[發明專利]一種五軸數控機床后置處理轉角選解優化方法

有效

• 申請號: 201910083546.0
• 申請日: 2019-01-29
• 公開（公告）號: CN109839892B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 江磊;丁國富;張劍;鄒益勝;唐曉;付建林
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G05B19/18
• 分類號: G05B19/18
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 舒啟龍

1.一種五軸數控機床后置處理轉角選解優化方法，包括以下步驟：

步驟1：轉動軸轉角的理論解計算：

后置處理轉角的理論求解是將刀位文件中的刀軸矢量，根據機床運動結構，采用多體運動學算法得到矢量所對應的轉動軸轉角；

步驟2：轉動軸轉角的有效解計算：

記B軸行程為[β_min，β_max]，C軸行程為[γ_min，γ_max]，在轉換過程中，可能出現以下三種情況：

(1)B軸轉角理論解超過行程極限，B、C轉角均無有效解；

(2)B轉角有一個理論解滿足機床行程，故只有一個有效解，同理，對應的C轉軸可能有一個有效解即為單有效解情況或無有效解；

(3)B轉軸的兩個理論解均滿足行程，故兩個理論解都為有效解，同理對應的C轉軸可能也有兩個有效解即為雙有效解情況，一個有效解即為單有效解情況或無有效解；

步驟3：轉動軸轉角的優化解計算：

轉動軸轉角的優化解是指在數控程序加工過程中，發生轉角突變情況較少的有效解；定義相鄰刀位行所發生的最短距離轉動量大于某預值Δγ的情況視為轉角突變現象

設NC進給程序段的序號為n，以C'BT結構五軸數控機床轉動軸轉角的無有效解、單有效解和雙有效解三種情況分別說明轉動軸轉角優化解的具體計算方法：

(1)當B、C軸出現無有效解情況時，流程直接結束；

(2)當n＝1且B、C軸出現單有效解時，則記為第1列備選解；

(3)當n＝1且B、C軸出現雙有效解時，則分別記為第1、第2列備選解；

(4)當n1且B、C軸出現單或雙有效解情況時，分別計算該行對應的“后計算軸”C軸的有效解與上一行的兩C轉角備選解之間的最短距離旋轉角，選擇旋轉角最小的有效解作為該列在第n行所對應的備選解，并在轉角突變處作出標記；

(5)分別統計第1、2列備選解所出現的轉角突變次數，其突變的次數分別記為t₁和t₂；

(6)重復上述過程，直至全部刀位行的兩列備選解組合完畢；

(7)選擇轉角突變次數較少的那列備選解作為優化解。

2.根據權利要求1所述的五軸數控機床后置處理轉角選解優化方法，其特征在于，所述步驟1轉動軸轉角的理論解計算具體如下：

五軸數控機床的轉軸拓撲結構表達為R'RT和R'R'T，“T”代表刀具，“R”表示轉軸，三者的組合代表轉動傳遞關系，“'”表示工作臺轉動軸；定義靠近刀具的轉動軸為“先計算軸”，遠離刀具的轉動軸為“后計算軸”；

根據五軸數控機床的運動學模型，轉軸角度與刀軸矢量具有以下關系：

式中：i、j、k—刀位文件中的刀軸矢量；β、γ—機床轉動B軸、C軸的轉角；

由式(1)可知，先求解“先計算軸”B軸轉角，并具有兩個理論解：

β＝±arccos k (2)

由式(1)可知當B軸具有兩個理論解時，“后計算軸”C軸也可能的具有兩個理論解：

所述步驟2轉動軸轉角的有效解計算具體如下：

根據以上理論轉角求解公式以及轉動軸的行程極限，須將理論解轉換為有效解，即為滿足機床行程要求的解；記B軸行程為[β_min，β_max]，C軸行程為[γ_min，γ_max]，在轉換過程中，可能出現以下三種情況：

(1)B軸轉角理論解超過行程極限，B、C轉角均無有效解；

(2)B轉角有一個理論解滿足機床行程，故只有一個有效解，同理，對應的C轉軸可能有一個有效解即為單有效解情況或無有效解；

(3)B轉軸的兩個理論解均滿足行程，故兩個理論解都為有效解，同理對應的C轉軸可能也有兩個有效解即為雙有效解情況，一個有效解即為單有效解情況或無有效解；

其它兩種正交結構的五軸數控機床轉動軸轉角有效解的計算過程與之類似；

所述步驟3轉動軸轉角的優化解計算具體如下：

轉動軸轉角的優化解是指在數控程序加工過程中，發生轉角突變情況較少的有效解；定義相鄰刀位行所發生的最短距離轉動量大于某預值(Δγ)的情況視為轉角突變現象；

設NC進給程序段的序號為n，以C'BT結構五軸數控機床轉動軸轉角的無有效解、單有效解和雙有效解三種情況為例，說明轉動軸轉角優化解的具體計算方法；

(1)當B、C軸出現無有效解情況時，流程直接結束；

(2)當n＝1且B、C軸出現單有效解時，則記為第1列備選解；按順序讀取刀位行的刀位點坐標，對應的B軸轉角為β¹₁，C軸轉角為γ¹₁，定義轉角突變次數為t_m(初值為0，m為列數，m＝1,2)；

(3)當n＝1且B、C軸出現雙有效解時，則分別記為第1、第2列備選解；第1列備選解B軸轉角為β¹₁＝arccosk，C軸轉角為γ¹₁；第2列備選解B軸轉角為β²₁＝-arccosk，C軸轉角為γ²₁；

(4)當n1且B、C軸出現單或雙有效解情況時，分別計算該行對應的“后計算軸”C軸的有效解與上一行的兩C轉角備選解之間的最短距離旋轉角，選擇旋轉角最小的有效解作為該列在第n行所對應的備選解，并在轉角突變處作出標記；

1)分別計算該行C軸有效解與上一行備選解的最短距離旋轉角，選擇旋轉量最小的有效解作為該列在本行所對應的備選解，如果其大于Δγ，則t_m＝t_m+1，m＝1,2；

2)判斷該刀位行是否是最后一行；若不是，繼續讀取下一行；若是，跳至(5)；

(5)分別統計第1、2列備選解所出現的轉角突變次數，其突變的次數分別記為t₁和t₂；

(6)重復上述過程，直至全部刀位行的兩列備選解組合完畢；

(7)選擇轉角突變次數較少的那列備選解作為優化解。