[发明专利]一种基于五轴机床在线测量的法向圆孔数控加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种法向圆孔的数控加工方法，尤其涉及一种基于五轴机床在线检测技术的法向圆孔数控加工方法，属于五轴数控加工技术领域。

背景技术

五轴机床可以实现刀轴朝向任意姿态，是目前法向圆孔加工的最主要途径。但这种加工方式的最大缺点在于：工件的变形或者加工误差会导致法向圆孔的轴线方向和中心位置偏离理论位置，若不能精确获取实际的圆孔轴线方向和中心位置，则不能实现其精加工。

目前，针对此类法向圆孔的加工方法主要有：1)通过制作圆孔加工模具进行手工配加工。该方法简便易行，但是手工操作精度没有保障，质量一致性很差；2)手动调节机床摆头或者转台，盘表精确找正之后使用机床加工。该方法最大的问题在于找正难度较大，需要人工调节主轴的位置和角度，费时费力。

发明内容

本发明的目的：克服现有技术的不足，提供一种基于五轴机床在线测量的法向圆孔数控加工方法，利用五轴机床在线测量系统精确测量出法向圆孔的方向矢量和中心点坐标，并将其作为数值输入到开发的数据处理软件中，通过计算机床旋转轴的轴旋转角和加工坐标系旋转角，最终直接生成法向圆孔的数控加工程序，实现法向圆孔的便捷、精密的数控加工。

本发明采用的技术方案：

一种基于五轴机床在线测量的法向圆孔数控加工方法，包括以下步骤：

(1)装夹工件并找正，按照法向圆孔在工件上的理论中心位置和方向，粗加工外层材料圆孔，径向留精加工余量；

(2)测量基准孔的方向矢量坐标[i,j,k]以及基准孔的中心点坐标[x,y,z]；

(3)根据矢量坐标[i,j,k]、中心点坐标[x,y,z]、待加工的法向圆孔直径、刀具直径、进给速度、切削深度以及主轴转速，通过数据处理模块进行处理，生成法向圆孔的数控加工程序；

(4)将所述数控加工程序传输至机床数控系统并运行，实现法向圆孔的加工。

所述工件包括两部分，内层为金属层，金属层外部为复合材料层。

所述步骤(2)测量基准孔的方向矢量坐标[i,j,k]以及基准孔的中心点坐标[x,y,z]，通过五轴机床的在线测量系统测得；

所述的基准孔是指：在金属层上且与待加工孔同轴的圆孔；用于找正待加工孔。

所述的坐标[i,j,k]和[x,y,z]均是在机床坐标系中的绝对坐标，初始状态的加工坐标系O_mX_mY_mZ_m与机床坐标系重合。

所述方向矢量是指基准孔底面的法矢量或者基准孔中心轴线的方向矢量。

所述的中心点是指基准孔中心轴线上的一点。

所述步骤(3)通过数据处理模块进行处理，生成法向圆孔的数控加工程序，具体为：

(a)：根据测量得到的矢量坐标[i,j,k]，计算机床的轴旋转角度；

(b)：根据测量得到的矢量坐标[i,j,k]，计算加工坐标系O_mX_mY_mZ_m旋转至与法向圆孔的局部坐标系O_wX_wY_wZ_w平行时的坐标系旋转角；

(c)：根据中心点坐标[x,y,z]、轴旋转角度和坐标系旋转角度，结合数控系统的坐标系变换指令，生成数控加工程序头；其中，坐标系变换指令是指数控系统内集成的坐标系平移和坐标系旋转指令；

(d)：根据法向圆孔直径、刀具直径、进给速度、切削深度以及主轴转速生成基于法向圆孔的局部坐标系O_wX_wY_wZ_w下的数控加工程序主体；程序主体是基于X_wY_w平面内的走圆形程序，且圆心位于局部坐标系原点O_w处；

(e)：根据数控加工程序头以及数控加工程序主体，生成机床可识别的数控程序文件并输出。

所述步骤(a)根据测量得到的矢量坐标[i,j,k]，计算机床的轴旋转角度，具体为包含三种情况：

当五轴机床旋转轴为B-C轴时，所计算的旋转角度为B、C角：

计算方向矢量的模长l：

计算B轴旋转角：

计算C轴旋转角：

其中，B、C角的单位为度，其符号符合右手定则；