汽車零部件加工進給率規劃方法研究

謝水亮

摘? 要：在復雜的汽車零部件中，進給率規劃作為數控系統的關鍵技術之一，其規劃的優劣不僅影響著汽車零部件的加工精度，而且直接決定汽車零部件的加工效率。然而，受五軸數控系統工件坐標系與機床坐標系之間的非線性運動學變換關系的影響，為獲得一個平穩的數控加工過程，避免超過機床伺服進給系統的驅動能力，實際加工中編程進給率取值往往較為保守，導致數控機床的利用率和加工效率大大折扣。為此，該文提出了一種基于高階驅動約束下的汽車零部件進給率規劃方法。

關鍵詞：進給率規劃? 加速度? 平穩性

中圖分類號：TH16 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）01（a）-0058-02

相比于三軸數控加工，五軸數控機床憑借其優異的刀具空間可達性及較少的工裝次數，在汽車零部件加工得到廣泛的關注。其中，進給率規劃作為數控系統一項關鍵技術，受到了國內外眾多學者的普遍關注。

1? 驅動特性分析及最大可行進給率近似值計算

給定一條五軸參數路徑[P（u），o（u）]，假設其走刀進給率為f（u），則分軸速度Vτ、分軸加速度Aτ以及分軸加加速度Jτ可表示為：

（1）

其中mτ（u），τ=X、Y、Z，，，用來表示五軸機床各軸的驅動位移。為滿足機床的驅動特性，約束條件給出如下：

（2）

當路徑參數域被離散為一系列分段區間，并在每個分段區間內，進給速度保持恒定，則滿足上述約束條件的最大可行進給率可通過下式計算得到：

（3）

其中：

2? 基于雙向掃描算法的初始進給率生成

在確定上述最大可行進給率近似值的基礎上，考慮到相鄰最低進給率近似值的過渡區間，其分軸驅動特性在實際變速加工中仍有可能超過給定約束。因此，需要對其進行修正。該文采用B樣條曲線對其過渡區間的進給率進行描述。當約束超差時，則將其較高進給率近似值比例降低調整（比例系數0<α<1），直到過渡區間的驅動特性均滿足公式（2）條件為止。

3? 基于五次多項式的最終進給率曲線生成

為生成一條連續且滿足給定約束條件的進給率曲線，該文最后基于五次多項式表達給出了一種進給率松弛方法。其定義如下：

其中[ui，ui+1]，為指定的參數區間。為保證每段進給率曲線在分段拼接處具有二階連續性，則需要滿足如下條件：

（4）

其中，us=ui，ue=ui+1，ud=ue-usfs和fe分別表示每段進給率曲線的起始和末端速度。當相鄰最低進給率近似值之間存在恒定高速區域時，且約束存在超差時，則可對該段進給率進行沿著參數域方向進行松弛;若無高速段，則需要將該段的較高進給率端點速度進行比例調整，直到滿足給定約束條件為止。

4? 算法驗證

為證實所提算法的有效性與正確性，該文五軸參數路徑進行了仿真。其刀尖點最大進給率設定為30mm/s，插補周期為2ms。

通過仿真提方法有效地將分軸速度、分軸加速度以及分軸加加速度限制在約束范圍之內，有效地避免了機床分軸特性超差現象，改善了加工平穩性，間接提高了數控加工精度，保證了加工質量。

參考文獻

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