法為酸堿度彎曲 9 。Bahr 等開(kāi)發(fā)了一個(gè)計(jì)算方法為連續(xù)和優(yōu)選地變化的進(jìn)料速率 和紡錘加速在CNC 用機(jī)器制造NURBS 曲線期間 10 。通過(guò)連續(xù)改變進(jìn)料速率在任意位置根據(jù)曲線曲度, 曲率補(bǔ)償校對(duì) 計(jì)劃提議為的目的保留恒定的切口裝載 11 。 但是, 校對(duì)不采取機(jī)器的加速度減速能力。 就此, 校對(duì) 也許增加減少在之外用機(jī)器制造了能力以便它導(dǎo)致惡化準(zhǔn)確性和過(guò)份反射。 另外, 根據(jù)離線校對(duì)敏感角落的偵查, 一個(gè)速度錯(cuò)誤受控校對(duì)被提供 12 。校對(duì)僅限制弦錯(cuò)誤在之內(nèi)被指定容忍, 而且控制速度和加速度用機(jī)器制造的減速在插值法過(guò)程期間。但是, 當(dāng)切削刀接近角落路徑, 優(yōu)選和合理的減速起動(dòng)點(diǎn)不要是非常顯然的。 實(shí)際上, 他們經(jīng)常被處理簡(jiǎn)單地預(yù)先設(shè)定一個(gè)保守的減速距離或插值法的數(shù)字事先指向?？傊?曲線校對(duì)獲取了寬應(yīng)用在北卡羅來(lái)納用機(jī)器制造和方法那自動(dòng)地調(diào)整進(jìn)料速率 根據(jù)曲度曲線道路的物產(chǎn)捉住了研究員的注意。 然而現(xiàn)有的方法沒(méi)有同時(shí)考慮了弦錯(cuò)誤進(jìn)料速率 和加速度減速。 另外, 為處理角落和進(jìn)料速率 敏感區(qū)域, 看向前計(jì)劃經(jīng)常使用在現(xiàn)有的方法避免加速度的變動(dòng)出于機(jī)器能力。 對(duì)a了不起的程度它增加計(jì)算的復(fù)雜, 并且并且關(guān)心怎么確定減速起動(dòng)點(diǎn)以便得到最大值用機(jī)器制造的效率。 根據(jù)早先研究, 本文提出新插值法算法與被限制的 弦錯(cuò)誤和光滑運(yùn)動(dòng)學(xué)外形。 提出的方法被說(shuō)明在無(wú)花果。 1.通過(guò)角落和鑰匙地區(qū)的離線偵查,這方法日程表進(jìn)料速率 根據(jù)指南曲線沒(méi)有使用看向前設(shè)施。 并且在理論上它是表示, 提出的方法保證最大化用機(jī)器制造的效率當(dāng)同時(shí)壓抑弦錯(cuò)誤和飼料加速度。2. 插值法計(jì)劃的發(fā)展 這個(gè)部分首先解釋弦的關(guān)系錯(cuò)誤和進(jìn)料速率, 碾碎的動(dòng)態(tài)特征逗人喜愛(ài)和角落和鑰匙地區(qū)的定義。第二, 修改曲線慣例被談?wù)?被曲度半徑曲線修改跟隨和重建。 終于, 這個(gè)部分提出指南曲線基于的參數(shù)插值法方法獲取光滑機(jī)器2.1. 弦錯(cuò)誤和進(jìn)料速率動(dòng)力學(xué)以拘束的弦錯(cuò)誤。當(dāng)前, 一個(gè)共同的半新方法計(jì)算弦錯(cuò)誤被顯示在無(wú)花果。 2 可能被表達(dá)如下 13 Ki 和ri 是曲度和半徑曲度在參數(shù)值ui, 各自地。 當(dāng)切削刀行動(dòng)與同樣速度通過(guò)整個(gè)長(zhǎng)度, 速度是表示為vZLi=Ts (2)在精確度用機(jī)器制造, 它是意想不到的極端大曲度存在在路徑 計(jì)劃, 在其他詞, d/r, 然后上述等式可能近似地是給它表示, 進(jìn)料速率 以被限制的弦錯(cuò)誤有與方根的線性略計(jì)關(guān)系曲度半徑道路。 如果曲度的方根得到小, 進(jìn)料速率應(yīng)該相應(yīng)地減少命令保留弦錯(cuò)誤常數(shù)。2.2. 角落和關(guān)鍵地區(qū) 所有間斷性在接觸或曲度將干擾機(jī)械工具的行為在toolpath 期間后續(xù) 14 。 在這些角落, 切削刀必須通過(guò)通過(guò)以被減少的速度或臨近休息為了限制等高錯(cuò)誤和減少慣性。 除角落之外,那里存在一些關(guān)鍵地區(qū)曲度改變的地方顯著在曲線道路。 從道路曲度自然與加速度有合作關(guān)系減速切削刀的物產(chǎn), 某一曲線段曲度變動(dòng)容易地并且顯著導(dǎo)致加速度的劇烈的變動(dòng)減速對(duì)一些程度。 為達(dá)到進(jìn)料速率 日程表以好動(dòng)力學(xué)我們需要薪水對(duì)這些角落和鑰匙的更多注意地區(qū)。查出關(guān)鍵地區(qū)在指定的路徑, 我們假設(shè)路徑由曲線 代表近形成弧光長(zhǎng)度參數(shù)化。 近的弧長(zhǎng)度參數(shù)化能由各種各樣的方法獲得。 一個(gè)簡(jiǎn)單的方法是做參數(shù) 根據(jù)弦參數(shù)化。因而, 關(guān)鍵地區(qū)的偵查可能進(jìn)行根據(jù)關(guān)系在幾何學(xué)物產(chǎn)之間并且曲度半徑的運(yùn)動(dòng)學(xué)物產(chǎn)彎曲。假設(shè), 切削刀連續(xù)增加進(jìn)料速率從vi 對(duì)viC1 以最大值允許加速度A然后根據(jù)動(dòng)力學(xué)等式我們有那里李是距離以便當(dāng)前的進(jìn)料速率 可能是增加由渴望的進(jìn)料速率 決定以加速度amax 。 因?yàn)樵诨￠L(zhǎng)度附近參數(shù)化被使用這里,距離有一個(gè)接近的線性關(guān)系與曲線參量。 在之中慣例, l 是常數(shù), ui 和uiC1 是參量對(duì)應(yīng)于起動(dòng)點(diǎn)和這的終點(diǎn)加速度過(guò)程。 如果參量u 然后正?；愣ǖ膌 與路徑 的長(zhǎng)度將是相等的。然后從Eq 。 我們有當(dāng)參量ui 不確定地是緊挨uiC1, 進(jìn)料速率 vi 不確定地并且接近viC1 。 因而, 讓參考易變的曲線傾斜在參量ui 是zmax 。然后我們有表示, 最大允許的傾斜改變與參考可變物的變異。 如果真正的傾斜在一些點(diǎn)在參考易變的曲線比它的最大值大的允許的傾斜, 加速度將是在最大值外面允許的加速度當(dāng)哺養(yǎng)與拘束的弦錯(cuò)誤。 同樣, 為曲度半徑曲線被給道路。從上述等式我們能看最大值允許的傾斜是常數(shù)。 因此, 如果最大值準(zhǔn)許加速度amax, 采樣時(shí)間茶匙和弦錯(cuò)誤d被給事先, 通訊員最大值允許傾斜并且這時(shí)是堅(jiān)定的。這里, 最大值允許的傾斜叫做參考傾斜。 如果真正的傾斜在一些點(diǎn)在被測(cè)量的道路比參考大的傾斜, 點(diǎn)被觀看作為一個(gè)關(guān)鍵。 相應(yīng)地,曲線段是呼叫鍵區(qū)域如果任一點(diǎn)在這中曲線段是一個(gè)關(guān)鍵。機(jī)械工具國(guó)際學(xué)報(bào)& 制造46 (2006) 235-242 2372.3. 指南曲線根據(jù)了插值法從對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)和幾何學(xué)物產(chǎn)的分析,它表示, 幾何不變特別是曲度有明顯的作用在機(jī)器動(dòng)力學(xué)。 在過(guò)程中預(yù)定的進(jìn)料速率, 它非常重要考慮幾何物產(chǎn)譬如角落, 關(guān)鍵地區(qū)和道路的曲度變異事先。 在這種情況下, a指南曲線基于的參數(shù)插值法方法是提議。 一次角落和鑰匙的離線偵查地區(qū)被完成, 曲度半徑修改操作然后進(jìn)行。 結(jié)果, 插值法被完成根據(jù)被重建的光滑曲度指定的路徑 的半徑曲線。3. 模仿和結(jié)果模仿進(jìn)行了使用恒定的進(jìn)料速率方法和提出的參數(shù)插值法方法。所有模仿節(jié)目被寫(xiě)在視覺(jué)CCC 和執(zhí)行在一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)。 依照被顯示在結(jié)果。 5(a)并且6(a), 路徑 段被使用為測(cè)試是a曲線道路與壁角和卵形形狀的曲線。最大允許的進(jìn)料速率 被給作為1000 毫米s 和允許的進(jìn)料速率 在角落是100 毫米s 。 弦錯(cuò)誤容忍被設(shè)置在0.001 毫米并且采樣時(shí)間被設(shè)置在0.001 s 。 加速度和減速極限定在30,000 和20,000 毫米s2, 各自地。 根據(jù)Eq 。最大允許的參考易變的價(jià)值和允許的參考易變的價(jià)值參考各自地。 最大允許的傾斜曲度半徑曲線被計(jì)算根據(jù)慣例(10) 。 在重建曲度過(guò)程中半徑曲線, 曲線被塑造了使用終點(diǎn)內(nèi)插B 多槽軸。 為簡(jiǎn)單化, 最初加速度和結(jié)尾減速不被考慮本文。用機(jī)器制造曲線路徑 段與a角落被模仿了為供給率在100 的范圍1000 毫米s 。 曲度最大允許的傾斜半徑曲線是堅(jiān)定的并且這外形然后被調(diào)整滿足加速度和減速極限。 比較以常規(guī)方法, 恒定的進(jìn)料速率e方法并且被測(cè)試在本文里。 5(b) 顯示弦錯(cuò)誤提出的方法和恒定的進(jìn)料速率 的曲線方法。 提出的方法的最大弦錯(cuò)誤0.001026mm 。 比較最大弦錯(cuò)誤恒定的進(jìn)料速率方法的0.004708 毫米, 錯(cuò)誤減少78.21% 。 同時(shí), 常數(shù)的弦錯(cuò)誤進(jìn)料速率 方法在壁角點(diǎn)是0.1990 毫米, 但提出的方法的弦錯(cuò)誤只這時(shí)是0.0115 毫米。 結(jié)果根據(jù)弦錯(cuò)誤和機(jī)器動(dòng)力學(xué)表示, 提出的算法執(zhí)行得很好。模仿并且顯示那常數(shù)弦錯(cuò)誤進(jìn)料速率插值法動(dòng)搖沒(méi)有克制。 進(jìn)料速率 由于被減少的速度在高曲度點(diǎn)在路提出的方法有更小的慣性比存在方法。 另外, 運(yùn)用提出的方法機(jī)時(shí)是261 抽樣的倍。 比較恒定的進(jìn)料速率 方法的224 抽樣的倍,雖然機(jī)時(shí)增加一點(diǎn)由于被減少的進(jìn)速率 在角落和鑰匙地區(qū), 更好用機(jī)器制造的精確度和機(jī)器動(dòng)力學(xué)可能達(dá)到在高速用機(jī)器制造之下。用機(jī)器制造卵形形狀的路徑 段是模仿為供給率在500-1000 毫米的范圍s。 6(b) 顯示進(jìn)料速率變異與提議方法。 弦錯(cuò)誤和加速度減外形并且被給在無(wú)花果。 6(c) 和(d) 。 結(jié)果展示那進(jìn)料速率 被減少在角落和鑰匙地區(qū)。同時(shí)弦錯(cuò)誤并且是在邊框 之內(nèi)容忍。 需要提及那, 在某種程度上弦錯(cuò)誤可能輕微地超出集合極限由于圓略計(jì)在預(yù)定進(jìn)料速率 和泰勒略計(jì)在計(jì)算下個(gè)參量?jī)r(jià)值。 結(jié)果并且表示, 提出的指南曲線算法達(dá)到高準(zhǔn)確性當(dāng)變化進(jìn)料速率在拘束的加速度或減速之內(nèi)對(duì)估計(jì)看見(jiàn)在1 。 雖然有一些劇烈的曲度地區(qū)在原始的toolpath 段, 最大值加速度減速對(duì)20,000 毫米仍然被限制s2并且不是在preset 率外面通過(guò)修改和重建曲度半徑曲線。 結(jié)論參數(shù)插值法有好好處線性插值法。 它非常重要得到優(yōu)越機(jī)器動(dòng)力學(xué)特別是在高速用機(jī)器制造。 在這種情況下,弦錯(cuò)誤, 進(jìn)料速率 和加速度應(yīng)該是同時(shí)改善受控為用機(jī)造高質(zhì)量零件。 我們的工作的主要貢獻(xiàn)在在建立幾何物產(chǎn)和動(dòng)力學(xué)的聯(lián)系物產(chǎn)和提出新指南曲線根據(jù)參數(shù)插值法方法。 新參數(shù)插值法計(jì)劃根據(jù)離線偵查和角落和鑰匙地區(qū)的修改在指定的曲度半徑曲線。 使用這種方法, 進(jìn)料速率自然隨指南曲線變化與相關(guān)道路曲度。因而, 弦錯(cuò)誤被限制對(duì)被預(yù)先決定的容忍。同時(shí), 加速度減速并且是下控制和不是出于機(jī)器能力以便沒(méi)有超越和下射錯(cuò)誤。在被開(kāi)發(fā)的指南曲線根據(jù)了校對(duì), 它是多余確定開(kāi)始的參數(shù)值為減速和加速度。 指定的聯(lián)系慣例在指南曲線的最大允許的傾斜之間和切削刀的最大允許的加速度做了它可能合并角落和鑰匙地區(qū)處理入進(jìn)料速率 日程表系統(tǒng)。 因而, 曲線校對(duì)可能被自動(dòng)化執(zhí)行了根據(jù)指定的曲線 道路和指南曲線。 此外, 路徑 曲線和指南曲線可能并且被合并入a4D曲線。 提出的插值法計(jì)劃很大地減少插值法計(jì)算的復(fù)雜并且同時(shí)滿足了弦的要求錯(cuò)誤和用機(jī)器制造的動(dòng)力學(xué)沒(méi)有使用看向前戰(zhàn)略。 同時(shí), 在理論上它并且被保證用機(jī)器制造的效率被利用在最大程度上與容忍和用機(jī)器制造的動(dòng)力學(xué)限制。鳴謝這研究由全國(guó)科學(xué)支持中國(guó)的基礎(chǔ)在津貼第號(hào)50405044 之下。 作者會(huì)想感謝劉Jian 教授可貴的討論和建議。