[發明專利]一種刀尖運動軌跡控制算法

有效

• 申請號: 201810870207.2
• 申請日: 2018-08-02
• 公開（公告）號: CN108829038B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 金鑫;鄭中鵬;孫椰望;張之敬;孫宏昌;劉彪
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G05B19/4097
• 分類號: G05B19/4097
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 廖輝;仇蕾安

1.一種刀尖運動軌跡控制算法，其特征在于，該算法實現的步驟如下：

步驟一：分析機床的直線軸和旋轉軸；當機床為七軸五聯動車銑復合加工機床時，五個直線軸分別是X軸、Y軸、Z軸和微動精密十字直線平臺上的U軸和W軸，初始位置下，U軸、W軸分別和X軸、Z軸平行；同時該機床還具備C軸和B軸兩個旋轉軸，微動精密十字直線平臺安裝在B軸回轉臺上，刀具刀座安裝在微動精密十字直線平臺上，刀座隨微動精密十字直線平臺的平移而移動，刀座隨著B軸旋轉而轉動；

步驟二：建立機床坐標系和各軸坐標系；OXYT為機床坐標系、O_TX_TY_TT_T為刀具坐標系、O_SWX_SWY_SWT_SW為微動精密十字直線平臺W軸坐標系、O_SUX_SUY_SUT_SU為微動精密十字直線平臺U軸坐標系、O_BX_BY_BT_B為B軸回轉臺坐標系、O_ZX_ZY_ZT_Z為Z軸坐標系、O_XX_XY_XT_X為X軸坐標系、O_YX_YY_YT_Y為Y軸坐標系、O_CX_CY_CT_C為C軸坐標系、O_WX_WY_WT_W為工件坐標系；機床初始狀態下，工件坐標系方向、刀具坐標系方向和機床坐標系方向一致，刀具軸線和工件軸線平行于Z軸，B軸回轉臺的軸線過微動精密十字直線平臺坐標系原點，其中微動精密十字直線平臺坐標系原點為W軸坐標系和U軸坐標系的交點；

步驟三：構建各個坐標系間的相對位置關系；采用齊次坐標構建車銑復合加工機床各坐標軸之間的位姿關系，工件坐標系中，刀具刀軸位置矢量為(p_x,p_y,p_z)，刀具刀軸方向矢量為(n_x,n_y,n_z)；在刀具坐標系中，刀具刀軸位置矢量為(p_tx,p_ty,p_tz)，刀具刀軸初始方向矢量為(I_x,I_y,I_z)；C軸坐標值原點在工件坐標系中的坐標值為(r_x,r_y,r_z)，機床坐標系原點在C軸坐標系的坐標值為(w_x,w_y,w_z)；機床坐標系原點在B軸坐標系下的坐標值為(t_x,t_y,t_z)，B軸坐標系原點在微動精密十字直線平臺坐標系中的坐標值(u_x,u_y,u_z)，微動精密十字直線平臺坐標系原點在刀具坐標系中的坐標值為(l_x,l_y,l_z)；

步驟四：構建機床運動傳遞鏈；通過機床坐標系構建車銑復合加工機床的運動傳遞鏈，機床傳遞鏈從刀具出發，具體為刀具—微動精密十字直線平臺W軸—微動精密十字直線平臺U軸—B軸回轉臺—Z軸工作臺—機床原點—X軸工作臺—Y軸工作臺—C軸回轉工作臺—工件；基于傳遞變換矩陣建立起刀具、工件和各個運動軸間的傳遞變換關系，并由傳遞矩陣關系式(1)表示：

步驟五：構建機床加工運動學方程；基于車銑復合加工機床運動傳遞鏈和傳遞變換矩陣，構建車銑復合加工機床運動學方程式(2)和式(3)，其中式(2)為刀具中心點位置在刀具坐標系、工件坐標系中的數值關系，式(3)為刀具中心點方向矢量在刀具坐標系、工件坐標系中的數值關系；

設在刀具坐標系中，刀具中心點初始位置和方向矢量為式(4)；

將式(4)代入到式(2)和式(3)中，整理得：

步驟六：對機床加工運動學方程進行求解；

步驟七：將求解后得到的算法寫入CAM后置處理器。