[發(fā)明專利]一種基于擺動(dòng)誤差的刀具姿角可行域求解方法

有效

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• 申請日: 2019-04-08
• 公開（公告）號: CN109947049B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬建偉;陳思宇;賈振元;李冠霖;曲梓文;魯曉;司立坤
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: G05B19/408
• 分類號: G05B19/408
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 關(guān)慧貞

本發(fā)明一種基于擺動(dòng)誤差的刀具姿角可行域求解方法屬于多軸數(shù)控機(jī)床高精加工領(lǐng)域，涉及一種基于擺動(dòng)誤差的刀具姿角可行域求解方法。該方法在求解單點(diǎn)無干涉可行域的基礎(chǔ)上，通過分析刀具與工件切觸幾何關(guān)系，根據(jù)旋轉(zhuǎn)軸變化建立相鄰刀位點(diǎn)間實(shí)際切削軌跡方程。計(jì)算實(shí)際切削軌跡偏離插補(bǔ)軌跡的偏差即刀軸擺動(dòng)誤差，建立旋轉(zhuǎn)軸角度變化與刀軸擺動(dòng)誤差的關(guān)聯(lián)關(guān)系，求解相鄰刀位點(diǎn)旋轉(zhuǎn)軸角度變化范圍。利用當(dāng)前刀軌參數(shù)確定的后一刀位點(diǎn)，將其單點(diǎn)無干涉可行刀具姿角范圍與刀軸擺動(dòng)誤差約束下可行刀具姿角范圍進(jìn)行求交，獲得高精加工刀具姿角無干涉可行域。該方法能有效提高加工曲面輪廓精度，適于應(yīng)用到多軸數(shù)控高精加工中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于多軸數(shù)控機(jī)床高精加工領(lǐng)域，涉及一種基于擺動(dòng)誤差的刀具姿角可行域求解方法。

背景技術(shù)

復(fù)雜幾何特征的曲面零件多采用多軸數(shù)控加工的方法，然而，由于旋轉(zhuǎn)自由度的增加，刀具和曲面的碰撞干涉和過切干涉等干涉問題更加復(fù)雜，且對于高精加工來說，在實(shí)際多軸數(shù)控加工時(shí)產(chǎn)生的非線性誤差不可忽略，基于常規(guī)方法求解無干涉可行域規(guī)劃的加工刀矢無法滿足零件加工精度要求。當(dāng)?shù)盾墔?shù)確定時(shí)非線性誤差主要由刀具姿角變化引起的擺動(dòng)誤差決定，在高精加工過程中微米級的擺動(dòng)誤差不可忽略，因此，考慮多軸數(shù)控機(jī)床實(shí)際加工時(shí)產(chǎn)生擺動(dòng)誤差，進(jìn)行刀具姿角可行域求解，根據(jù)該可行域進(jìn)行刀矢規(guī)劃在實(shí)際加工中對保證加工精度具有重要意義。目前，針對零件幾何特征的可行域求解方法已有較多研究，但面向高精加工要求的刀具姿角可行域求解方法鮮有報(bào)道。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)1“Global obstacle avoidance and minimum workpiece setupsin five-axis machining”，Hu等，Computer-Aided Design，2013，45(10):1222-1237，該文獻(xiàn)對五軸加工中的避障問題進(jìn)行了嚴(yán)格的分析，并提出了刀具姿角域的避障數(shù)值計(jì)算方法。然而該方法求解可行域未考慮相鄰刀位點(diǎn)間刀軸矢量變化引起的擺動(dòng)誤差，雖然避免了由零件幾何特征及夾具等引起的干涉問題，但無法保證加工質(zhì)量。文獻(xiàn)2“Singlespherical angle linear interpolation for the control of non-linearity errorsin five-axis flank milling”Zhang等，International Journal of AdvancedManufacturing Technology，2016，87，3289-3299，該文獻(xiàn)通過分析五軸CNC加工的旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)中的刀具路徑插補(bǔ)誤差，在垂直于刀具路徑方向的平面中，通過考慮刀具方向的偏差來構(gòu)造誤差模型，提出了一種插值算法減小非線性誤差的方法，雖然考慮擺動(dòng)誤差的影響，但未考慮零件幾何特征復(fù)雜時(shí)，難以規(guī)劃保證加工無干涉的合適刀矢，難以直接應(yīng)用于多軸數(shù)控高精加工中。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，發(fā)明一種基于擺動(dòng)誤差的刀具姿角可行域求解方法，該方法針對旋轉(zhuǎn)軸角度變化時(shí)刀軸擺動(dòng)產(chǎn)生的微誤差致使零件加工精度難以達(dá)到極端制造需求的問題，通過建立刀具姿角變化與刀軸擺動(dòng)誤差的關(guān)聯(lián)關(guān)系，結(jié)合刀具姿角單點(diǎn)無干涉可行域，開發(fā)出刀軸擺動(dòng)誤差抑制的相鄰刀位點(diǎn)旋轉(zhuǎn)軸角度變化范圍求解方法，獲得高精加工刀具姿角無干涉可行域，該方法可更有效的應(yīng)用于多軸數(shù)控高精加工中。

本發(fā)明的技術(shù)方案是一種基于擺動(dòng)誤差的刀具姿角無干涉可行域求解方法，其特性在于，該方法在求解單點(diǎn)無干涉可行域的基礎(chǔ)上，通過分析刀具與工件切觸幾何關(guān)系，根據(jù)旋轉(zhuǎn)軸變化建立相鄰刀位點(diǎn)間實(shí)際切削軌跡方程；計(jì)算實(shí)際切削軌跡偏離插補(bǔ)軌跡的偏差即刀軸擺動(dòng)誤差，建立旋轉(zhuǎn)軸角度變化與刀軸擺動(dòng)誤差的關(guān)聯(lián)關(guān)系，求解相鄰刀位點(diǎn)旋轉(zhuǎn)軸角度變化范圍；利用當(dāng)前刀軌參數(shù)確定的后一刀位點(diǎn)，將其單點(diǎn)無干涉可行刀具姿角范圍與刀軸擺動(dòng)誤差約束下，可行刀具姿角范圍進(jìn)行求交，確定高精加工無干涉刀具姿角可行域；方法的具體過程如下：

第一步建立單點(diǎn)無干涉可行域