基于STEP-NC的五軸加工刀具路徑規(guī)劃方法研究.pdf

1、隨著時(shí)代的發(fā)展，現(xiàn)代化的制造業(yè)對(duì)數(shù)控技術(shù)提出了新的要求。五軸數(shù)控加工以其特有和無(wú)法替代的優(yōu)勢(shì)，一直是數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域備受重視和大力推廣的一種加工模式。STEP-NC(STEP-Compliant Data Interface：for Numeric Controls)是STEP(STandard for Exchange of Product model data)在制造領(lǐng)域的延伸，代表了數(shù)控技術(shù)新的發(fā)展方向。如果將數(shù)控技術(shù)比作一艘正在航行

2、中的巨輪，那么STEP-NC就是它的方向舵，而五軸加工技術(shù)是其推動(dòng)力最為強(qiáng)勁的引擎之一。 本論文依托浙江省重大機(jī)電裝備專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目“中高檔數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)(2006C11067)”，將STEP-NC和五軸加工技術(shù)兩者相結(jié)合，研究在STEP-NC技術(shù)條件下如何規(guī)劃和應(yīng)用五軸加工技術(shù)，旨在為推進(jìn)STEP-NC的實(shí)用化和降低五軸加工技術(shù)應(yīng)用難度探索一條可行之路。 STEP-NC目前處于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織(ISO)標(biāo)準(zhǔn)草案階段(ISO 1

3、4649 DIS)，仍在進(jìn)一步發(fā)展和完善中。對(duì)于五軸數(shù)控機(jī)床進(jìn)行自由曲線(xiàn)曲面加工的應(yīng)用場(chǎng)合，STEP-NC標(biāo)準(zhǔn)中未加入具體的加工數(shù)據(jù)模型，國(guó)內(nèi)外也鮮見(jiàn)相關(guān)研究提出基于STEP-NC的五軸加工具體實(shí)現(xiàn)方案。因此要開(kāi)展基于STEP-NC的五軸加工應(yīng)用，必須為其定義相應(yīng)的STEP-NC數(shù)據(jù)模型。本文在參考ISO 14649 Part 11中關(guān)于三軸加工數(shù)據(jù)模型部分的基礎(chǔ)上，深入研究了五軸加工技術(shù)的特點(diǎn)，建立了五軸銑削加工的STEP-NC擴(kuò)展數(shù)

4、據(jù)模型，為開(kāi)展基于STEP-NC的五軸加工應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。 自由曲線(xiàn)曲面是五軸加工技術(shù)的主要處理對(duì)象，在STEP-NC中，自由曲線(xiàn)曲面都統(tǒng)一表達(dá)為NURBS形式。本文提出了一種新的五軸端銑刀具路徑規(guī)劃方法——加工域并行規(guī)劃法。該規(guī)劃方法主要處理以NURBS形式描述的設(shè)計(jì)型面，以盡可能提高刀具路徑的切削效率為設(shè)計(jì)目標(biāo)。加工域并行規(guī)劃法在刀路生成方式和計(jì)算模式上與傳統(tǒng)的五軸刀具路徑規(guī)劃方法不同。在刀具路徑生成方式上，它并不采用以曲面

5、某條邊界開(kāi)始的順序刀具路徑生成方式，而是通過(guò)曲面加工域分析進(jìn)行搜索和迭代產(chǎn)生刀具路徑。在計(jì)算模式上，充分利用了軟硬件的性能，采用硬件級(jí)多線(xiàn)程并行算法以提高執(zhí)行性能。 在上述工作的基礎(chǔ)上，遵循開(kāi)放性、模塊化、可擴(kuò)展的原則構(gòu)建了STEP-NC的示范應(yīng)用平臺(tái)。該平臺(tái)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)是本文工作的重點(diǎn)之一。通過(guò)集成自主開(kāi)發(fā)的XML驅(qū)動(dòng)模塊和插件支持系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)的STEP-NC示范應(yīng)用平臺(tái)軟件系統(tǒng)成為了一個(gè)高度模塊化、高度可擴(kuò)展和可自定義

6、的STEP-NC軟件技術(shù)實(shí)驗(yàn)環(huán)境。同時(shí)詳細(xì)論述了STEP-NC程序解釋模塊和刀具路徑規(guī)劃模塊兩個(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。 在理論研究和成功構(gòu)建STEP-NC示范應(yīng)用平臺(tái)的基礎(chǔ)上，針對(duì)性的設(shè)計(jì)了加工域并行規(guī)劃算法運(yùn)行特性實(shí)驗(yàn)和基于STEP-NC的五軸銑削加工刀具路徑規(guī)劃應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。算法運(yùn)行特性實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析了加工域并行規(guī)劃算法與傳統(tǒng)串行模式的算法的差異。通過(guò)五軸加工刀具路徑規(guī)劃應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，對(duì)構(gòu)建的五軸銑削STEP-NC擴(kuò)展模型和STEP-