[发明专利]一种用于电火花加工的六轴联动插补方法

说明书

技术领域

本发明涉及数控系统中的运动控制技术领域，尤其涉及一种用于电火花加工的包含三个直线轴和三个旋转轴的六轴联动插补方法。

背景技术

闭式叶盘类零件是航空、航天发动机中的关键部分，其半封闭、弯扭的流道结构的加工对刀具的空间可达性提出了极高的要求。针对该类零件的一种有效加工方法是多轴联动电火花加工，其原理是：对充满叶盘流道的工具电极原型进行尺寸缩减，使得工具电极可以沿着一条复杂的空间曲线无干涉地进入流道位置，再由工具电极的形状拷贝出叶片型面的形状。为了实现沿给定空间曲线进给路径的加工，需要由数控系统中的插补器将曲线离散成一系列的中间点（即插补点），由全体运动轴按照插补点顺序完成运动。要保证工具电极能沿复杂的空间曲线无干涉地进入流道位置、且能满足电火花加工的频繁小幅往复的伺服进给要求，就要求插补器能够执行精确平顺的正反向插补。

申请号为201110008305.3，名称为《基于ARM9嵌入式系统及CPLD的六轴联动控制的方法》的专利介绍了一种类似于数字积分法的六轴联动插补法，为六轴分别设置积分累加器，每个插补周期内各轴积分累加器中的值按固定比例增长，若有累加器溢出则相应轴移动一个脉冲当量。申请号为201010022856.0，名称为《数控系统中基于旋转半径固定的多轴插补方法》的专利将旋转轴坐标乘上一个固定的半径系数化为直线轴，将运动轨迹统一视为六维空间中的直线，再以数据采样法进行插补。以上各方法的局限性在于仅能针对各轴运动互为线性对应关系的数控代码进行插补，不具备对曲线轨迹的直接插补功能；若将其用于一般曲线轨迹，则需要CAM系统预先将曲线离散化成一系列的小直线段，从而引入新的逼近误差，在直线段衔接处由于速度的不连续将导致运动的冲击，且当曲线轨迹越长、曲率越大、逼近精度要求越高时，需要生成的小直线段越多，占用的存储空间越庞大。申请号为200610078188.7，名称为《曲线插补方法》的专利将数控代码给出的线性轨迹重新拟合成两条分别针对直线轴和旋转轴的曲线，导致引入了新的拟合误差。申请号为201110027578.2，名称为《具有刀具长度补偿功能的五轴样条插补器》的专利针对刀心点与刀轴方位矢量相结合的双NURBS曲线描述的五轴联动轨迹进行插补，属于实时数据采样法，沿曲线每隔一段距离所进行的采样相当于粗插补（与前文所述采用CAM系统预先将曲线离散化成一系列的小直线段的方法类似），在采样点之间的连线上运动相当于对小直线段的精插补，仍难以避免在粗插补时引入较大的弓高误差；此外，其每个插补周期内的参数增量是以刀心点在该周期内的运动轨迹曲线的弧长为参考进行计算的，只考虑了刀心点曲线的弓高误差，当每插补周期内刀轴方位矢量曲线的弧长与刀心点曲线的弧长相比越大时，刀轴方位矢量曲线的弓高误差也越大。

申请号为201210328234.X，名称为《单位弧长增量插补法》的专利中给出了不含旋转运动轴的轨迹插补方案，适用于一条或多条平面参数曲线的同步插补（例如线切割上下异形面的插补）。而针对闭式叶盘的六轴联动数控电火花加工机床包括三个直线运动轴和三个旋转运动轴，如何通过直接插补来产生适当的进给脉冲序列以协调六个轴的运动，使得工具电极相对于工件的空间曲线运动轨迹与姿态尽可能精确与平顺，是决定工件形状和尺寸精度的关键。此外，要在减小插补误差的同时避免存储空间的大量消耗，就要避免将曲线粗插补成一系列小直线段、再对小直线段的精插补的过程，而应直接对曲线进行精插补。电火花加工根据极间放电状态来反复调整工具电极和工件之间的间隙，需要插补算法可以精确地执行频繁的正反向插补，而以往的插补方法大多只针对单向进给的切削加工而设计。综上所述，以往的方法尚难以满足对空间曲线的高精度正反双向的六轴联动同步直接插补的目标。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种用于电火花加工的六轴联动插补方法，扩大可插补空间曲线类型的范围、提高六轴联动数控电火花加工机床的加工精度以及运动的平顺性，实现对成形电极沿三个直线运动轴和三个旋转运动轴所合成的六自由度空间曲线运动的位置与姿态角的直接插补。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种用于电火花加工的六轴联动插补方法，改进单位弧长增量插补法，扩大可插补空间曲线类型的范围，提高六轴联动数控电火花加工机床的加工精度以及运动的平顺性，实现对成形电极沿三个直线运动轴和三个旋转运动轴所合成的六自由度空间曲线运动的位置与姿态角的直接插补。

设数控代码指令给出一条加工运动轨迹的参数曲线：