[发明专利]一种激光切割五轴联动运行控制方法

说明书

本发明涉及一种激光切割五轴联动运行控制方法，具体包括以下步骤：步骤S1：获取激光切割头的给进速度，计算刀具切割路径的曲率，若曲率大于设定阈值，判定为高曲率区段，转至步骤S2，否则判定为低曲率区段，转至步骤S3；步骤S2：以高曲率区段的两端为起点和终点，生成低曲率虚拟路径，计算低曲率虚拟路径上的行程增量，转至步骤S4；步骤S3：低曲率区段上机械旋转点与激光切割点重合，计算刀具切割路径上的行程增量，转至步骤S4；步骤S4：判断行程增量是否满足约束，若满足则输出行程增量至伺服电机，驱动激光切割头进行切割，若不满足则降低给进速度，转至步骤S1。与现有技术相比，本发明具有提高工件切割的加工速率、稳定性更好等优点。

技术领域

本发明涉及自动化加工机床技术领域，尤其是涉及一种激光切割五轴联动运行控制方法。

背景技术

装备制造业和一个国家的综合国力密切相关，振兴装备制造业则需要高端、实用、质优价廉的机械设备作为基础支柱。数控机床作为机械设备的代表，是由多轴联动完成任务，被称为装备制造的“母机”。数控机床种类繁多，最常见的联动方式有三轴联动和五轴联动两种，相比前者而言，五轴联动虽然在运动学上需要更为繁琐的变换，但适用于加工复杂曲线或曲面，应用价值更高。

激光切割技术已经成为目前在工业应用最具有市场前景、应用领域最大的技术加工种类之一，被广泛的应用于汽车车身覆盖件制造、航空材料、机械制造等领域内。相比较于传统机械刀具切割，激光切割具有质量高、缝隙小、速度快、几乎不受工件材料本身影响等等优点。

作为大飞机关键部件的钛合金蒙皮机械加工采用了五轴激光切割设备，将五轴联动与激光切割的优势相结合，对于加工尺寸大、精度要求高、造型曲面复杂的蒙皮零件十分有价值。然而，目前国内在这一领域的相关理论和应用研究几乎处于空白。现有的加工技术效率低、精度低、成本高，严重限制了大飞机高精度零配件加工的发展。激光切割五轴联动的运动学、逆运动学方程以及插补运动算法是激光切割五轴联动设备的关键技术，直接影响到成型工件的精度。

现有技术公开了一种三维五轴激光切割机床及加工轨迹自动生成方法，通过STL模型的切口线的自动识别根据读入STL数据对曲面模型和实体模型进行识别并生成切口线，但考虑的曲面模型为曲率较小的闭环结构，不适用于从直线变化到弧面的曲率较大的情况，对激光切割的精度造成影响，与切割路径存在较大误差。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的对于高曲率切割路径的加工效率低、精度不高的缺陷而提供一种激光切割五轴联动运行控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种激光切割五轴联动运行控制方法，具体包括以下步骤：

步骤S1：获取激光切割头在目标工件上的给进速度，根据所述给进速度进行激光入射角规划，计算对应刀具切割路径的曲率，若曲率大于设定阈值，判定为高曲率区段，转至步骤S2，否则判定为低曲率区段，转至步骤S3；

步骤S2：以所述高曲率区段的两端为起点和终点，生成圆弧状的低曲率虚拟路径，计算激光切割头在所述低曲率虚拟路径上沿激光切割头的坐标轴的各轴的行程增量，所述激光切割头的机械旋转点位于所述低曲率虚拟路径上，所述机械旋转点和激光切割头的连线与目标工件的表面相交，对应的交点为激光切割点，所述激光切割点位于刀具切割路径上，转至步骤S4；

步骤S3：所述低曲率区段上机械旋转点与激光切割点重合，均位于所述刀具切割路径上，计算所述激光切割头在刀具切割路径沿激光切割头的坐标轴的各轴的行程增量，转至步骤S4；

步骤S4：判断所述激光切割头的各轴的行程增量是否满足行程增量约束，若满足则输出各轴的行程增量至伺服电机，所述伺服电机驱动激光切割头按照低曲率虚拟路径或刀具切割路径对目标工件进行切割，若不满足则降低给进速度，转至步骤S1。

所述高曲率区段的刀具切割路径包括两个相交的直线段以及连接两个直线段的圆弧段。