[發明專利]基于AB型五軸數控機床環形刀加工刀軸矢量光順方法

有效

• 申請號: 201710280248.1
• 申請日: 2017-04-26
• 公開（公告）號: CN106950916B
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發明（設計）人: 徐汝鋒;程祥;鄭光明;孟建兵
• 申請（專利權）人: 山東理工大學
• 主分類號: G05B19/19
• 分類號: G05B19/19
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于AB型五軸數控機床環形刀加工刀軸矢量光順方法，其特征在于，包括如下步驟：

A、建立環形刀刀軸矢量與刀位設計變量之間的關系方程；

B、建立環形刀刀軸矢量與五軸數控機床回轉軸A和B之間的運動變換方程；

C、建立環形刀刀位設計變量和五軸數控機床回轉軸A和B之間的關系方程；

D、確定環形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AB型五軸數控機床環形刀加工刀軸矢量光順數學模型；

E、確定步驟D中刀軸矢量光順數學模型的求解方法；步驟A中，

(1)在刀觸點處建立刀具局部坐標系，推導出局部坐標系O_LX_LY_LZ_L中環形刀刀軸矢量與刀位設計變量之間的關系方程：

式中，θ為局部坐標系中環形刀繞Y_L軸轉動的前傾角，φ為局部坐標系中環形刀具繞Z_L軸轉動的側偏角，

在局部坐標系O_LX_LY_LZ_L中刀觸點處環形刀刀位點徑矢為：

式中，r為環形刀的截圓半徑，R為環形刀的環心圓半徑；

(2)建立工件坐標系中環形刀刀軸矢量與刀位設計變量之間的關系方程：

式中，e₁＝(x₁,y₁,z₁)^T，e₂＝(x₂,y₂,z₂)^T，e₃＝(x₃,y₃,z₃)^T分別為局部坐標系O_LX_LY_LZ_L各坐標軸在工件坐標系O_wX_wY_wZ_w中的單位矢量；

在工件坐標系O_wX_wY_wZ_w中刀觸點處環形刀刀位點徑矢為：

步驟B中，根據AB型五軸數控機床具體結構、機床運動鏈和機床各坐標系之間關系，建立環形刀刀軸矢量與五軸數控機床回轉軸A和B之間關系方程：

步驟C中，聯立式(3)和(5)，則推導出環形刀刀位設計變量和機床回轉軸A和B之間的關系方程：

步驟D中，以機床坐標系中機床回轉軸A和B作為設計變量，以曲面每行刀軌所有刀觸點{P_i,i＝1,…,N}處復合角加速度的平方和Γ作為目標函數，以機床回轉軸A和B的角度、角速度和角加速度限制范圍作為約束條件，建立基于AB型五軸數控機床環形刀加工刀軸矢量光順數學模型：

式中，minΓ代表最小化目標函數Γ，s.t.表示約束條件，N為給定行刀軌上刀觸點數目，β₁和β₂分別代表機床回轉軸A和B轉角，ω₁和ω₂分別代表機床回轉軸A和B角速度，α₁和α₂分別代表機床回轉軸A和B加速度，和分別代表機床回轉角β₁和β₂運動范圍,和分別代表機床回轉角β₁和β₂角速度限制范圍,和分別代表機床回轉角β₁和β₂角加速度限制范圍，曲面上任意刀觸點P_i處的復合角加速度定義為：

式中，為刀觸點P_i處的刀軸矢量，t代表時間。

2.根據權利要求1所述的基于AB型五軸數控機床環形刀加工刀軸矢量光順方法，其特征在于，所述步驟E具體為：

(1)利用現有環形刀五軸刀位優化方法生成給定曲面采樣刀觸點處的刀位，然后獲得上述采樣刀觸點處的初始刀軸矢量；

(2)利用式(5)計算出各采樣刀觸點處所對應的機床回轉角A和B，再利用三次樣條插值函數分別將各采樣刀觸點處的機床回轉角A和B進行三次樣條擬合；

(3)利用步驟(2)所得到的三次樣條插值擬合函數計算每行刀軌刀觸曲線上各刀觸點處機床回轉角A和B；利用式(6)計算各刀觸點處環形刀刀位設計變量θ和φ；求解各刀觸點處環形刀刀位誤差分布，并計算環形刀與工件曲面之間最小有向距離δ；如果δ<0，即環形刀與工件曲面之間發生干涉，則使環形刀沿該刀觸點法矢方向平移距離|δ|；利用式(4)和(3)計算出各刀觸點處環形刀刀位點徑矢和刀軸矢量，直到求解出該行刀軌刀觸曲線上所有刀觸點的刀位點徑矢和刀軸矢量。