[发明专利]一种刀尖运动轨迹控制算法

权利要求书

1.一种刀尖运动轨迹控制算法，其特征在于，该算法实现的步骤如下：

步骤一：分析机床的直线轴和旋转轴；当机床为七轴五联动车铣复合加工机床时，五个直线轴分别是X轴、Y轴、Z轴和微动精密十字直线平台上的U轴和W轴，初始位置下，U轴、W轴分别和X轴、Z轴平行；同时该机床还具备C轴和B轴两个旋转轴，微动精密十字直线平台安装在B轴回转台上，刀具刀座安装在微动精密十字直线平台上，刀座随微动精密十字直线平台的平移而移动，刀座随着B轴旋转而转动；

步骤二：建立机床坐标系和各轴坐标系；OXYT为机床坐标系、O_TX_TY_TT_T为刀具坐标系、O_SWX_SWY_SWT_SW为微动精密十字直线平台W轴坐标系、O_SUX_SUY_SUT_SU为微动精密十字直线平台U轴坐标系、O_BX_BY_BT_B为B轴回转台坐标系、O_ZX_ZY_ZT_Z为Z轴坐标系、O_XX_XY_XT_X为X轴坐标系、O_YX_YY_YT_Y为Y轴坐标系、O_CX_CY_CT_C为C轴坐标系、O_WX_WY_WT_W为工件坐标系；机床初始状态下，工件坐标系方向、刀具坐标系方向和机床坐标系方向一致，刀具轴线和工件轴线平行于Z轴，B轴回转台的轴线过微动精密十字直线平台坐标系原点，其中微动精密十字直线平台坐标系原点为W轴坐标系和U轴坐标系的交点；

步骤三：构建各个坐标系间的相对位置关系；采用齐次坐标构建车铣复合加工机床各坐标轴之间的位姿关系，工件坐标系中，刀具刀轴位置矢量为(p_x,p_y,p_z)，刀具刀轴方向矢量为(n_x,n_y,n_z)；在刀具坐标系中，刀具刀轴位置矢量为(p_tx,p_ty,p_tz)，刀具刀轴初始方向矢量为(I_x,I_y,I_z)；C轴坐标值原点在工件坐标系中的坐标值为(r_x,r_y,r_z)，机床坐标系原点在C轴坐标系的坐标值为(w_x,w_y,w_z)；机床坐标系原点在B轴坐标系下的坐标值为(t_x,t_y,t_z)，B轴坐标系原点在微动精密十字直线平台坐标系中的坐标值(u_x,u_y,u_z)，微动精密十字直线平台坐标系原点在刀具坐标系中的坐标值为(l_x,l_y,l_z)；

步骤四：构建机床运动传递链；通过机床坐标系构建车铣复合加工机床的运动传递链，机床传递链从刀具出发，具体为刀具—微动精密十字直线平台W轴—微动精密十字直线平台U轴—B轴回转台—Z轴工作台—机床原点—X轴工作台—Y轴工作台—C轴回转工作台—工件；基于传递变换矩阵建立起刀具、工件和各个运动轴间的传递变换关系，并由传递矩阵关系式(1)表示：

步骤五：构建机床加工运动学方程；基于车铣复合加工机床运动传递链和传递变换矩阵，构建车铣复合加工机床运动学方程式(2)和式(3)，其中式(2)为刀具中心点位置在刀具坐标系、工件坐标系中的数值关系，式(3)为刀具中心点方向矢量在刀具坐标系、工件坐标系中的数值关系；

设在刀具坐标系中，刀具中心点初始位置和方向矢量为式(4)；

将式(4)代入到式(2)和式(3)中，整理得：

步骤六：对机床加工运动学方程进行求解；

步骤七：将求解后得到的算法写入CAM后置处理器。