面向航空領(lǐng)域RTCP功能的研究與應(yīng)用

郎言書(shū),于 東,吳文江,黃 艷,鄭飂默,韓文業(yè)

1(中國(guó)科學(xué)院 沈陽(yáng)計(jì)算技術(shù)研究所,沈陽(yáng) 110168)2(中國(guó)科學(xué)院 研究生院,北京 100049)

1 引 言

高精度的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜型面加工的基礎(chǔ).相較于三軸數(shù)控機(jī)床而言,五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床增加了兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸.原本在三維空間中進(jìn)行的數(shù)學(xué)運(yùn)算轉(zhuǎn)移到五維空間,在很大程度上增加了空間推理和計(jì)算的難度.因此,面向五軸聯(lián)動(dòng)相關(guān)功能的研究始終處于領(lǐng)域前沿,新方法的提出和對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的改良共同推動(dòng)五軸加工走向高速、高精.

旋轉(zhuǎn)刀具中心編程(RTCP)功能是五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一,其優(yōu)點(diǎn)在于:1)實(shí)時(shí)補(bǔ)償由刀軸矢量擺動(dòng)帶來(lái)的線性坐標(biāo)偏移,從而保證刀具中心點(diǎn)時(shí)刻處于編程路徑上.2)加工程序的編制獨(dú)立于機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)構(gòu).3)進(jìn)給率調(diào)節(jié)自動(dòng)計(jì)算.尚未集成RTCP功能的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床,加工過(guò)程中每次換刀都需要重新進(jìn)行CAM編程和后置處理,過(guò)程繁瑣且效率低.

航空制造領(lǐng)域?qū)ξ遢S機(jī)床的精度和加工效率提出了更高的要求.綜合各類航空結(jié)構(gòu)件的構(gòu)型特征,成飛公司研發(fā)出一種“S”形檢測(cè)試件.通過(guò)檢測(cè)“S件”基座平面與緣條結(jié)合部位的刀具軌跡以及緣條型面的光順情況,可分析判斷機(jī)床RTCP功能是否符合要求[1].針對(duì)“S件”在實(shí)際加工過(guò)程中出現(xiàn)表面光潔度不夠和有棱的現(xiàn)象,具體分析原因是精度和速度的問(wèn)題.因此,為使RTCP功能滿足航空制造領(lǐng)域的需求,對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行深入研究并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行RTCP功能的優(yōu)化.目前,國(guó)內(nèi)許多學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)對(duì)RTCP技術(shù)進(jìn)行研究并取得了一定的研究成果.文獻(xiàn)[2]基于雙擺頭和雙轉(zhuǎn)臺(tái)兩種機(jī)床形式,建立了五軸RTCP的數(shù)學(xué)模型.文獻(xiàn)[3]分析了五軸機(jī)床的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性,設(shè)計(jì)了一種刀具中心點(diǎn)實(shí)時(shí)插補(bǔ)過(guò)程.文獻(xiàn)[4]提出基于參數(shù)配置的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,在RTCP模塊中引入對(duì)各軸速度進(jìn)行約束的前瞻算法,減小加工過(guò)程中的機(jī)床振動(dòng).上述文獻(xiàn)提出的RTCP算法均適用于普遍形式的五軸聯(lián)動(dòng)加工,但并不能很好地滿足航空領(lǐng)域?qū)庸ぞ鹊男枨?

本文從數(shù)控系統(tǒng)的整體效能出發(fā),綜合軟硬件架構(gòu)、高性能設(shè)計(jì)、RTCP算法這三種對(duì)系統(tǒng)精度與響應(yīng)時(shí)間起決定性作用的因素,按照由底層結(jié)構(gòu)到上層算法的順序,分章節(jié)進(jìn)行闡述.其中,RTCP算法是研究的重點(diǎn),本文在前人研究方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展研究,構(gòu)建一種適用于航空制造領(lǐng)域的RTCP功能模塊,將該功能模塊集成到國(guó)內(nèi)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的GJ-400數(shù)控系統(tǒng)中,對(duì)“S件”進(jìn)行切削實(shí)驗(yàn),實(shí)際加工效果驗(yàn)證了算法和設(shè)計(jì)的可行性.

2 系統(tǒng)軟硬件平臺(tái)

對(duì)于機(jī)床控制系統(tǒng)而言,高速、高精的運(yùn)動(dòng)控制算法和直接操縱CPU核心的軟件設(shè)計(jì)技術(shù)尤為重要[5].作為一切上層設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),軟硬件平臺(tái)的性能直接影響著算法效能的發(fā)揮.因此,首先介紹藍(lán)天數(shù)控系統(tǒng)軟硬件架構(gòu),即本文算法的運(yùn)行平臺(tái).

2.1 硬件平臺(tái)

系統(tǒng)硬件平臺(tái),由人機(jī)接口單元(HMU)和機(jī)床控制單元(MCU)組成.HMU配置彩色液晶顯示屏和機(jī)床操作面板,主要為數(shù)控裝置的命令輸入、系統(tǒng)狀態(tài)顯示、聯(lián)機(jī)幫助、交互式編程和機(jī)床信息管理等功能提供計(jì)算平臺(tái),具備網(wǎng)絡(luò)化接口,采用通用處理器與通用操作系統(tǒng).

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Picture of system architecture

MCU為裝置控制部分,采用Compact PCI箱式多插槽結(jié)構(gòu),插槽中可插入支持不同處理器的系統(tǒng)板與功能擴(kuò)展板,通過(guò)機(jī)箱背板總線互聯(lián),組成多處理器數(shù)控裝置硬件平臺(tái).Compact PCI采用PCI局部總線技術(shù),確保了系統(tǒng)原有軟硬件資源的可移植,同時(shí)采用新型的機(jī)械結(jié)構(gòu)和互連方式,提高了裝置的可靠性.

2.2 軟件平臺(tái)

系統(tǒng)軟件平臺(tái)由操作系統(tǒng)軟件和數(shù)控應(yīng)用軟件兩部分構(gòu)成.為滿足數(shù)控系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求,選用實(shí)時(shí)Linux操作系統(tǒng).操作系統(tǒng)之上是數(shù)控應(yīng)用軟件,包括:任務(wù)控制器、運(yùn)動(dòng)控制器、I/O控制器(PLC).任務(wù)控制器從人機(jī)接口單元(HMU)的GUI界面取得加工信息,分配給運(yùn)動(dòng)控制器和PLC.運(yùn)動(dòng)控制器是CNC軟件系統(tǒng)的核心部分,針對(duì)于五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng),運(yùn)動(dòng)控制器內(nèi)置RTCP功能模塊.運(yùn)動(dòng)學(xué)庫(kù)是

圖2 CNC系統(tǒng)軟件平臺(tái)Fig.2 CNC software platform

一個(gè)數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù),為運(yùn)動(dòng)控制器提供坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換、四元數(shù)和其他向量表示法之間的轉(zhuǎn)換、矩陣相乘等數(shù)學(xué)函數(shù).

3 面向?qū)嶋H應(yīng)用的設(shè)計(jì)方案

設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)在系統(tǒng)中的作用是承上啟下.設(shè)計(jì)思想是無(wú)形的,需要依附于物理實(shí)體;同時(shí)又是關(guān)鍵的,支撐著算法的實(shí)現(xiàn).高性能的設(shè)計(jì)方案能夠有效利用基礎(chǔ)軟硬件性能,為應(yīng)用環(huán)節(jié)提供更多的資源和保障.針對(duì)RTCP功能在航空領(lǐng)域的應(yīng)用,闡述可提高系統(tǒng)性能的設(shè)計(jì)方案.

RTCP功能開(kāi)啟后,工件加工的G代碼程序由一系列的直線段和圓弧段組成,如圖3所示,G43.4開(kāi)啟RTCP功能.

圖3 RTCP模式下G代碼格式Fig.3 G code format under RTCP mode

直線段和圓弧段的起始點(diǎn)、終止點(diǎn)以及段長(zhǎng)信息送入運(yùn)動(dòng)隊(duì)列等待后續(xù)處理.若運(yùn)動(dòng)隊(duì)列開(kāi)辟空間過(guò)大,系統(tǒng)負(fù)擔(dān)加重;開(kāi)辟空間太小,一次裝載不下程序文件中所有段信息.因此,設(shè)計(jì)一種環(huán)形的運(yùn)動(dòng)隊(duì)列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu).

圖4 環(huán)形隊(duì)列示意圖Fig.4 Picture of the circular queue

圖4中所示環(huán)形隊(duì)列大小為5,這只是一個(gè)簡(jiǎn)單的形象化說(shuō)明.實(shí)際的運(yùn)動(dòng)隊(duì)列大小根據(jù)要求在系統(tǒng)參數(shù)中設(shè)定.環(huán)形運(yùn)動(dòng)隊(duì)列遵循動(dòng)態(tài)分配、隊(duì)尾插入、隊(duì)頭刪除的原則.在NC程序執(zhí)行過(guò)程中,先進(jìn)入運(yùn)動(dòng)隊(duì)列的程序段隨著時(shí)間的推移,執(zhí)行完畢之后移出隊(duì)列,這為后續(xù)新進(jìn)的程序段留出了空間.因此,可結(jié)合實(shí)際情況設(shè)定環(huán)形運(yùn)動(dòng)隊(duì)列的長(zhǎng)度.

4 RTCP功能模塊的算法研究

前文所述的軟硬件平臺(tái)架構(gòu)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等有效設(shè)計(jì)是RTCP算法高精度、高效率運(yùn)行的基石.本文的研究重點(diǎn)在于RTCP功能模塊的算法設(shè)計(jì).研究工作圍繞精度和速度兩大主線展開(kāi).4.1節(jié)與4.2節(jié)針對(duì)于精度進(jìn)行非線性誤差補(bǔ)償和插補(bǔ)算法的研究;4.3節(jié)與4.4節(jié)針對(duì)于速度和加速度進(jìn)行控制和約束.

4.1 非線性誤差的分析及補(bǔ)償方法

4.1.1 非線性誤差的來(lái)源

三軸數(shù)控機(jī)床加工時(shí),刀具軸線是固定的,垂直于水平面.五軸數(shù)控機(jī)床由于旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng),在實(shí)際加工過(guò)程中刀具軸線是擺動(dòng)的.機(jī)床刀具中心和旋轉(zhuǎn)主軸頭中心存在一段距離,稱作樞軸中心距(pivot).由于這段距離的存在,旋轉(zhuǎn)軸擺動(dòng)時(shí)帶動(dòng)線性坐標(biāo)移動(dòng),造成隨動(dòng)誤差,實(shí)際加工過(guò)程中刀尖點(diǎn)軌跡偏離理想編程軌跡.

4.1.2 旋轉(zhuǎn)變換的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型

完整的五軸機(jī)床空間運(yùn)動(dòng)學(xué)轉(zhuǎn)換關(guān)系,在有關(guān)后置處理的文獻(xiàn)中多有介紹,本文不再贅述.本文僅關(guān)注與非線性誤差相關(guān)的旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶來(lái)的空間轉(zhuǎn)換.以AC雙擺頭機(jī)床為例,建立相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)變換運(yùn)動(dòng)學(xué)模型.

繞x軸逆時(shí)針?lè)较虻男D(zhuǎn)矩陣：

繞z軸順時(shí)針?lè)较虻男D(zhuǎn)矩陣：

設(shè)刀軸矢量為I=(Ix,Iy,Iz),初始刀軸矢量為z軸平行的單位向量E=(0，0,1)，由旋轉(zhuǎn)軸角度求得與之對(duì)應(yīng)的刀軸矢量：

可由運(yùn)動(dòng)學(xué)反解得到旋轉(zhuǎn)角度與刀軸矢量的關(guān)系式：

a=arccos(Iz)

上式表明刀軸矢量與A、C軸旋轉(zhuǎn)角度是非線性映射關(guān)系.

4.1.3 非RTCP功能與非線性誤差

由刀軸矢量與A、C軸旋轉(zhuǎn)角度的非線性映射關(guān)系,旋轉(zhuǎn)軸角度線性變化時(shí),與之對(duì)應(yīng)的刀軸矢量的變化是非線性的,刀尖點(diǎn)軌跡呈彎曲狀.若編程路徑是G1代碼指定的直線段,實(shí)際刀尖點(diǎn)劃過(guò)一條曲線.這就是RTCP功能尚未開(kāi)啟時(shí),非線性誤差的存在機(jī)理.

4.1.4 補(bǔ)償向量的計(jì)算

偏移值補(bǔ)償是RTCP功能模塊中的一個(gè)重要環(huán)節(jié).樞軸中心距(pivot)的長(zhǎng)度L是一個(gè)定值和一個(gè)不定值的算術(shù)和.定值是主軸端與旋轉(zhuǎn)中心的距離,不定值是刀具的長(zhǎng)度.對(duì)于不同的工件或者工藝,加工過(guò)程中刀具的長(zhǎng)度是變化的.定義刀具坐標(biāo)P= (0,0,L).根據(jù)旋轉(zhuǎn)變換的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,按照繞x軸的旋轉(zhuǎn)矩陣T1和繞z軸的旋轉(zhuǎn)矩陣T2計(jì)算補(bǔ)償向量C,根據(jù)C的值在系統(tǒng)內(nèi)部對(duì)非線性誤差進(jìn)行補(bǔ)償.

4.2 插補(bǔ)算法

4.2.1 刀軸矢量插補(bǔ)法

現(xiàn)今五軸數(shù)控系統(tǒng)中普遍應(yīng)用的旋轉(zhuǎn)軸線性插補(bǔ)算法,是一種線性軸插補(bǔ),旋轉(zhuǎn)軸跟隨的插補(bǔ)方式.按照線性軸的插補(bǔ)步長(zhǎng)對(duì)旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行插補(bǔ),具有計(jì)算量小,直觀等優(yōu)點(diǎn),并且滿足大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)于精度的要求.然而,旋轉(zhuǎn)軸線性插補(bǔ)算法應(yīng)用于加工航空領(lǐng)域特定工件時(shí),并不能達(dá)到預(yù)設(shè)的效果.在航空結(jié)構(gòu)件的側(cè)銑加工環(huán)節(jié),其導(dǎo)致的輪廓誤差尤為顯著.因此,針對(duì)于航空結(jié)構(gòu)件的加工,本文以刀軸矢量插補(bǔ)法代替原有的旋轉(zhuǎn)軸線性插補(bǔ)方法.該算法對(duì)刀軸矢量進(jìn)行線性插補(bǔ),保證刀軸矢量始終位于NC代碼段確定的首末刀軸矢量所決定的平面上.

設(shè)初始刀軸矢量為I1=(Ix1,Iy1,Iz1)，代碼段末端刀軸矢量為I2=(Ix2,Iy2,Iz2)，插補(bǔ)過(guò)程如下：

圖5 刀軸矢量插補(bǔ)法仿真效果圖Fig.5 Simulation of tool orientation interpolation method

4.2.2 三次樣條插補(bǔ)方法

三次樣條函數(shù)來(lái)源于材料力學(xué)中梁的變形曲線微分方程,是放樣工藝中繪制曲線用的木樣條的數(shù)學(xué)模型的線性近似,其二階連續(xù)性帶來(lái)計(jì)算的簡(jiǎn)便和穩(wěn)定,是一種傳統(tǒng)而不失有效的插補(bǔ)方法[6].

三次樣條函數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)形式為:

x(t) =at3+bt2+ct+d

為實(shí)現(xiàn)單軸精插補(bǔ),將三次樣條的理論思想融入插補(bǔ)器的設(shè)計(jì).根據(jù)起始點(diǎn)與終止點(diǎn)的位置坐標(biāo)和速度,計(jì)算出樣條系數(shù)a,b,c,d,代入?yún)?shù)t求出每個(gè)運(yùn)動(dòng)周期的插補(bǔ)值.

4.3 速度控制

4.3.1 RTCP限制速度的計(jì)算方法

一個(gè)RTCP運(yùn)動(dòng)段包含起始刀位點(diǎn)和終止刀位點(diǎn)的位置和姿態(tài)信息,由此可求出各軸行程為Δx,Δy,Δz,Δa,Δc.

三個(gè)線性軸的合成位移:

線性軸和旋轉(zhuǎn)軸的合成位移:

第1步.根據(jù)運(yùn)動(dòng)段的最大限制速度vmax計(jì)算運(yùn)動(dòng)段執(zhí)行的最短時(shí)間為

第2步.由5個(gè)單軸的行程和各個(gè)軸的限制速度vmx、vmy、vmz、vma、vmb,求出每個(gè)軸的最短到達(dá)時(shí)間tx、ty、tz、ta、tc,進(jìn)而求得軸運(yùn)動(dòng)最短時(shí)間為

tmin2=max(tx,ty,tz,ta,tc)

第3步.求取最短限制時(shí)間：

tmin=max(tmin1,tmin2)

最后，計(jì)算RTCP限制速度：

按照上述過(guò)程計(jì)算得到的RTCP限制速度vr與NC程序代碼中指定的進(jìn)給率F取最小值，作為加工程序執(zhí)行時(shí)的速度上限。

4.3.2 恒定進(jìn)給率的保持

三軸機(jī)床的實(shí)際切削進(jìn)給率就是編程指定的進(jìn)給率F.五軸機(jī)床則需要計(jì)算刀具相對(duì)于工件表面的線速度,即相對(duì)進(jìn)給率,也稱作有效進(jìn)給率.該值不一定等同于編程指定的進(jìn)給率F.對(duì)于雙轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的機(jī)床而言,如果刀具保持恒定速度切削,若工件的旋轉(zhuǎn)方向與刀具的切削方向相反,那么相對(duì)進(jìn)給率增加;若工件的旋轉(zhuǎn)方向與刀具的切削方向相同,那么相對(duì)進(jìn)給率降低.具體分析過(guò)程如下.

根據(jù)各軸行程,進(jìn)行五軸位移的合成:

根據(jù)編程給定的進(jìn)給率F計(jì)算時(shí)間

進(jìn)而由時(shí)間t計(jì)算出各個(gè)軸的進(jìn)給率，以x軸為例：

根據(jù)以上公式,當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度Δa,Δc變大時(shí),合成位移d的值也隨之增大,進(jìn)而時(shí)間t的值增大,對(duì)應(yīng)到各個(gè)軸的進(jìn)給率降低.為保持恒速進(jìn)給,在控制系統(tǒng)中設(shè)定有效進(jìn)給率,即刀具相對(duì)于工件的移動(dòng)速度.加工過(guò)程中,控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)計(jì)算使刀具中心點(diǎn)處于編程路徑上的同時(shí)也保持有效進(jìn)給率.

4.3.3 單軸速度平滑處理

針對(duì)樣條插補(bǔ)中存在的曲率不斷變化的問(wèn)題,采用基于濾波技術(shù)的樣條曲線插補(bǔ)方法.該方法對(duì)于預(yù)插補(bǔ)過(guò)程中的速度進(jìn)行濾波處理,以實(shí)現(xiàn)樣條曲線的加工速度以加速度連續(xù)的方式進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整.

4.3.4 速度基準(zhǔn)

航空領(lǐng)域復(fù)雜工件的加工過(guò)程中，旋轉(zhuǎn)軸可能在短時(shí)間內(nèi)大幅度擺動(dòng)。普遍采用的線性軸插補(bǔ)、旋轉(zhuǎn)軸跟隨算法按照線性軸的移動(dòng)速度，參照線性軸與旋轉(zhuǎn)軸移動(dòng)量的比例K計(jì)算旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速。這種方法僅適用于旋轉(zhuǎn)軸與線性軸移動(dòng)量之比不大的情況。若旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)量過(guò)大，而線性軸移動(dòng)量很小，按照線性軸的進(jìn)給速度和比例K計(jì)算得到的旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速超限。因此，定義比例K的界限值M，若KM，則以旋轉(zhuǎn)軸為基準(zhǔn)計(jì)算線性軸的速度.

4.4 加速度約束

以x軸為例，設(shè)其加速度限定值是amax，插補(bǔ)周期為Δt，單軸插補(bǔ)的三次樣條函數(shù)二次求導(dǎo)得：

|6at+2b|≤amax

代入系數(shù)a、b計(jì)算得到：

|Δ2xn|=|Δ1xn-Δ1xn-1|≤amaxΔt2

式中，Δ1xn和Δ1xn-1分別代表第n段和第n-1個(gè)插補(bǔ)段的長(zhǎng)度。由此可見(jiàn)，加速度約束限定兩個(gè)相鄰插補(bǔ)段長(zhǎng)度之差不能超過(guò)amaxΔt2。

4.5 算法流程(見(jiàn)圖6)

圖6 RTCP算法流程圖Fig.6 Flow chart of the RTCP algorithm

5 面向航空領(lǐng)域RTCP功能的檢測(cè)方案

5.1 “S”試件的構(gòu)型特征

“S”形試件由兩條空間投影互不重疊的樣條曲線構(gòu)成.兩條樣條曲線分別處于空間中兩個(gè)相互平行的平面內(nèi).兩平

圖7 構(gòu)造“S”形試件的兩條樣條曲線Fig.7 Spline curves of the “S” shaped test piece

面的間距即“S”形緣條的高度介于30mm與50mm之間.每個(gè)平面上各取50個(gè)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)構(gòu)造樣條曲線,兩條樣條曲線拉伸形成直紋面等厚緣條,緣條厚度為3mm.由此得到的“S”形緣條型面與矩形基座組合成一個(gè)完整的“S”形試件.

5.2 加工工藝簡(jiǎn)述

“S”形試件的加工工藝分為粗銑、半精銑、精銑三個(gè)環(huán)節(jié),由毛坯層層切削而成.其中,精銑環(huán)節(jié)最能考驗(yàn)五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的RTCP功能.為保證加工精度和表面質(zhì)量,應(yīng)選用特定的刀具及加工參數(shù).在側(cè)銑加工過(guò)程中,應(yīng)使銑刀的側(cè)刃始終與“S”形緣條型面貼合.與型面表面和底平面呈固定角度的NAS件不同,“S”形緣條型面與基座平面的夾角是變化的,這在很大程度上增加了加工的難度.

5.3 程序執(zhí)行流程

“S件”加工程序由一系列G1直線段代碼構(gòu)成,在實(shí)際銑削加工之前,由G43.4指令開(kāi)啟RTCP功能.程序執(zhí)行流程如圖8.

圖8 程序執(zhí)行流程圖Fig.8 Flow chart of program execution

5.4 實(shí)驗(yàn)分析

應(yīng)用本文算法功能模塊于藍(lán)天數(shù)控自主研發(fā)的GJ-400數(shù)控系統(tǒng),系統(tǒng)配置GJ-400小型機(jī)箱、GJ330操作面板、EtherCAT總線、路斯特驅(qū)動(dòng)器.實(shí)際銑削使用D16平底刀,轉(zhuǎn)速

圖9 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)Fig.9 Real data from three-coordinate measuring machine

為2500r/min,背吃刀量0.2mm,進(jìn)給量500mm/min.采用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)“S”形試件的輪廓精度進(jìn)行檢測(cè).如圖10所示，

圖10 S件加工效果圖Fig.10 Processing result of the “S” shaped detection test piece

選取的40個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的偏差值均小于0.05mm,達(dá)到±5道的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn).

6 結(jié)束語(yǔ)

本文在前人研究的基礎(chǔ)上,針對(duì)航空制造領(lǐng)域?qū)群退俣鹊奶厥庑枨?進(jìn)行RTCP功能模塊的算法研究,主要研究?jī)?nèi)容如下:

1)介紹藍(lán)天數(shù)控系統(tǒng)軟硬件平臺(tái),作為算法的運(yùn)行環(huán)境,該平臺(tái)為算法的高效、穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠保障.

2)闡述環(huán)形運(yùn)動(dòng)隊(duì)列的設(shè)計(jì),進(jìn)一步為RTCP功能模塊算法的高效能執(zhí)行提供支撐.

3)分析非線性誤差的產(chǎn)生機(jī)理,由運(yùn)動(dòng)學(xué)反解推導(dǎo)出刀軸矢量與旋轉(zhuǎn)軸角度的非線性映射關(guān)系,在此基礎(chǔ)上研究非線性誤差的補(bǔ)償方法.

4)針對(duì)旋轉(zhuǎn)軸線性插補(bǔ)算法應(yīng)用于航空制造領(lǐng)域的不足之處,采用刀軸矢量插補(bǔ)法使加工過(guò)程中刀軸矢量始終處于首末刀軸矢量確定的平面內(nèi).

5)分析三次樣條函數(shù)的優(yōu)點(diǎn),將其應(yīng)用于單軸插補(bǔ)器的設(shè)計(jì).針對(duì)于曲率不斷變化的問(wèn)題,采用濾波技術(shù)對(duì)單軸速度進(jìn)行平滑處理.

6)研究RTCP限制速度的計(jì)算、恒定進(jìn)給率的保持、速度基準(zhǔn)的設(shè)定以及加速度約束方法,對(duì)于速度和插補(bǔ)軌跡進(jìn)行有效控制.

7)設(shè)計(jì)檢測(cè)方案,分析“S”形檢測(cè)試件的構(gòu)型特征、加工工藝以及程序執(zhí)行流程.三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的實(shí)測(cè)效果驗(yàn)證了本文算法的有效性.