[發明專利]一種五軸加工中球形刀刀軸矢量規劃方法

有效

• 申請號: 201910302500.3
• 申請日: 2019-04-16
• 公開（公告）號: CN110032140B
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 洪榮晶;洪欣宇;林曉川
• 申請（專利權）人: 南京工業大學;南京工大數控科技有限公司
• 主分類號: G05B19/19
• 分類號: G05B19/19
• 代理公司: 北京卓嵐智財知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11624
• 代理人: 郭智

1.一種五軸加工中球形刀刀軸矢量規劃方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)將復雜曲面整體分割成三角網格，三角網格化的弦高誤差δ和角度誤差β由該復雜曲面的加工精度決定，設定0.02mm≤δ≤0.04mm，0.5°≤β≤2.5°，確定每一個三角網格T_j的三個頂點A_j、B_j、C_j的位置坐標，及三條邊A_jB_j、B_jC_j、A_jC_j所代表的線性方程；

(2)采用等距螺旋線的走刀方式確定所有刀觸點的空間坐標P_i(x_i,y_i,z_i)，其中x_i、y_i、z_i為坐標P_i在X、Y、Z軸上的坐標，相鄰刀觸點P_i之間距離由球形刀刀具半徑和加工精度確定；

(3)通過計算刀觸點P_i與三角網格三個頂點A_j、B_j、C_j間向量的叉積，來確定刀觸點P_i所屬的三角形網格坐標及其在該三角形網格中的位置，并根據P_i在三角形中位置分為三類：第一類：刀觸點P_i在三角網格內；第二類：刀觸點P_i在三角網格頂點上；第三類：刀觸點P_i在三角網格邊上；

(4)根據刀觸點P_i所屬分類計算該點法向矢量，第二類、第三類情況需考慮到刀觸點P_i周圍三角網格法向矢量對其影響，引入形狀權重因子進行補償，精確得出每個刀觸點P_i在復雜曲面中的法向矢量n_i(n_xi,n_yi,n_zi)，其中n_xi、n_yi、n_zi為法向矢量n_i在X、Y、Z軸上的坐標；

(5)將刀觸點P_i的法向矢量n_i繞空間中某一單位向量F_i(a_i,b_i,c_i)，其中a_i、b_i、c_i為單位向量F_i在X、Y、Z軸上的坐標，進行羅德里格旋轉角度后得到適用于球形刀加工的刀軸矢量N_ki(N_xi,N_yi,N_zi),其中N_xi、N_yi、N_zi為刀軸矢量N_ki在X、Y、Z軸上的坐標；

(6)確定五軸機床各運動軸之間的耦合關系和運動傳遞鏈，建立機床運動學模型，并根據工件坐標系和機床坐標系之間的轉換，確定相鄰刀軸矢量N_ki、N_ki+1之間由加工運動所產生的最大非線性誤差角α_i，及α_i與相鄰刀軸矢量N_ki、N_ki+1間夾角θ_i關系；N_ki至N_ki+1過程中非線性誤差角α_i表示如下：

其中，N_kp為N_ki至N_ki+1過程中某一位置理論刀軸矢量，N_kp’為該刀矢在實際加工中機床坐標系的表達，θ_i為相鄰刀軸矢量N_ki和N_ki+1之間夾角，tθ_i為刀軸矢量N_kp與N_ki的夾角，t∈[0,1]；

(7)利用四元數球面線性插補法縮小相鄰刀軸矢量間夾角θ_i，從而控制非線性誤差角α_i，并確保該復雜曲面的加工精度；四元數球面線性插補法確定N_ki和N_ki+1間新刀位點的刀軸矢量N_ki+t：

其中t_i為相鄰刀軸矢量N_ki和N_ki+1間非線性誤差角α_i最大位置處的t值，即t＝t_i；

(8)將所有滿足加工精度要求的刀觸點P和刀軸矢量N_k轉換為五軸機床加工的各軸代碼{X,Y,Z,A,C}。