连续加速度数控机床的全局刀具路径平滑性研究

连续加速度数控机床的全局刀具路径平滑性研究

数控机床是一种高精度、高效率的自动化机床。配备多工位刀塔或动力刀塔，机床具有广泛的加工工艺性能，可加工直线圆柱、斜线圆柱、圆弧和各种螺纹、槽、蜗杆等复杂工件，具有直线插补、圆弧插补各种补偿功能，并在复杂零件的批量生产中发挥了良好的经济效果。

以往高速加工刀具路径多数是短直线系列，即所谓的G01移动，刀具以程序中设定的进给速度，从某一点出发，直线移动至目标点。但这种离散刀具路径的格式限制了数控机床的速度和精度。为了在尖锐的刀具路径上产生连续进给运动，大多数的数控系统在局部的曲线平滑拐角处会使用预先指定的曲线或样条，并在机器运动范围内减慢进给方向。但这样如果是尖角附近，其路径速度的减慢的同时也会大大降低其生产精度。

本文提出了一种新的数控系统实时插补算法，通过对局部分离拐角和重叠角的运动规划，可以实现沿短分段线性刀具轨迹的连续快速进给运动。该算法优化了切向进给剖面，提出了一种新颖的前向窗口法，利用连续不间断加速度来在用户指定的轮廓误差和驱动器的运动范围内生成侧转弯轨迹，使路径连续光滑。仿真和实验结果证明了方法的有效性，仿真结果表明充分利用了驱动器的加速度，保持运动连续平稳的数控机床操作，可将总周期时间缩短到0.317秒。实验结果表明，该方法在模具和航空航天零件加工自由曲面时，可以沿短分段刀具路径进行精确的笛卡尔高速运动插补。

刊名：International Journal of Machine Tools&Manufacture

刊期：2017年121期

作者：Shingo Tajima et al.

编译：刘瑞琦