專利名稱：一種基于后置信息的專用機(jī)床整體結(jié)構(gòu)配置優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于后置信息的專用機(jī)床整體結(jié)構(gòu)配置優(yōu)化方法。屬于數(shù)控機(jī)床技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
對于曲面曲率變化較大的復(fù)雜零件加工,五軸機(jī)床各軸運(yùn)動速度發(fā)生劇烈變化，慣性力對機(jī)床影響較大，這對五軸機(jī)床在高加速度下的動力學(xué)特性提出了很高的要求。為獲得良好的高加速五軸機(jī)床動態(tài)性能和加工性能，人們做了大量研究，主要有以下方面機(jī)床結(jié)構(gòu)動態(tài)特性優(yōu)化、刀位軌跡光順性及進(jìn)給速度規(guī)劃、伺服控制系統(tǒng)加減速度優(yōu)化、伺服進(jìn)系統(tǒng)優(yōu)化。機(jī)床結(jié)構(gòu)動態(tài)特性優(yōu)化主要是提高機(jī)床靜態(tài)剛度和動態(tài)固有頻率，通過改變機(jī)床局部結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)；刀軌規(guī)劃和進(jìn)給速度規(guī)劃主要是從待加工復(fù)雜零件表面特性對加工工藝和加工參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化；而伺服控制系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)主要是從機(jī)床響應(yīng)能力上進(jìn)行優(yōu)化。以上這些工作，都沒有把機(jī)床結(jié)構(gòu)動力學(xué)優(yōu)化與加工工件直接聯(lián)系起來。當(dāng)我們需要大批量生產(chǎn)某種復(fù)雜零件時，可根據(jù)零件的加工特性，如零件尺寸規(guī)格、零件曲面曲率特點(diǎn)，分析零件加工時的動力學(xué)特性，研發(fā)專用機(jī)床，為機(jī)床加速度最大的運(yùn)動軸配置最小的結(jié)構(gòu)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)整體慣性力最小，達(dá)到機(jī)床結(jié)構(gòu)配置的整體優(yōu)化。后置信息記錄了數(shù)控·加工運(yùn)動的一切必要信息零件加工的工藝順序，運(yùn)動軌跡與方位，工藝參數(shù)(主軸轉(zhuǎn)速，進(jìn)給速度)，通過這些參數(shù)可以算出各軸加速度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)以總體慣性力最小的結(jié)構(gòu)優(yōu)化配置。本發(fā)明以發(fā)動機(jī)整體葉輪這一典型復(fù)雜曲面零件為例，利用數(shù)控編程軟件對待加工自由曲面進(jìn)行編程，根據(jù)五軸機(jī)床結(jié)構(gòu)和數(shù)控系統(tǒng)控制器生成后置信息，基于后置信息，對五軸機(jī)床進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化配置。

發(fā)明內(nèi)容
I、目的本發(fā)明的目的是提供一種基于后置信息的專用機(jī)床整體結(jié)構(gòu)配置優(yōu)化方法。首先利用專用數(shù)控編程軟件獲取待加工復(fù)雜自由曲面后置信息，基于后置信息計(jì)算自由曲面加工時各軸加速度信息，包括最大加速度值、加速度分布以及加權(quán)加速度，然后根據(jù)各軸慣性力大小對五軸機(jī)床上三個平動軸在機(jī)床運(yùn)動鏈中的順序重新規(guī)劃配置，減小機(jī)床整體慣性力，提高機(jī)床動力學(xué)性能。2、技術(shù)方案一種基于后置信息的專用機(jī)床整體結(jié)構(gòu)配置優(yōu)化方法，其特征包括以下幾個步驟步驟一依據(jù)待加工件的各技術(shù)參數(shù)進(jìn)行自由曲面數(shù)控編程，根據(jù)五軸機(jī)床初定結(jié)構(gòu)參數(shù)及數(shù)控系統(tǒng)控制器生成后置信息。在選用編程軟件時，可選用UG、PRO/E、CATIA、MAX-5、MAX-AB、Hypermill 等軟件。步驟二 利用C語言提取后置信息中機(jī)床X、Y、Z位移及A、C軸轉(zhuǎn)角和進(jìn)給速度。①G代碼文件中除了包含機(jī)床五坐標(biāo)軸的位移信息和進(jìn)給速度信息，還包括零件模型信息、刀具信息、機(jī)床零點(diǎn)信息、加工精度信息、轉(zhuǎn)速信息等等。因此，并不是每一段G代碼都會包含位移信息。在本發(fā)明中，我們稱包含機(jī)床軸位移信息或進(jìn)給速度信息的程序段為有效程序段。一個程序段由若干個由空格分隔的字符串組成，而每個字符串又由字母和數(shù)值組成。本發(fā)明把字母看作位移、進(jìn)給速度、刀具等信息的地址，字母后面的數(shù)值看做位移、進(jìn)給速度、刀具信息等等信息的具體數(shù)值，即信息由表示地址的字母和表示數(shù)值的數(shù)字組成。在按行讀取后置信息后，將讀取的信息按空格進(jìn)行分解，根據(jù)分解的第二個字符串判斷程序段的有效性。②建立后置信息結(jié)構(gòu)體變量，該結(jié)構(gòu)體變量包含五軸機(jī)床各軸絕對位移量、進(jìn)給速度等變量成員。利用C語言Strtok函數(shù)按照G代碼解釋器原理對G代碼進(jìn)行控制字分解，根據(jù)分解后的信息中的字母判斷所獲取的信息類別，然后將所得信息存入相信的結(jié)構(gòu)體變量成員中。由于各軸位移信息以及進(jìn)給速度信息在一個程序段中不是全部都發(fā)生改變，可能只有X、Y、Z、A、C軸位移、進(jìn)給速度F中一個或者幾個發(fā)生改變，因此每判斷出一個有效程序段后，需要建立一個新的結(jié)構(gòu)體變量，并將前一個結(jié)構(gòu)體變量信息賦給新的結(jié)構(gòu)體變量。對于新的結(jié)構(gòu)體變量成員的值，只需改變當(dāng)前有效程序段中存在的有效信息的值。③將在各個加工階段存儲進(jìn)入結(jié)構(gòu)體變量中的各軸位移信息和進(jìn)給速度信息分別寫入TXT文件。步驟三利用步驟二中提取的信息計(jì)算自由曲面加工過程中各軸速度、加速度，獲取加速度最大值及加速度分布，將各刀位點(diǎn)加速度值存儲到各相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體變量中。①根據(jù)五軸機(jī)床多坐標(biāo)插補(bǔ)器原理，可得各刀位點(diǎn)之間等效插補(bǔ)長度為i =②計(jì)算各軸在刀位點(diǎn)之間的運(yùn)行時間、速度、加速度及加速度最大值，并將在各個加工階段計(jì)算得到的時間信息和加速度信息分別寫入TXT文件。
權(quán)利要求
1.一種基于后置信息的專用機(jī)床整體結(jié)構(gòu)配置優(yōu)化方法，其特征在于它包括以下步驟 步驟一依據(jù)待加工件的各技術(shù)參數(shù)進(jìn)行自由曲面數(shù)控編程，根據(jù)五軸機(jī)床初定結(jié)構(gòu)參數(shù)及數(shù)控系統(tǒng)控制器生成后置信息，在選用編程軟件時，選用UG、PRO/E、CATIA、MAX-5、MAX-AB> Hypermill軟件中的任一個均可； 步驟二 利用C語言提取后置信息中機(jī)床X、Y、Z位移及A、C軸轉(zhuǎn)角和進(jìn)給速度； ①G代碼文件中除了包含機(jī)床五坐標(biāo)軸的位移信息和進(jìn)給速度信息，還包括零件模型信息、刀具信息、機(jī)床零點(diǎn)信息、加工精度信息和轉(zhuǎn)速信息，因此，并不是每一段G代碼都會包含位移信息；機(jī)床軸位移信息或進(jìn)給速度信息的程序段設(shè)為有效程序段，一個程序段由復(fù)數(shù)個空格分隔的字符串組成，而每個字符串又由字母和數(shù)值組成；把字母看作位移、進(jìn)給速度和刀具信息的地址，字母后面的數(shù)值看做位移、進(jìn)給速度和刀具信息的具體數(shù)值，即信息由表示地址的字母和表示數(shù)值的數(shù)字組成；在按行讀取后置信息后，將讀取的信息按空格進(jìn)行分解，根據(jù)分解的第二個字符串判斷程序段的有效性； ②建立后置信息結(jié)構(gòu)體變量，該結(jié)構(gòu)體變量包含五軸機(jī)床各軸絕對位移量、進(jìn)給速度變量成員，利用C語言strtok函數(shù)按照G代碼解釋器原理對G代碼進(jìn)行控制字分解，根據(jù)分解后的信息中的字母判斷所獲取的信息類別，然后將所得信息存入相信的結(jié)構(gòu)體變量成員中；由于各軸位移信息以及進(jìn)給速度信息在一個程序段中不是全部都發(fā)生改變，只有X、Y、Z、A、C軸位移、進(jìn)給速度F中一個或者幾個發(fā)生改變，因此每判斷出一個有效程序段后，需要建立一個新的結(jié)構(gòu)體變量，并將前一個結(jié)構(gòu)體變量信息賦給新的結(jié)構(gòu)體變量；對于新的結(jié)構(gòu)體變量成員的值，只需改變當(dāng)前有效程序段中存在的有效信息的值； ③將在各個加工階段存儲進(jìn)入結(jié)構(gòu)體變量中的各軸位移信息和進(jìn)給速度信息分別寫A TXT文件； 步驟三利用步驟二中提取的信息計(jì)算自由曲面加工過程中各軸速度、加速度，獲取加速度最大值及加速度分布，將各刀位點(diǎn)加速度值存儲到各相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體變量中； ①根據(jù)五軸機(jī)床多坐標(biāo)插補(bǔ)器原理，得各刀位點(diǎn)之間等效插補(bǔ)長度為
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于后置信息的專用機(jī)床整體結(jié)構(gòu)配置優(yōu)化方法，其特征在于步驟二中所述的具體提取后置信息的方法為 ①建立結(jié)構(gòu)體變量，賦初值； ②讀取G代碼信息，判別信息的有效性，若有效，則到步驟③；若無效，則繼續(xù)步驟②； ③判斷有效信息的類別，將所得數(shù)值信息按類別存儲到相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體變量成員中； ④建立新的結(jié)構(gòu)體變量，將上一結(jié)構(gòu)體變量信息賦值給新的結(jié)構(gòu)體變量，若后置信息未結(jié)束，則到步驟②；否則刪除新的結(jié)構(gòu)體變量； ⑤將結(jié)構(gòu)體變量中的位移信息和進(jìn)給速度信息分別寫入TXT文件，程序結(jié)束。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于后置信息的專用機(jī)床整體結(jié)構(gòu)配置優(yōu)化方法，其特征在于步驟三中所述的各軸加速度的具體計(jì)算方法為 1)根據(jù)多軸機(jī)床多坐標(biāo)表插補(bǔ)器原理，計(jì)算各刀位點(diǎn)之間等效插補(bǔ)長度； 2)根據(jù)等效插補(bǔ)長度計(jì)算各刀位點(diǎn)之間的等效加工時間； 3)利用差分法計(jì)算計(jì)算各軸速度和加速度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于后置信息的專用機(jī)床整體結(jié)構(gòu)配置優(yōu)化方法，其特征在于步驟四中所述的ADAMS運(yùn)動學(xué)仿真的具體實(shí)現(xiàn)方法是 1)在ADAMS中同一位置建立三個相同的運(yùn)動塊，在各運(yùn)動塊上分別建立運(yùn)動副，利用CUBSPL函數(shù)施加三個平動軸的位移信息和時間信息； 2)在仿真結(jié)果輸出時，先輸出機(jī)床在屏蔽轉(zhuǎn)動軸位移情況下的運(yùn)動軌跡，再在此基礎(chǔ)上輸出各軸加速度，在此，橫標(biāo)軸不是時間而是位移軸。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于后置信息的專用機(jī)床整體結(jié)構(gòu)配置優(yōu)化方法，其特征在于步驟五所述的計(jì)算加權(quán)加速度的具體計(jì)算方法是 讀取步驟三中記錄的各個加速度文件，分別將各個加工階段的X、Y、Z軸加速度信息求平方和，并統(tǒng)計(jì)刀位點(diǎn)總數(shù)，計(jì)算X、Y、Z軸加速度算術(shù)平方根。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于后置信息的專用機(jī)床整體結(jié)構(gòu)配置優(yōu)化方法，包括以下步驟根據(jù)特定機(jī)床結(jié)構(gòu)及對應(yīng)的數(shù)控系統(tǒng)，利用數(shù)控編程軟件生成自由曲面加工后置信息；利用C語言提出后置信息，按照字母地址對G代碼中的控制字進(jìn)行分解，將得到的位移及進(jìn)給速度信息存入結(jié)構(gòu)體變量；根據(jù)多坐標(biāo)機(jī)床多軸插補(bǔ)器原理計(jì)算各刀位點(diǎn)之間的加工時間；利用差分法計(jì)算各軸速度、加速度以及加速度分布；利用ADAMS對三平動軸進(jìn)行運(yùn)動學(xué)仿真，輸出各軸加速度隨自由曲面位置的分布；計(jì)算各軸加權(quán)加速度；分別計(jì)算最大加速度和加權(quán)加速度對應(yīng)的慣性力，比較各軸慣性力的大小關(guān)系，分析原機(jī)床結(jié)構(gòu)配置的合理性并提出優(yōu)化后的機(jī)床整體結(jié)構(gòu)配置方案。
文檔編號G05B19/18GK102789196SQ201210310918
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月28日
發(fā)明者梅方華, 陳五一 申請人:北京航空航天大學(xué)