[發明專利]基于AC型五軸數控機床球頭刀加工刀軸矢量光順方法

有效

• 申請號: 201710280231.6
• 申請日: 2017-04-26
• 公開（公告）號: CN107085413B
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發明（設計）人: 徐汝鋒;周喆;郭前建;于珊珊;賀磊;陳海真
• 申請（專利權）人: 山東理工大學
• 主分類號: G05B19/408
• 分類號: G05B19/408
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于AC型五軸數控機床球頭刀加工刀軸矢量光順方法，包括如下步驟：建立球頭刀刀軸矢量與刀位設計變量之間的關系方程；建立球頭刀刀軸矢量與五軸數控機床回轉軸A和C之間的運動變換方程；建立球頭刀刀位設計變量和五軸數控機床回轉軸A和C之間的關系方程；確定球頭刀刀軸矢量光順的設計變量、目標函數和約束條件，建立基于AC型五軸數控機床球頭刀加工刀軸矢量光順數學模型；確定上述刀軸矢量光順數學模型的求解方法。該方法能夠避免機床回轉軸的急劇變化，使機床回轉軸運動更加平穩和光滑，大幅降低機床回轉軸的角速度和角加速度，從而提高曲面的加工質量和加工效率，具有較強的實際應用價值。

技術領域

本發明涉及一種五軸數控機床刀軸矢量光順方法，尤其涉及基于AC型五軸數控機床球頭刀加工刀軸矢量光順方法，屬于五軸數控加工技術領域。

背景技術

當使用球頭刀五軸加工復雜曲面時，由于曲面幾何性質較差，比如曲面的法向量、主方向、曲率等，容易導致所生成的球頭刀刀軸矢量發生突變和大幅波動。即使采用最簡單刀具定位方法(如Sturz法)五軸加工上述曲面區域，也會引起刀軸矢量的劇烈變化，從而影響五軸機床運動的平穩性、超出機床進給軸的伺服能力和增大加工過程中的非線性誤差等。因此獲得五軸數控加工中球頭刀光滑刀軸矢量成為曲面加工技術的重要研究方向。為獲得光滑的刀軸矢量，國內外學者在刀軸矢量優化方面開展了大量研究工作，并提出許多五軸加工刀軸矢量優化方法，主要集中于兩個方面：一是在工件坐標系中僅考慮幾何約束的刀軸矢量優化方法；二是在工件坐標系中考慮幾何約束和運動學約束的刀軸矢量優化方法。

現有技術一，文獻(周波,趙吉賓與劉偉軍,復雜曲面五軸數控加工刀軸矢量優化方法研究.機械工程學報,2013(07):184-192)提出一種復雜曲面五軸數控加工刀軸矢量優化方法。首先在非干涉域內有效插入限定的加工點位，保證刀軸矢量的整體優化；同時在干涉域內采用改進的C-Space法，生成刀軸矢量光順可行域。

現有技術二，文獻(王晶等,復雜曲面零件五軸加工刀軸整體優化方法.航空學報,2013(06):1452-1462)提出一種基于臨界約束的五軸刀軸矢量整體優化方法。首先構造了給定切觸點處所有可行擺刀平面，并在擺刀平面內根據臨界約束計算出臨界刀軸矢量，在獲得臨界刀軸矢量的基礎上，對其進行平面映射，建立了刀軸擺動的初始可行域；其次，通過對初始可行域進行均勻離散，根據離散點之間相對位置關系構造鄰接矩陣，并結合最短路徑搜索算法獲得了初始參考刀軸，從而構造了新的刀軸擺動可行域；最后，建立當前切削行內無干涉且相鄰刀軸變化最小的刀軸矢量優化模型，實現自由曲面五軸加工無干涉刀軸矢量的光滑控制。上述現有技術至少存在以下缺點：

上述方法主要以刀具與工件/機床之間不發生過切和全局干涉等作為約束條件，以工件坐標系中刀軸矢量變化最小或光滑變化作為目標函數進行刀軸矢量優化，從而獲得工件坐標系中無干涉和光滑的刀軸矢量。而五軸數控機床因結構差異較大，盡管工件坐標系中刀軸矢量光滑變化，卻很難保證機床坐標系中五軸機床各坐標軸尤其是回轉軸都能光滑運動而無突變現象發生，從而影響機床運動的平穩性、超出機床進給軸的伺服能力和增大加工過程中的非線性誤差等。因此，有必要在工件坐標系中進行刀軸矢量優化時需考慮機床坐標系中機床回轉軸的變化情況，或者在機床坐標系中直接對機床回轉軸進行光順優化。

發明內容

為克服現有球頭刀五軸加工復雜曲面刀軸矢量發生突變和大幅波動的問題，本發明提供一種基于AC型五軸數控機床球頭刀加工刀軸矢量光順方法。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是這樣的：一種基于AC型五軸數控機床球頭刀加工刀軸矢量光順方法，包括以下步驟：

A、建立球頭刀刀軸矢量與刀位設計變量之間的關系方程；

B、建立球頭刀刀軸矢量與五軸數控機床回轉軸A和C之間的運動變換方程；

C、建立球頭刀刀位設計變量和五軸數控機床回轉軸A和C之間的關系方程；