在機(jī)位姿逆向驅(qū)動(dòng)刀路紋理的五軸曲面插補(bǔ)機(jī)制研究

復(fù)雜曲面零件在航空航天、軍工、汽車、醫(yī)療等重要領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。然而在當(dāng)前五軸曲面加工中，CAM系統(tǒng)和CNC系統(tǒng)之間運(yùn)行相對(duì)獨(dú)立，在CAM中通常以靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)生成刀具路徑文件，CNC系統(tǒng)只能接收既有刀路文件實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)加工。由于缺少CNC系統(tǒng)到CAM系統(tǒng)的信息反向互通機(jī)制，導(dǎo)致CNC下游的信息無法傳遞回上游，阻礙了加工質(zhì)量和效率的提升。本項(xiàng)目面向五軸曲面加工路徑全局效率最優(yōu)生成，在CAM系統(tǒng)路徑規(guī)劃階段引入下游CNC系統(tǒng)軌跡插補(bǔ)信息，建立從CNC系統(tǒng)到CAM系統(tǒng)的雙向信息傳遞通道，將下游插補(bǔ)層的速度規(guī)劃信息反饋給上游的CAM系統(tǒng)。進(jìn)而，提出了基于預(yù)插補(bǔ)逆信息向驅(qū)動(dòng)的五軸刀路自適應(yīng)生成方法，以機(jī)床各軸動(dòng)力學(xué)極限為約束，考慮五軸機(jī)床反向運(yùn)動(dòng)學(xué)模型對(duì)各軸實(shí)際位移的影響，通過傳遞下游插補(bǔ)速度規(guī)劃評(píng)價(jià)的信息，輔助上游系統(tǒng)優(yōu)化修改刀具路徑，提升加工效率；針對(duì)加工中刀路形貌對(duì)速度規(guī)劃的影響問題，通過預(yù)插補(bǔ)獲取待加工曲面上的低速敏感區(qū)域，CAM系統(tǒng)根據(jù)低速敏感區(qū)域局部調(diào)整刀路軌跡，系統(tǒng)對(duì)不同的調(diào)整方案下的整體加工時(shí)間進(jìn)行評(píng)估，選擇效率最優(yōu)的刀路生成方案；針對(duì)五軸曲面加工中等殘高路徑既定前提下刀具姿角對(duì)進(jìn)給速度規(guī)劃的限制問題，提出了基于C-Space空間映射反饋的五軸曲面路徑刀具姿角優(yōu)化方法；針對(duì)五軸曲面加工中旋轉(zhuǎn)軸在大曲率區(qū)域?qū)M(jìn)給速度曲線的干擾問題，提出了旋轉(zhuǎn)位移敏感特征鉗制下的五軸刀路反饋優(yōu)化，生成符合機(jī)床運(yùn)動(dòng)特性的五軸加工刀路軌跡。本項(xiàng)目研究工作過程發(fā)表SCI檢索論文15篇，授權(quán)發(fā)明專利2項(xiàng)，獲得軟件著作權(quán)3項(xiàng)，培養(yǎng)博士生4名，碩士生3名。

機(jī)床各驅(qū)動(dòng)軸的速度指令超出伺服驅(qū)動(dòng)能力時(shí)，將出現(xiàn)控制器飽和，產(chǎn)生伺服振動(dòng)，影響加工精度和表面質(zhì)量，因此有必要保證各軸速度指令的光滑性。然而，在五軸加工反向運(yùn)動(dòng)學(xué)映射機(jī)制下，給定刀路在各驅(qū)動(dòng)軸上的位移量會(huì)隨工件裝夾位姿的不同而存在差異，進(jìn)而影響進(jìn)給速度曲線各軸分量的光滑性。在不改變刀路的情況下，若僅根據(jù)裝夾位姿調(diào)整每條刀路的進(jìn)給速度曲線，原則上可滿足各軸速度光滑性要求，但已無法保證曲面整體刀路的加工效率。 現(xiàn)有CAM→CNC單向信息流模式下，CNC接收CAM階段產(chǎn)生的刀路，但不會(huì)將插補(bǔ)階段速度曲線的質(zhì)量信息反饋給CAM系統(tǒng)，也無法在CAM系統(tǒng)中進(jìn)行刀路紋理的二次調(diào)整。本項(xiàng)目擬將工件實(shí)際裝夾位姿信息引入到前端設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，著眼于裝夾位姿和刀路形貌對(duì)進(jìn)給速度曲線的非線性影響，以曲面加工整體效率最優(yōu)化為目標(biāo)，開展由裝夾位姿逆向驅(qū)動(dòng)刀路紋理規(guī)劃的曲面直接插補(bǔ)機(jī)制研究，探索五軸曲面高速高精加工新模式。

根據(jù)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)迅速發(fā)展給曲面重建提出的新課題，本項(xiàng)目以任意散亂點(diǎn)集為處理對(duì)象，首先自動(dòng)重建曲面的三角化逼近模型，再對(duì)三角化網(wǎng)格進(jìn)行子波變換，以實(shí)現(xiàn)精度完全可控的任意層次的模型簡(jiǎn)化。通過對(duì)三角網(wǎng)格進(jìn)行自動(dòng)四邊界區(qū)域劃分，建立參數(shù)化映射，產(chǎn)生整體光滑的樣條曲面擬合。本項(xiàng)目對(duì)改變逆向工程軟件明顯落后于硬件的現(xiàn)狀具有重要意義。 2100433B

計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)(CAGD)在服務(wù)對(duì)象、數(shù)據(jù)量度、表現(xiàn)手段、理論支撐上不同于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)(CG), 然而其數(shù)學(xué)沉淀更為深厚, 可給CG以更多影響與支持. 本申請(qǐng)旨在建立一條從CAGD到CG的理論通道, 把本研究團(tuán)隊(duì)近年CAGD重要成果移植到CG, 以網(wǎng)格的曲面束、測(cè)地距離場(chǎng)、調(diào)和算子、曲率線和梯度界等為突破口，進(jìn)行網(wǎng)格的3項(xiàng)逆向設(shè)計(jì)與3項(xiàng)特征計(jì)算研究. 具體來說就是: 具有公共離散測(cè)地線的網(wǎng)格曲面束設(shè)計(jì), 以空間閉多邊形為邊界的調(diào)和網(wǎng)格曲面設(shè)計(jì),保離散測(cè)地線與(或)保離散曲率線的網(wǎng)格曲面簡(jiǎn)化, 網(wǎng)格曲面的離散曲率線計(jì)算, 離散測(cè)地環(huán)高精度計(jì)算, 以及1,2階梯度界估計(jì). 本項(xiàng)目的獨(dú)創(chuàng)新穎性在于,它與以往已知網(wǎng)格求離散測(cè)地線或離散差分值的操作走向完全相反, 將給用戶提供更廣泛與更合適的網(wǎng)格選擇; 而網(wǎng)格曲面的這些特征計(jì)算則前所未有, 將揭示網(wǎng)格嶄新的幾何及代數(shù)特征,顯著地強(qiáng)化軟件系統(tǒng)功能.

• G112 極坐標(biāo)插補(bǔ)模式(進(jìn)行極坐標(biāo)插補(bǔ))

• G113 取消極坐標(biāo)插補(bǔ)模式(不進(jìn)行極坐標(biāo)插補(bǔ))

• 對(duì)于剛接通電源和復(fù)位(置O或切換)時(shí)，機(jī)床取消極坐標(biāo)插補(bǔ)，即處于G113模式。在進(jìn)行極坐標(biāo)補(bǔ)償前，要預(yù)先設(shè)置直線軸及回轉(zhuǎn)軸的初參量(參數(shù)為291、292) 。執(zhí)行G112指令，轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)插補(bǔ)模式，將工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)設(shè)為極坐標(biāo)工作的原點(diǎn)，極坐標(biāo)插補(bǔ)在極坐標(biāo)平面上進(jìn)行。極坐標(biāo)插補(bǔ)平面即第一平面軸(直線軸)和第二平面軸(假想和第一平面軸正交的軸—虛軸)確定的平面。

• 極坐標(biāo)插補(bǔ)模式中的指令值就是極坐標(biāo)插補(bǔ)平面仁的正交坐標(biāo)系值，平面第二軸(假想的虛軸)指令的地址使用回轉(zhuǎn)軸(參數(shù)292)的地址。指令值的單位和平面軸的單位(mm或inch)相同在極坐標(biāo)插補(bǔ)模式中，使用G01、G03和G03指令時(shí)，絕對(duì)坐標(biāo)或相對(duì)坐標(biāo)均可。另外，對(duì)于G112指令也可以對(duì)刀尖半徑R進(jìn)行補(bǔ)償，刀尖半徑R補(bǔ)償?shù)穆窂綖闃O坐標(biāo)插補(bǔ)進(jìn)行的路徑。在G41、G42模式下不能直接切換到G112、G113模式，但在G40模式中可以進(jìn)行極坐標(biāo)G112、G113 的轉(zhuǎn)換。根據(jù)F確定(F單位mm/min或inch/min)的極坐標(biāo)插補(bǔ)平面上的進(jìn)給速度，即刀具和工件的相對(duì)速度，G112在虛軸的坐標(biāo)值變?yōu)?(即執(zhí)行G112的位置的角度為0度)時(shí)開始進(jìn)行極坐標(biāo)插補(bǔ)。