[发明专利]一种刀尖运动轨迹控制算法

说明书

本发明公开了一种刀尖运动轨迹控制算法，该算法首先分析机床的结构，再根据机床的结构建立机床坐标系统，然后依次构建各个坐标系间的相对位置关系、机床运动传递链和机床加工运动学方程，其次再对机床加工运动学方程进行求解，最后将求解后得到的算法写入CAM后置处理器，输入工件的刀位数据信息，经过CAM后置处理器处理后，生成加工刀具长度实时变化的数控NC程序。本发明解决了刀具中心点到刀轴旋转轴的距离实时变化问题。

技术领域

本发明属于机械加工制造技术领域，具体涉及一种精密机床的刀尖运动轨迹控制算法。

背景技术

随着航空航天、国防工业、微电子工业、现代医学以及生物工程技术的发展,对精密三维微小型复杂回转体异构件的加工精度越来越高，这类零件尺寸小，结构复杂，通常要求一次装夹完成，亚微米级精度加工，因此研发了具有宏微结合的超精密微小型车铣磨复合加工机床，微动精密十字滑台重复定位精度为50nm，可实现五轴联动数控加工，具有车、铣、车铣、磨、车磨、抛、钻、镗等多功能复合加工，大大提高了加工精度和加工效率，有效保证了三维小型复杂异构件的高精度多工艺复合加工要求。

超精密车铣复合加工机床布采用空间几何误差最小的布局结构XYCTZB型结构，该机床设计X、Y、Z三个亚微米级精度的宏动轴和U、W两个纳米级精度的微动十字直线轴，转台B轴和车削C轴，形成了五个直线轴和两个旋转轴的复合加工五轴联动功能。该机床的精密微动十字直线轴U、W安装在转台B轴上，刀具刀座安装在精密微动十字直线滑台上，通过宏动轴的大行程运动结合微动十字直线轴的高精度补偿，可完成纳米级精度进给和加工，极大提高了超精密车铣复合加工机床的精度和性能。

从机床布局上来看，超精密车铣复合加工机床和传统的五轴联动数控机床区别主要表现在：

传统的五轴联动机床机构有A-C双转台、A转台-B摆头、AC双摆头三种类型，无论哪一种类型，其刀具中心点到刀具旋转中心距离(即刀具加工长度)均为固定值。由于超精密车铣复合加工机床的微动十字直线轴安装在B轴旋转台上，这类安装在转台上的直线轴均有一个共同的缺点，机床在五轴联动加工工件时，刀具中心点到刀具旋转中心(即B轴回转中心)的长度实时变化，导致原有CAM软件生成的数控程序无法使用，因此有必要推导一种新的刀尖运动轨迹控制算法，

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种刀尖运动轨迹控制算法，能够将刀具刀位文件转换成正确的数控NC程序，完成三维复杂异构件的高精度加工。

一种刀尖运动轨迹控制算法，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；

步骤二：建立机床坐标系和各轴坐标系；

步骤三：构建各个坐标系间的相对位置关系；

步骤四：构建机床运动传递链；

步骤五：构建机床加工运动学方程

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。

进一步地，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，刀具刀座安装在精密微动十字直线平台上，刀座随微动精密十字直线轴的平移而移动，刀座随着B轴旋转而转动。