專利名稱：五軸聯(lián)動(dòng)刀軸矢量平面插補(bǔ)算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利屬于數(shù)控加工制造技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種用于五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床在圓周銑削時(shí)的刀軸矢量插補(bǔ)算法。
背景技術(shù)：
在五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床加工自由曲面過程中，數(shù)控加工路徑是通過對(duì)刀尖點(diǎn)及其刀軸矢量的連續(xù)運(yùn)動(dòng)控制來(lái)完成。理想的情況是保持刀尖點(diǎn)沿曲面上的曲線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)控制刀軸矢量根據(jù)曲面的形狀擺動(dòng)，以保持刀具在最佳的切削位置。但由于刀軸矢量的擺動(dòng)，造成刀尖點(diǎn)偏移，進(jìn)而引起加工誤差?，F(xiàn)有的大部分五軸機(jī)床都是采用CAM編程和后處理的方法來(lái)解決這一問題，即在程序段中，刀尖點(diǎn)和刀軸矢量都采用線性插補(bǔ)的方法。這在刀軸矢量擺動(dòng)較小的情況下能有效地減少加工誤差，但在加工圓周銑削傾斜面時(shí)，特別是空間平面有刀軸變化的加工中，如果還是以線性插補(bǔ)的方式對(duì)旋轉(zhuǎn)軸角度進(jìn)行插補(bǔ)，將出現(xiàn)過切現(xiàn)象，即實(shí)際成形面與腔體上表面的交線為一曲線，而不是理論上的空間直線(如圖I所示)。其原因在于當(dāng)圓周銑削如圖I所示的腔體內(nèi)側(cè)面時(shí)，待加工面是一個(gè)傾斜平面，刀尖點(diǎn)軌跡為一直線，按旋轉(zhuǎn)軸角度線性插補(bǔ)方式進(jìn)行銑削時(shí)，刀軸掃過的是一個(gè)曲面 (如圖2(a)所示)。由旋轉(zhuǎn)軸角度線性插補(bǔ)算法可知，當(dāng)圓周銑削傾斜側(cè)面時(shí)，刀軸實(shí)際位置偏離了加工平面一個(gè)角度(如圖2(b)所示)，而且銑削所產(chǎn)生的非線性誤差將隨著刀具切削深度的增加而增加，即距離刀尖點(diǎn)越遠(yuǎn)，產(chǎn)生的過切/欠切越嚴(yán)重，最大非線性誤差出現(xiàn)在腔體上表面。從上可以看出，加工圓周銑削傾斜面時(shí)產(chǎn)生非線性誤差的原因在于在加工過程中，刀軸實(shí)際位置產(chǎn)生了變化。因此，本發(fā)明針對(duì)這種情況提出一種五軸聯(lián)動(dòng)刀軸矢量平面插補(bǔ)算法。

發(fā)明內(nèi)容
為了避免五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床在進(jìn)行圓周銑削傾斜面時(shí)產(chǎn)生非線性誤差，本發(fā)明專利提出一種刀軸矢量平面插補(bǔ)算法，該算法不僅能有效減少因旋轉(zhuǎn)軸角度線性插補(bǔ)形成的非線性誤差，還有助于提高端銑加工精度，減少刀具的非正常磨損。本發(fā)明專利的基本思想為使刀軸在運(yùn)行過程中始終保持在一個(gè)平面中。以該平面作為新的坐標(biāo)平面，刀軸矢量平面插補(bǔ)算法就是在這個(gè)新坐標(biāo)平面內(nèi)進(jìn)行平面圓弧插補(bǔ)和刀軸矢量坐標(biāo)變換，得到原坐標(biāo)系下的刀軸矢量。再結(jié)合旋轉(zhuǎn)刀具中心點(diǎn)補(bǔ)償(RTCP)對(duì)刀尖點(diǎn)進(jìn)行控制，能有效控制刀尖點(diǎn)沿著加工路徑運(yùn)動(dòng)。具體步驟如下步驟(一)建立新的坐標(biāo)系設(shè)工件坐標(biāo)系(編程坐標(biāo)系)為OwXYZ,刀軸矢量為g(c .，cy,cj，將刀軸矢量移動(dòng)到工件坐標(biāo)系原點(diǎn)成為固定向量，以初始刀軸矢量5為X’軸，初始刀軸矢量和結(jié)束刀軸矢量的向量積云為V軸，然后以右手定則確定Y’軸，建立新坐標(biāo)系0NX’ Y’ V (如圖3)。根據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式，新舊坐標(biāo)系間的存在如下關(guān)系
權(quán)利要求
1.一種用于控制五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的刀軸矢量保持在一個(gè)平面內(nèi)的插補(bǔ)算法，其特征在于數(shù)控機(jī)床進(jìn)行圓周銑削傾斜面時(shí)，控制刀軸矢量始終在這個(gè)傾斜面中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的五軸聯(lián)動(dòng)刀軸矢量平面插補(bǔ)算法，其特征在于消除因傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)軸線性插補(bǔ)造成的刀軸矢量偏離加工平面而產(chǎn)生的非線性誤差。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的五軸聯(lián)動(dòng)刀軸矢量平面插補(bǔ)算法，其特征在于以下步驟(1).基于初始刀軸矢量和結(jié)束刀軸矢量建立新的坐標(biāo)系；(2).在新坐標(biāo)系中對(duì)刀軸矢量進(jìn)行平面內(nèi)圓弧插補(bǔ)；(3).將插補(bǔ)得到的新刀軸矢量通過坐標(biāo)變換，得到在工件坐標(biāo)系下的刀軸矢量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的五軸聯(lián)動(dòng)刀軸矢量平面插補(bǔ)算法，其特征在于步驟(2)中的平面內(nèi)圓弧插補(bǔ)方法。具體步驟如下(1).計(jì)算在新的坐標(biāo)系中的初始刀軸矢量和終點(diǎn)刀軸矢量間的夾角a,(OS α < ji)。當(dāng)α = O時(shí)，保持原有刀軸矢量不變；當(dāng)α > Ji時(shí)，刀具將脫離待加工面，不屬于圓周銑削范疇；當(dāng)a < Ji時(shí)，初始刀軸矢量和結(jié)束刀軸矢量所構(gòu)成的扇面即為新的刀軸矢量平面。(2).對(duì)新刀軸矢量平面內(nèi)的刀軸矢量(簡(jiǎn)稱新刀軸矢量)進(jìn)行線性插補(bǔ)，計(jì)算新刀軸矢量與初始刀軸矢量的夾角α，(η為加工路徑插補(bǔ)的段數(shù))。(3).根據(jù)下式即可完成對(duì)新刀軸矢量ζ；的平面內(nèi)圓弧插補(bǔ)。
全文摘要
本發(fā)明屬于數(shù)控加工制造技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種用于五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行圓周銑削時(shí)的刀軸插補(bǔ)算法，該算法能有效控制刀軸矢量在傾斜平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，消除了傳統(tǒng)的因采用旋轉(zhuǎn)軸角度線性插補(bǔ)而造成的非線性誤差。算法首先根據(jù)矢量的定義和性質(zhì)，構(gòu)建新的坐標(biāo)系；然后在新坐標(biāo)系下，進(jìn)行平面內(nèi)圓弧插補(bǔ)，得到新的刀軸矢量；最后將這個(gè)新的刀軸矢量轉(zhuǎn)換為機(jī)床坐標(biāo)系下的刀軸矢量。通過該算法，結(jié)合旋轉(zhuǎn)刀具中心點(diǎn)補(bǔ)償(RTCP)，能在控制刀尖點(diǎn)沿著編程軌跡運(yùn)動(dòng)的同時(shí)保持刀軸矢量始終在一平面內(nèi)。該算法是為了消除圓周銑削傾斜面加工中的非線性誤差而提出的，也可以應(yīng)用在自由曲面的圓周銑削中。除此之外，該算法有助于優(yōu)化端銑加工一方面可以防止刀尖點(diǎn)的波動(dòng)，提高加工精度；另一方面可以保證刀具不會(huì)偏離其有效切削刃，減少刀具的非正常磨損，進(jìn)而改善工件的表面質(zhì)量。
文檔編號(hào)G05B19/19GK102608951SQ201110027530
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2011年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月25日
發(fā)明者朱志浩, 樊留群, 虞敏, 齊黨進(jìn) 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)機(jī)床(集團(tuán))設(shè)計(jì)研究院有限公司上海分公司