多轴数控砂带磨床后置处理器研究与开发

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多轴数控砂带磨床是加工涡扇发动机风扇叶片的重要设备,叶片质量的优劣决定了发动机性能是否可以进一步提高。而作为保证叶片质量的重要手段之一,叶片的测量还处于人工手持测量阶段,亟需引入数字化智能化手段进行改善。为使叶片磨削加工及测量的整体工艺流程数字化、智能化,并使得数控砂带磨床能够融入智能制造体系,其核心是为磨床加装智能装置完成磨床的升级改造,而改造的首要前提便是重构机床的后置处理系统。因此,本文的研究面向多轴数控砂带磨床,重构其后置处理系统并搭建虚拟仿真环境,为机床后续加装在机测量模块提供开放的后置处理平台与仿真环境。论文围绕中国航空制造技术研究院现有的一台多轴数控砂带磨床,对相关关键技术展开了一系列研究,主要研究内容如下:1)建立多轴数控砂带磨床精确几何装配模型。从机床本体出发,综合考虑附带手册和图纸,分析磨床结构关系得到所需建模部件清单,使用NX建模模块完成部件建模,在部件模型基础上完成磨床的初步装配。通过分析机床行程以及实际测量,得到机床原点与机床参考点位置;分析机床原始后置处理文件得到B轴和C轴坐标系与机床参考点坐标系之间的位置关系,以此为基础建立精确的多轴数控砂带磨床几何装配模型。2)建立基于机床运动学链推导的后置处理模块。对磨床几何装配模型进行预处理,定义辅助坐标系与机床运动轴初始位置,分析机床工作台群组与刀具群组,将各运动轴的运动(平移、旋转)有序串联起来得到该磨床的运动学链。在机床运动学链的基础上推导坐标变换矩阵,获得磨床后置处理算法,构建后置处理坐标转换函数,基于MATLAB实现后置处理器的开发。3)建立基于VERICUT的磨床虚拟仿真环境并进行仿真验证。在几何装配模型的基础上,转换部件文件格式,基于VERICUT搭建磨床虚拟仿真环境,通过该仿真环境验证几何装配模型与后置处理模块的正确性;验证分为三轴加工与五轴联动加工验证,对验证样件完成工艺编程并生成刀位文件,通过开发的后置处理器转换为NC程序,将NC程序加载至虚拟机床进行几何仿真加工,仿真结果表明几何装配模型与后置处理模块是匹配且正确的。为了验证该后置处理器在实际机床中的正确性,以及验证所搭建的磨床虚拟仿真环境是否与实际机床一致,以平板件和宽弦空心风扇叶片为验证对象,对多轴数控砂带磨床构建了三轴和五轴联动的验证实验,以及磨削加工全流程的验证实验,实验结果验证了面向数控砂带磨床开发的后置处理器与机床虚拟仿真环境的正确性和有效性。
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