[发明专利]五轴机床实现加工轨迹连续的方法

说明书

技术领域

本发明涉及机加工领域，尤其是一种五轴机床实现加工轨迹连续的方法。

背景技术

五轴数控机床由XYZ三个直线轴和双摆头组成，双摆头包含两个转轴，如图1所示，通常定义为C轴和A轴。五轴机床的加工精度是靠机床本身的形位公差来保证的，凡是要得到高精度的工件，都要求机床有高的制造精度。五轴联动时对XYZ三个直线轴有很高的精度要求，同时要求双摆头自身具有很高的定位精度，以及相对于三个直线轴有很高的安装精度。因此现有的高精度五轴机床具有很高的制造成本，价格昂贵。

五轴机床加工过程中，刀具的方向变化通常的连续的，如图1，当由A点加工到B点时，通过双摆头的转动和直线轴的运动使刀具从了方向D₁变化到方向D_n,这是根据双摆头和三个直线轴的位置关系，利用严格的数学计算方法来得到刀具的位置，刀具方向变化后不需要重新对刀，不需要重新确定刀心位置。但是传统的五轴加工方式对三个直线轴和双摆头都具有很高的精度要求，如果精度达不到要求就会出现加工轨迹不连续的情况，如图2所示，B点离开被加工表面。

发明内容

为了解决传统高精度五轴机床制造成本高，低精度五轴机床刀具方向变化后加工轨迹不连续的问题，本发明提出了一种五轴机床实现加工轨迹连续的方法。

本发明是采用以下的技术方案实现的：一种五轴机床实现加工轨迹连续的方法，包括以下步骤：

（1）首次对刀：使刀具向左运动与X向的左刀具测量装置接触，记录机床的X向坐标为X_L，然后再使刀具向右运动，与右刀具测量装置接触，记录X向坐标为X_R；以同样的方法确定Y轴两端和Z轴下端的坐标；

（2）确定工件的加工基准：使刀具与工件上的点a接触，记录X坐标为X_a,然后从右侧与工件上的b点接触，记录X坐标为X_b,则工件上中间点c的坐标为X_c=（X_a+X_b）/2；X_c与X_R之间的距离为L_x=X_R-X_c，然后，用同样的方法确定c点的Y坐标Y_c；最后将刀具移动至（X_c,Y_c）处，沿Z轴向下运动，当球刀与c点接触时，得到c点的Z坐标Z_c；

（3）数控编程加工：利用数控加工软件对工件进行数控编程时将坐标原点建立在工件的中心位置，即c点，使用G54指令：G54X_c,Y_c,Z_c，机床可自动实现以c点为坐标原点，按数控编程的代码进行数控加工；

（4）根据所加工工件表面的形状对刀并及时调整数控编程指令：当刀具的加工方向发生改变时，使双摆头转动，锁紧并再进行对刀，使刀具与右刀具测量装置接触，记录X轴的坐标为X_R2，此时c点在机床坐标系下的X坐标为X_c2=X_R2-L_x，以同样的方法确定双摆头转动后刀心在机床坐标系下的Y的坐标和Z的坐标，再使用G54指令：G54X_c2,Y_c2,Z_c2，机床在刀具转动后仍然以c点为坐标原点，按数控编程的代码进行数控加工，直至工件加工成型，通过对刀实现刀具转动前后加工轨迹的连续。

本发明中，所述机床上XYZ系统中在X轴正负远端、Y轴正负远端、Z轴平台上设置与机床机械坐标系相关的刀具测量装置。

所述的刀具测量装置可以采用对刀块。

所述的刀具可以采用球刀或锥度球刀。

所述的机床可以采用XYZ轴龙门带有CA和CB的机床、XYZ轴龙门带有AB和BA的机床，立式结构且带有CA和CB的机床或者立式结构且带有AB和BA的机床。

本发明的有益效果是：本方法对双摆头的定位精度没有要求，使用对刀块对刀，使得刀具在转动前后，刀具的刀心在工件上的同一个位置，就可实现转动前后刀具轨迹的连续性，保证加工的光顺性。使用这种方式时，双摆头的作用仅仅是改变刀具的方向，从不同的方向加工同一个工件，而对它的定位精度和安装精度没有要求。

附图说明

图1是现有五轴数控机床的工作状态示意图；

图2是现有五轴数控机床工作结束时的误差状态示意图；