[發明專利]一種基于刀具姿態控制的五軸數控加工指令點插補方法有效
| 申請號： | 201811031196.5 | 申請日： | 2018-09-05 |
| 公開（公告）號： | CN109032077B | 公開（公告）日： | 2022-03-18 |
| 發明（設計）人： | 耿聰;吳玉厚 | 申請（專利權）人： | 沈陽建筑大學 |
| 主分類號： | G05B19/41 | 分類號： | G05B19/41 |
| 代理公司： | 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109 | 代理人： | 朱光林 |
| 地址： | 110168 遼*** | 國省代碼： | 遼寧;21 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 基于 刀具 姿態 控制 數控 加工 指令 點插補 方法 | ||
本發明提供一種基于刀具姿態控制的五軸數控加工指令點插補方法，涉及數控加工領域。包括：獲取刀尖點位置集合P和刀軸矢量集合Q；獲取參數樣條曲線P(u)；建立局部旋轉坐標系Q0?N?V；得到刀軸矢量曲線Q(u)；確定夾角ψk和夾角對應的參數值uk；確定參數值uk對應點處一、二階導數；構造滿足二階連續的曲線ψ(u)和確定第k個插補周期插補點對應參數值；得到下一插補周期的插補點和對應刀軸矢量。本發明提供的一種基于刀具姿態控制的五軸數控加工指令點插補方法，避免了線性插補方法中旋轉軸隨動變化產生的非線性誤差，提高了加工精度，并且避免機床旋轉軸的大幅變化，提高加工表面光滑度。
技術領域
本發明涉及數控加工技術領域，具體涉及一種基于刀具姿態控制的五軸數控加工指令點插補方法。
背景技術
五軸數控機床能夠通過刀尖點位置坐標和刀軸矢量的變化達到靈活控制刀具位姿的目的，從而提高加工速度、精度和表面光潔度，在航空、汽車、模具制造等行業得到廣泛應用。指令點插補對加工精度和效率有著直接影響，是五軸數控加工中的關鍵問題。
線性插補是五軸數控系統常用的指令點插補方法，該方法通過對機床各軸首末點位置坐標進行線性分割，實現刀具位姿變化。在實際加工中發現，線性插補方式會導致下述問題產生。首先，五軸數控加工工件幾何造型復雜，采用直線段對復雜曲線離散化，不僅會增加數據傳輸負擔，而且在離散化過程中會產生不必要的誤差。其次，由于刀軸矢量各分量與旋轉軸位置坐標間存在非線性映射，采用線性插補法進行五軸數控加工時，無法控制刀具姿態。最后，線性插補方法無法保證機床各軸速度和加速度的連續性，影響加工表面光滑度。
發明內容
針對現有技術存在的問題，本發明提供一種基于刀具姿態控制的五軸數控加工指令點插補方法，將通過獲取到的離散刀軸矢量和刀尖點擬合得到的連續曲線進行插補，以降低數據傳輸負擔，保證刀具姿態曲線二階連續變化，進而實現機床旋轉軸速度和加速度連續變化。
為了實現上述目的，一種基于刀具姿態控制的五軸數控加工指令點插補方法，包括以下步驟：
步驟1：根據加工需求，使用五軸數控加工程序，根據給定的數控加工程序得到刀尖點位置集合P＝{Pk|Pk＝(Pxk，Pyk，Pzk)且Pxk，Pyk，Pzk∈R，k＝0，...，n}和刀軸矢量集合Q＝{Qk|Qk＝(Qxk，Qyk，Qzk)，|Qk|＝1，k＝0，...，n}；
步驟2：根據讀入的數控加工程序，將離散刀尖點位置集合轉化為參數樣條曲線P(u)；
步驟3：根據讀入的數控加工程序確定待插補曲線起始點P0和終點Pn對應的刀軸矢量Q0和Qn，從而建立局部旋轉坐標系Q0-N-V；
步驟4：根據任意點Pk∈P，確定其對應刀軸矢量Qk在局部旋轉坐標系Q0-N-V中的位置，并根據任意刀軸矢量Qk得到刀軸矢量曲線Q(u)；
步驟5：通過三次-五次樣條曲線擬合得到二階連續的刀具姿態曲線ψk(u)和具體步驟如下：
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