五轴数控机床义齿加工后置处理技术研究

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在生活日益发展的今天,随着义齿的需求逐步增加,对义齿的精度要求也越来越高。由于五轴数控机床CAM系统因其加工精度高、且能对复杂曲面进行加工等特性也已开始应用于义齿的加工中。后置处理技术作为数控加工CAM系统的重要环节之一,承担着将系统的输出文件数据转换成数控机床可以识别NC代码的作用,对于提高数控加工精度具有非常重要的作用。为此,本文在对数控机床的模型进行深入研究基础上,分析了后置处理算法的机理,提出了一种基于误差建模的非线性误差补偿算法以及根据各轴最大限制速度对编程指令进行改变的速度控制算法,并进一步设计和开发出义齿加工后置处理软件系统。为解决义齿数控加工问题,本文分析了五轴数控机床的三种类型,即双摆头、转台-摆头以及双转台,并分析了它们的优缺点,选取双转台类型作为义齿加工的数控机床。根据数控机床的运动机理和各坐标系之间的关系,利用计算机图形学原理,结合坐标的平移变换与旋转变换,建立了双转台五轴数控机床的数学模型。在后置处理中,由于五轴数控机床的线性插补运动和旋转轴的存在,导致两点间实际加工的运动轨迹会偏离理想的直线段,从而产生非线性误差。为了对非线性误差进行有效补偿,本文提出一种基于误差建模的非线性误差在线预测与补偿方法。根据任意两个相邻刀位数据点产生的非线性误差,获得误差的分布特征,建立起误差分布模型;进一步,利用最小二乘法求解出非线性误差的数学表达式,经与最大允许误差相比较来确定新的刀位点,从而实现非线性误差的在线预测及补偿。以实际加工数据为例,在MATLAB环境下进行仿真研究,验证了所提出方法的有效性。为了保证数控机床的加工效率与安全性,本文进一步研究了数控机床的速度控制问题。通过分析G93、G94指令原理,结合刀位数据文件以及后置算法得出的各轴运动信息,建立了一种根据各轴最大限制速度对编程指令进行改变的速度控制策略,在MATLAB环境下进行仿真研究,验证了该策略的有效性。在Qt环境下设计与开发义齿加工后置处理系统,并通过应用后置处理算法将CLSF文件,即刀位数据文件转换成数控机床可以识别的NC代码,实现了代码转换的基本功能。
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