[發明專利]一種基于高壓水射流的橢圓型封頭打孔與剖口方法

有效

• 申請號: 202011353924.1
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112506132B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 萬振剛;戴欣童
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: G05B19/404
• 分類號: G05B19/404
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種基于高壓水射流的橢圓型封頭打孔與剖口方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)在五軸刀頭安裝高度感測裝置；

(2)根據橢圓封頭方程將孔與剖口平面軌跡貼合至封頭表面形成曲面軌跡；

(3)根據橢圓封頭指定厚度層的曲面軌跡與內側曲面軌跡聯立表面曲面軌跡得到插補點的空間姿態并轉換為AC旋轉軸角度；

(4)沿空間姿態方向抬高軌跡并啟用高度檢測裝置調整刀頭與橢圓封頭凹凸不平的表面之間的間距，將誤差反饋回數控系統，其中，所述誤差為數控機床將封頭表面每個插補點處的凹凸高度與設置的安全高度之間的差值；

(5)根據反饋誤差修改路徑并添加補償。

2.如權利 要求1所述的基于高壓水射流的橢圓型封頭打孔與剖口方法，其特征在于，步驟(2)中得到將孔與剖口平面軌跡貼合至封頭表面形成曲面軌跡為：將封頭底部中心置為(0，0，0)，假設待切割孔與剖口的圓心O為(x，y，z)、孔的半徑為R，剖口的半徑為l以及剖口的厚度為d，將圓心與封頭底部中心的連線在XY平面的投影旋轉至X軸，旋轉后的圓心O₁坐標為即旋轉后圓在X軸上的一點為將此點以旋轉后的圓心為圓心，以Z軸方向為法向量旋轉360°，插補得到n個點，且n越大，圖形越精確，然后，計算得到的每個點在X軸上的分量：

其中，Vn為插補點的坐標，θ的范圍為0～360°；

并將之代入封頭的橢圓標準方程即可得到每個點在Z軸上的分量；最后將每個點在X軸上的分量和在Y軸上的分量沿著Z軸旋轉a°，a為初始圓心與旋轉后圓心之間的夾角，即可得到待切割孔與剖口在封頭表面曲面路徑；同理可得到待切割孔在剖口內側的曲面軌跡與剖口在封頭指定厚度層的曲面軌跡。

3.如權利 要求1所述的基于高壓水射流的橢圓型封頭打孔與剖口方法，其特征在于，步驟(3)中插補點的空間姿態的方法為：根據橢圓封頭指定厚度層的曲面軌跡，上下層軌跡對應位置相減即可得到刀頭的空間矢量：

T＝(x1-x，y1-y，z1-z)

其中x1、y1、z1為上層對應插補點，x、y、z為下層對應插補點；

轉換即可得到對應點處A軸與C軸的旋轉角度，具體方法如下：首先求出表面一個插補點和內部或內側對應插補點的連線在XY平面投影的長度為L，將兩個點的高度差比上L并進行反正弦，得到刀身與XY面的夾角，再根據AC型刀頭的數學模型將其轉換為A軸的旋轉角度；

推導得到的刀身與XY面夾角ang與A軸旋轉角度的關系為：

最后根據AC型刀頭的數學模型將A軸旋轉角度與刀尖軌跡聯立得到C軸旋轉角度，將每對插補點與AC軸的旋轉角度相對應即可得到理論的切割軌跡。

4.如權利 要求1所述的基于高壓水射流的橢圓型封頭打孔與剖口方法，特征在于，步驟(4)具體包括：先在原始切割路徑的X、Y、Z方向上分別增加tx*k/tz、ty*k/tz、k，其中k為設置的安全高度；然后數控機床沿著抬高后的切割路徑進行空走，設置刀尖與封頭之間的安全高度h，根據高度檢測器的反饋，當刀尖點距離插補點所在面的水平距離小于h時，刀尖沿著刀身空間姿態方向上升，反之下降，并將誤差δ反饋回數控系統；

若理論切割點為P1(x，y，z，c，a)，安全高度為z1，且z1z，p1點處的空間姿態為：T＝(tx，ty，tz)，則修改后的切割點坐標P2與P1的誤差p＝(tx*(z1-z)/tz，ty*(z1-z)/tz，z1-z，0，0)。

5.如權利 要求1所述的基于高壓水射流的橢圓型封頭打孔與剖口方法，特征在于，步驟(5)根據反饋誤差修改路徑并添加補償的方法為：根據反饋誤差δ，在封頭表面的曲面路徑每個插補點的X、Y、Z方向上分別增加tx*δ/tz、ty*δ/tz、δ；AC軸未發生變化，故無需處理，故將反饋校正后的切割路徑加上原來對應A軸、C軸的旋轉角度即可得到最終的切割路徑，并根據水線的寬度，加上對應補償，保持切割大小不變；校正后的坐標P2(x1，y1，z1，c1，a1)＝P1(x，y，z，c，a)+p(tx*(z1-z)/tz，ty*(z1-z)/tz，z1-z，0，0)；根據水線寬度添加補償，補償后的坐標P3＝P2(x1，y1，z1，c1，a1)+k*(tx，ty，tz，0，0)，其中tx、ty、tz為對應點處的刀尖空間矢量。