[發明專利]對采用球頭刀具的五軸聯動機床平滑加工路徑的方法

有效

• 申請號: 201110429480.X
• 申請日: 2011-12-19
• 公開（公告）號: CN102608952A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 丁漢;代星;熊蔡華;熊有倫
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G05B19/19
• 分類號: G05B19/19
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

技術領域

本發明涉及多軸聯動數控機械加工領域，更具體地，涉及一種對采用球頭刀具的五軸聯動機床平滑加工路徑的方法。

背景技術

隨著航空航天，造船，汽車，能源、冶金等工業的發展，多軸聯動數控加工技術正廣泛地運用于高精密復雜曲面薄壁零件的加工中。在多軸聯動數控加工處理過程中，可以根據零件幾何形狀和工藝參數合理規劃出加工刀路，并生成相應刀位軌跡文件。該文件需要經過后置處理轉換成為數控加工程序，才能驅動機床加工。五軸機床與三軸機床相比，增加了兩個旋轉軸，由此可調整任意刀軸方向以避免三軸機床加工中一些不可避免的干涉問題，但與此同時也帶來了后置處理方面的問題。例如，旋轉軸的轉動會產生非線性誤差，使得規劃刀路的小線段經過后置處理走成了空間曲線，偏離了規劃軌跡。

目前，對規劃刀路的后置處理方式都是通過插點的方式來控制非線性誤差的上限。上限值越大，偏離規劃軌跡越遠，加工質量越差；上限值越小，插值離散的小線段越多，機床運動軸頻繁加減速，加工效率越低。當五軸機床處于奇異位置時，所規劃刀路中刀軸的微量擺動，將造成機床旋轉軸出現不必要的大幅旋轉，此時伴隨非線性誤差最大化，可能產生加工路徑紊亂。Knut?Sorby在2006年machine?tools&manufature雜志上發表論文提出了一種五軸后置處理奇異位置處理的插值方法，其通過插值使得大幅快速旋轉變成了分段小幅緩慢旋轉，使得奇異位置處加工變得安全，但是并沒有實質上解決奇異位置大幅旋轉行為，并且使得加工效率變得低下。

發明內容

本發明針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種對采用球頭刀具的五軸聯動機床平滑加工路徑的方法，以消除局部非線性誤差并避免機床奇異位置處依賴旋轉軸的大幅旋轉問題。

按照本發明，提出了一種對采用球頭刀具的五軸聯動機床平滑加工路徑的方法，該方法包括下列步驟：

(1)根據加工零件的幾何形狀和工藝參數，生成機床所采用球頭刀具的刀位軌跡源文件；

(2)對生成的刀位軌跡源文件依次進行逐行讀取、解析并提取其刀位點位置和刀軸矢量，以及判斷刀位行有無干涉錐角以確定各刀位行的錐角值的一系列操作處理，由此獲得包括了刀位點位置、刀軸矢量和錐角值信息在內的錐角刀路文件，所述確定錐角值的操作具體包括以下子步驟：

(i)將刀位軌跡源文件中的第一行刀位的錐角值θ¹賦值為0，同時將刀位行n賦值為2；

(ii)計算第n行刀軸矢量[i?j?k]ⁿ與第n-1行刀軸矢量[i?j?k]^n-1之間的矢量夾角αⁿ；

(iii)計算第n行刀位錐角值的上限

(iv)構建錐角值為的刀錐體模型與加工模型做干涉檢查，若無干涉則設定當前錐角值為若存在干涉，則當前錐角依比例縮小，直到滿足無干涉以確定當前行錐角值θⁿ；

(v)將n賦值增加1，重復上述(ii)～(iv)步驟直到確定各刀位行的錐角；

(3)對通過步驟(2)所獲得的錐角刀路文件依次進行逐行讀取，解析并提取其刀位位置、刀軸矢量和錐角，以及確定所有刀位行最優刀軸矢量的一系列操作處理，所述確定刀位行最優刀軸矢量的操作具體包括以下子步驟：

(a)將第一行刀位的刀軸矢量[i?j?k]¹設定為最優刀軸矢量并計算出其對應的機床旋轉軸的值，同時將刀位行n賦值為2；

(b)計算第n行刀位的刀軸矢量[i?j?k]ⁿ與第n-1行已確定的刀軸矢量[i?j?k]^n-1之間的矢量夾角αⁿ；

(c)若矢量夾角αⁿ≤第n行的錐角值θⁿ，則將第n行刀位的最優刀軸矢量確定為[i?j?k]^n-1，并計算出其對應的機床旋轉軸的值；

(d)若矢量夾角αⁿ＞第n行的錐角值θⁿ，則離散錐角θⁿ中的刀軸矢量，并將離散后的刀軸矢量所對應的機床旋轉軸的值逐一與第(n-1)行刀軸矢量所對應的機床旋轉軸的值進行對比，從中選擇致使旋轉軸加權旋轉量最小的刀軸矢量作為第n行的最優刀軸矢量；以及

(e)將n賦值增加1，重復執行上述步驟(b)～(d)直到確定所有刀位行的最優刀軸矢量；以及