[發(fā)明專利]一種對五軸加工刀具平滑加工路徑的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210157900.8
• 申請日: 2012-05-21
• 公開（公告）號: CN102707664A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 丁漢;代云霏;張小明;馬玉皓
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: G05B19/19
• 分類號: G05B19/19
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于計算機數(shù)控加工技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種對五軸加工刀具平滑加工路徑的方法。

背景技術(shù)

五軸聯(lián)動數(shù)控加工相對于傳統(tǒng)的三軸聯(lián)動數(shù)控加工，在提高加工質(zhì)量、降低加工成本和減少加工時間等方面有著明顯的優(yōu)勢。其加工路徑的生成對加工效率和加工質(zhì)量影響巨大。在五軸聯(lián)動數(shù)控加工中加工路徑包括兩部分：一是刀觸點的平動，其實質(zhì)是空間中質(zhì)點的運動；二是刀軸的轉(zhuǎn)動，也就是刀具姿態(tài)的變化，由于刀具姿態(tài)可以用單位矢量來表示，因此姿態(tài)變化的實質(zhì)是單位球面上質(zhì)點的運動。

在五軸加工中，雖然可以實時調(diào)整刀具姿態(tài)以避免刀具的干涉和碰撞，且可將刀具相對工件表面處于最有效地切削狀態(tài)，但同時必須實時地確定每個插補周期刀具的姿態(tài)。給定一系列的刀具姿態(tài)點矢量，這些姿態(tài)點矢量可以看成是單位球面上的離散點，對這些離散點進(jìn)行插值運算以生成一條連續(xù)的軌跡有很多種方法，如拉格朗日多項式插值、參數(shù)三次曲線等，但這些方法不能保證生成的曲線仍在單位球面上，更重要的是這些生成的曲線不連續(xù)且不平滑，由此導(dǎo)致刀具加工的精度偏低。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種對五軸加工刀具平滑加工路徑的方法，其能夠?qū)挝磺蛎嫔想x散的姿態(tài)點插值，以形成一條連續(xù)平滑的軌跡，利用該平滑的軌跡進(jìn)行實際切削可以提高加工精度。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種對五軸加工刀具平滑加工路徑的方法，包括以下步驟：

（1）獲取五軸加工刀具在單位球面上的離散姿態(tài)矢量P_i'＝P_i'xi+P_i'yj+P_i'zk與位置矢量，其中i、j和k為基本矢量，P_i′x、P_i′y、P_i′z分別為離散姿態(tài)矢量P_i'在X、Y、Z軸三個方向的分量值；

（2）根據(jù)離散姿態(tài)矢量P_i'獲得變換四元數(shù)Q_i′；

（3）利用最小二乘法對變換四元數(shù)Q_i'在四元數(shù)空間內(nèi)進(jìn)行參數(shù)插值優(yōu)化，以得到優(yōu)化后的單位四元數(shù)Q′_i′；

（4）根據(jù)優(yōu)化后的單位四元數(shù)Q′_i′獲得優(yōu)化后的離散姿態(tài)矢量P′_i′，離散姿態(tài)矢量P′_i′位于單位球面上；

（5）采用最小二乘法對位置矢量進(jìn)行插值優(yōu)化；

（6）通過插值優(yōu)化的位置矢量與優(yōu)化后的離散姿態(tài)矢量獲得平滑的加工路徑。

本發(fā)明的方法還包括：在步驟（6）以后，將平滑的加工路徑輸入五軸數(shù)控機床，從而實現(xiàn)對工件的加工。

步驟（2）進(jìn)一步包括：

獲取與離散姿態(tài)矢量P_i'xi+P_i′y+jP_i和基本矢量i垂直的矢量S_i'xi+S_i′yj+S_i′zk＝i×(P_i′xi+P_i′yj+P_i′zk)＝P_i′yk-P_i?zj,其中S_i′x、S_i′y和S_i′z是矢量垂直的矢量在X、Y、Z軸三個方向的分量值，將矢量單位化得到：