[发明专利]一种基于运动学的五轴数控加工刀具姿态规划方法

说明书

本发明公开了一种基于运动学的五轴数控加工刀具姿态规划方法，将刀轴矢量定义为刀具轴线方向在工件坐标系下的矢量描述，采用同一刀路上刀位点P_L,i处刀轴矢量v_i与其相邻的刀位点P_L,i‑1和P_L,i+1处刀轴矢量v_i‑1和v_i+1的变化作为矢量描述的度量，具体采用相邻刀轴矢量之间夹角的平方之和然后开方作为度量指标，基于通用结构机床运动学模型和刀轴矢量光顺度量指标，即可建立考虑运动学空间映射的刀轴矢量整体光顺模型，完成刀具姿态规划，本发明大大提高多轴数控机床加工的精度和加工效率，减少刀具和工件之间的干扰，防止事故发生。

技术领域

本发明属于机床加工领域，涉及一种刀具姿态规划方法，具体涉及一种基于运动学的五轴数控加工刀具姿态规划方法。

背景技术

五轴加工引入的两个旋转轴使得避免干涉、获得更好的表面质量和更高的加工效率成为可能。基于可行空间的规划可避免刀具与工件等的各种干涉碰撞，基于刀具偏离量子空间的规划可提高加工精度等。然而，旋转轴可实现更多的姿态也对刀具路径规划提出更高要求，单个刀位处的刀轴矢量规划可以追求尽可能高的加工效率或精度，而实际生产中，零件表面上离散出大量的网格刀位点，面临的新问题是在刀轴矢量规划时需要考虑相邻刀位点处的刀轴矢量之间的变化关系。刀轴矢量光顺性就是这样一个对工件表面质量、加工效率和加工过程稳定性有重要影响的规划要求。它反映的是整个加工表面上所有相邻刀位点处刀轴矢量的变化情况，因此对刀轴矢量光顺性进行度量建模即可完成对数控加工刀具姿态规划，然而现有技术中还缺乏相关成熟的技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于运动学的五轴数控加工刀具姿态规划方法，解决现有技术中多轴机床工具姿态规划精度不高，控制困难的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于运动学的五轴数控加工刀具姿态规划方法，其特征在于：将刀轴矢量定义为刀具轴线方向在工件坐标系下的矢量描述，采用同一刀路上刀位点P_L,i处刀轴矢量v_i与其相邻的刀位点P_L,i-1和P_L,i+1处刀轴矢量v_i-1和v_i+1的变化作为矢量描述的度量，具体采用相邻刀轴矢量之间夹角的平方之和然后开方作为度量指标上述度量指标Δv₁也即为刀轴矢量光顺度量指标；

广义刀具圆周包络曲面S_Ts与工件实时曲面S_W之间的干涉为全局干涉，二者之间保留一定的安全距离δ_Ts，建立的刀轴矢量子空间表达式为：

V_Ts(P_i,j)＝{v|d_min(S_Ts(P_i,j,v),S_W)＞δ_Ts}

dmin表示刀具包络曲面与工件实时曲面的最小距离；

基于通用结构机床运动学模型和刀轴矢量光顺度量指标，即可建立考虑运动学空间映射的刀轴矢量整体光顺模型如下：

minΔv₁(α,β)

s.t.

v(P_i,j,α,β)∈V_Ts(P_i,j)