薄壁件数控加工理论与精度控制方法

全书共分为7章，第1章介绍了薄壁件和五轴加工的特点，分析了刀具轨迹规划和数控插补对零件加工质量的影响。第2章针对连续线段的加工采用参数曲线实现光顺过渡并实现前瞻加减速规划问题，提出了NURBS曲线、S加减速算法及前瞻控制算法的理论。第3章针对五轴线性刀路，利用系列双三次NURBS曲线方法，对刀具中心点平移轨迹和刀轴点平移轨迹进行拐角光顺，获得满足误差约束且达到G2连续的五轴双NURBS曲线拐角刀路，实现刀具平移和旋转的平滑变化。第4章提出了拐角平滑算法和连续加速度的拐角平滑算法，，基于跳度限制加速度曲线及其速度和加速度边界条件，结合进给运动的速度、加速度、跳度极限和指定的轮廓误差，生成曲率光顺的拐角转接轮廓实现拐角平滑转接且加工路径达到G3连续。第5章基于规划拐角轮廓间短线段的进给运动，在整个加工路径实现不间断进给运动的目标，获得满足G1连续的加速度轮廓，开发了在指定范围内调整最大转接速度的插补算法，使得拐角处的转接运动和拐角轮廓间短线段进给运动的加工时间之和达到最优。第6章利用有限元对薄壁零件加工过程中的整体变形规律进行了分析和预测，分别从工艺控制变形和误差补偿控制变形对零件的加工精度控制及补偿方法进行了研究，提出了相应工艺控制措施和补偿策略。第7章基于RTX数控系统，研究了小线段插补的数据采样算法、S型加减速规划、位置控制算法，利用圆弧衔接连续小线段间高速衔接的离散速度平滑处理，使数控机床在较高速度下获得较高的精度和柔韧性，完善了薄壁件数控加工理论与精度控制理论与方法。

刘钢博士、教授，毕业于上海交通大学，上海工程技术大学机械制造类学科带头人，曾任上海特种数控装备及工艺工程技术研究中心主任。上海市优秀技术带头人，上海市领军人才计划；获得中国航天科技集团科学技术进步奖一等奖，国防科学技术进步奖一等奖，上海市科学技术奖科技进步奖一等奖等。刘钢博士长期致力于高端自动化装备和加工核心技术的产业化，带领的团队主持了10项国家级重大攻关及产业化项目，交付了我国用于大型火箭筒段的三头镜像铣削设备，火箭总装搅拌焊，火箭筒段自动铆接机器人、国产大型航空薄壁件双五轴镜像铣机床等大量关键型号自动化制造装备。

1绪论(1) 1.1薄壁件的分类(1) 1.1.1框体类零件(1) 1.1.2整体类壁板(2) 1.1.3梁类零件(2) 1.1.4复杂曲面类零件(2) 1.2五轴数控机床简介(3) 1.2.1双转台结构五轴机床(3) 1.2.2单转台单摆头结构五轴机床(3) 1.2.3双摆头结构五轴机床(4) 1.3五轴数控加工中心控制原理(5) 1.3.1数控机床坐标系(5) 1.3.2数控机床坐标系确定方法(5) 1.3.3机床原点与机床坐标系(6) 1.3.4工件原点与工件坐标系(6) 1.4数控加工技术(6) 1.4.1刀具路径光顺(7) 1.4.2速度规划(8) 1.5本书主要内容(9) 本章参考文献(9) 2基于光顺过渡的前瞻速度规划理论(11) 2.1前瞻控制的基本原理(11) 2.1.1转接速度的确定(12) 2.1.2进给速度的处理(12) 2.2S曲线加减速规划(13) 2.2.1S曲线加减速速度规划(13) 2.2.2S曲线加减速进行前瞻速度平滑处理的流程(15) 2.3连续短线段高速加工圆弧转接前瞻控制算法(16) 2.3.1拐角圆弧过渡模型(16) 2.3.2圆弧过渡前瞻控制(18) 2.4算例与分析(23) 本章参考文献(26) 3局部拐角光顺算法与光顺刀路速度规划(28) 3.1五轴路径局部拐角光顺算法(28) 3.1.1五轴路径拐角双NURBS曲线的表示(28) 3.1.2刀具中心点线性路径的拐角光顺(29) 3.1.3G2连续的五轴路径拐角双NURBS曲线过渡模型(32) 3.2G2连续的五轴路径的参数同步(33) 3.2.1拐角双NURBS曲线的参数同步(34) 3.2.2线性路径段的同步(34) 3.2.3算例仿真(35) 3.3双NURBS光顺刀路的速度规划(40) 3.3.1五轴机床各轴伺服能力约束下的速度(40) 3.3.2五轴机床各轴伺服能力约束下的加速度(42) 3.3.3五轴等距双NURBS刀具路径同步插补(43) 3.3.4仿真实验(45) 本章参考文献(47) 4基于曲率光顺的拐角插补算法(48) 4.1跳度限制加速度曲线(48) 4.2中断加速度的拐角平滑算法(51) 4.3连续加速度的拐角平滑算法(56) 4.4仿真实验(61) 4.4.1仿真分析(61) 4.4.2实验分析(66) 本章参考文献(70) 5独立拐角轮廓间短线段插补算法和重叠拐角轮廓插补算法(72) 5.1自适应进给速度(73) 5.2插补算法的实时性实现(81) 5.3独立拐角轮廓间插补算法的仿真实验(83) 5.3.1仿真分析(83) 5.3.2实验分析(85) 5.4重叠拐角轮廓插补算法(90) 5.4.12段平滑插补算法(90) 5.4.24段平滑插补算法(93) 5.4.3仿真实验(96) 本章参考文献(101) 6薄壁零件加工变形规律有限元分析(103) 6.1零件建模及仿真(103) 6.1.1零件特性介绍(103) 6.1.2模型网格划分及约束力施加(104) 6.1.3结果与分析(105) 6.2薄壁零件加工变形控制(106) 6.2.1进给速度优化(107) 6.2.2加工顺序优化选择(112) 6.2.3施加局部预变形力以控制变形(112) 6.3局部优化变形误差补偿(114) 6.3.1变形误差补偿基本原理(115) 6.3.2基于公差的局部优化补偿(116) 6.3.3确定优化补偿的变形耦合系数(117) 6.4薄壁零件加工精度控制及补偿方法(118) 6.4.1薄壁零件变形控制实验(118) 6.4.2实验结果分析(125) 本章参考文献(125) 7RTX开放式数控系统研究与开发(127) 7.1实时操作系统(127) 7.1.1Windows系统实时扩展平台RTX(127) 7.1.2RTX实时性能分析(128) 7.1.3数控系统中RTX实时组件技术应用(129) 7.2数控软件开发编程技术应用(130) 7.2.1开发工具简介(130) 7.2.2人机界面设计技术(131) 7.2.3Windows系统多进程技术(131) 7.3基于RTX数控系统总体设计(131) 7.3.1PC的硬件结构(132) 7.3.2高速并口CNC接口板(132) 7.3.3光电隔离驱动板(133) 7.4系统软件结构平台(134) 7.4.1数控软件功能模块分析(134) 7.4.2数控软件结构设计与实现(135) 7.5系统各功能模块算法实现(136) 7.5.1译码模块(138) 7.5.2插补模块(139) 7.5.3离散S曲线加减速控制算法(141) 7.5.4位置控制模块(146) 7.6数控系统实验与研究(148) 7.6.1系统实验方案(148) 7.6.2加工实例(149) 7.6.3系统分析(151) 本章参考文献(152)