連續加速度數控機床的全局刀具路徑平滑性研究

連續加速度數控機床的全局刀具路徑平滑性研究

數控機床是一種高精度、高效率的自動化機床。配備多工位刀塔或動力刀塔，機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、蝸桿等復雜工件，具有直線插補、圓弧插補各種補償功能，并在復雜零件的批量生產中發揮了良好的經濟效果。

以往高速加工刀具路徑多數是短直線系列，即所謂的G01移動，刀具以程序中設定的進給速度，從某一點出發，直線移動至目標點。但這種離散刀具路徑的格式限制了數控機床的速度和精度。為了在尖銳的刀具路徑上產生連續進給運動，大多數的數控系統在局部的曲線平滑拐角處會使用預先指定的曲線或樣條，并在機器運動范圍內減慢進給方向。但這樣如果是尖角附近，其路徑速度的減慢的同時也會大大降低其生產精度。

本文提出了一種新的數控系統實時插補算法，通過對局部分離拐角和重疊角的運動規劃，可以實現沿短分段線性刀具軌跡的連續快速進給運動。該算法優化了切向進給剖面，提出了一種新穎的前向窗口法，利用連續不間斷加速度來在用戶指定的輪廓誤差和驅動器的運動范圍內生成側轉彎軌跡，使路徑連續光滑。仿真和實驗結果證明了方法的有效性，仿真結果表明充分利用了驅動器的加速度，保持運動連續平穩的數控機床操作，可將總周期時間縮短到0.317秒。實驗結果表明，該方法在模具和航空航天零件加工自由曲面時，可以沿短分段刀具路徑進行精確的笛卡爾高速運動插補。

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