[发明专利]一种电熔管件加工设备用控制器及其控制方法

权利要求书

1.一种电熔管件加工设备用控制器，其特征在于：包括加工数据采集模块、镗孔控制驱动模块、加工路径规划模块、五轴机床运动控制模块、刀具绕线控制模块，

加工数据采集模块，用于加工数据的采集，采集对象包括加工开始前的镗孔半径、绕线半径、绕线圈数、螺距在内的加工数据，用于后续加工需要；

镗孔控制驱动模块，根据加工需求的镗孔半径驱动镗孔刀具完成镗孔加工；

加工路径规划模块，根据加工要求规划五轴机床加工路径，由基于阿基米德螺线的曲面绕线刀位轨迹生成算法，计算得到；

五轴机床运动控制模块，根据规划得出的运动路径控制五轴机床电机完成相应运动，从而完成机床联动；

刀具绕线控制模块，控制绕线刀具在机床到达指定位置时完成绕线切割工作。

2.一种电熔管件加工设备用控制器的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、控制器的人机界面提供用户需求输入窗口，用户可以根据加工需求设置加工参数，人机界面获取加工参数；

S2、人机界面发送加工信息至控制器的加工路径规划模块；

S3、加工路径规划模块根据加工信息计算加工路径；

S4、加工路径规划模块根据计算出的加工路径，自动生成五轴机床运动轨迹，从而得到绕线刀位轨迹G代码，绕线刀位轨迹G代码由基于阿基米德螺线的曲面绕线刀位轨迹生成算法得来；

S5、运动控制模块根据G代码指令配合伺服驱动器，驱动伺服电机，控制加工机床五轴联动，完成电熔管件的绕线加工。

3.根据权利要求2所述的一种电熔管件加工设备用控制器的控制方法，其特征在于：基于阿基米德螺线的曲面绕线刀位轨迹生成算法，其具体执行步骤如下：

S41、笛卡尔坐标系下的阿基米德螺线二维轨迹路线数学建模；

S42、阿基米德螺线曲面三维轨迹路线变换；

S43、计算阿基米德螺线切线方向，得到刀具运动进给方向角；

S44、计算管件加工点单位平面水平旋转角；

S45、根据刀具切触点五轴坐标，形成五轴机床运动轨迹，生成绕线刀位轨迹G代码。

4.根据权利要求3所述的一种电熔管件加工设备用控制器的控制方法，其特征在于：针对步骤S41，由阿基米德螺线在极坐标系下的表达，如式(1)所示，推导出阿基米德螺线在笛卡尔坐标系下的表达式，如式(2)所示：

r＝a+b(2nπ+θ) (1)

其中，a为当θ＝0时，螺线起点到极坐标原点的距离；b为螺线半径r随θ增加的单位增量，表示为b＝dr/dθ；α可看作为a；β可看作b；(x₀,y₀)为笛卡尔坐标系下的阿基米德螺线起点坐标；x、y分别为笛卡尔坐标系下的螺线各点坐标值，则(x,y)为笛卡尔坐标系下的阿基米德螺线二维轨迹上各点坐标。

5.根据权利要求3所述的一种电熔管件加工设备用控制器的控制方法，其特征在于：针对步骤S42，由在笛卡尔坐标系下的阿基米德螺线的二维轨迹表达，采用z向投影的方式得到阿基米德螺线半圆曲面上的投影螺线，即阿基米德螺线曲面三维轨迹表达，如式(3)所示：

其中，R为管件镗孔半径，z为三维坐标系下阿基米德螺线曲面三维轨迹的z向坐标值，则(x,y,z)为三维坐标系下的阿基米德螺线三维轨迹上各点坐标。

6.根据权利要求3所述的一种电熔管件加工设备用控制器的控制方法，其特征在于：针对步骤S43，为了保证刀具工作点实时垂直于加工近似单位平面，需要对加工管件进行旋转，设定以半圆管件关于z轴对称时的管件旋转角为0°，顺时针旋转角度为正方向，逆时针方向为负方向，则加工管件工件旋转角的表达式a，如式(4)所示：

7.根据权利要求3所述的一种电熔管件加工设备用控制器的控制方法，其特征在于：针对步骤S44，根据阿基米德螺线的轨迹路线，得到切线角度，从而得到刀具运动过程中的进给方向角c，如式(5)所示：

c＝270°+θ (5)

其中，x为加工点的x轴坐标，结合步骤S41～S43，可得刀具切触点的五轴机床实时坐标为(x,y,z,a,c)。

8.根据权利要求3所述的一种电熔管件加工设备用控制器的控制方法，其特征在于：针对步骤S45，由于步骤S43的工件旋转，机床加工点的y、z坐标值发生改变如式(6)所示，由步骤S41-S44，所得刀具切触点的五轴机床实时坐标，得到基于阿基米德螺线的曲面绕线刀位轨迹的五轴机床运动规律，如式(7)所示：

其中，α、β、n、θ的取值范围为数学范畴的取值范围，专用控制器通过读取操作人员通过人机界面输入的α、β、n、θ参数值，计算生成五轴运动轨迹，从而生成绕线刀位轨迹G代码，控制电熔管件加工设备完成绕线加工。