[发明专利]一种激光熔覆矢量的矢量变换计算方法

权利要求书

1.一种激光熔覆矢量的矢量变换计算方法，其特征在于，包括减材计算方法和增材计算方法，

所述减材计算方法包括以下步骤：

步骤一：首先将工件相对于刀具旋转，将刀具矢量绕Zt轴顺时针旋转到规定坐标平面，并且计算刀具矢量绕Zt轴顺时针旋转的角度，其次将刀轴矢量绕Xt轴顺时针旋转，并且计算刀轴矢量绕Xt轴顺时针旋转的角度，刀具矢量表示为Ω，刀具矢量绕Zt轴顺时针旋转的角度表示为C，刀轴矢量绕Xt轴顺时针旋转的角度表示为A；

步骤二：对步骤一中的刀具矢量绕Zt轴顺时针旋转的角度进行计算的过程中，首先设刀具矢量在Xt轴至Yt轴平面上的投影矢量为Ωi，并且在X轴和Y轴方向的分量分别表示为ΩiX与ΩiY，然后通过ΩiX和ΩiY的绝对值的反正切确定的角度的大小，得到ΩiX和ΩiY的绝对值的反正切确定的角度的表达式，ΩiX和ΩiY的绝对值的反正切确定的角度表示为c_i；

步骤三：得到ΩiX和ΩiY的绝对值的反正切确定的角度的表达式后，再根据投影矢量Ωi的初始位置、运动和ΩiX和ΩiY的绝对值的反正切确定的角度的正负计算刀具矢量绕Zt轴顺时针旋转的角度；

步骤四：计算刀具矢量绕Zt轴顺时针旋转的角度后，根据机床的标准参数，刀轴矢量绕Xt轴顺时针旋转的角度的实际摆动范围为规定范围，根据刀轴矢量绕Xt轴顺时针旋转的角度的表达式和反余弦函数的单调性得出下式：

根据公式计算得出减材计算最终结构。

所述增材计算方法包括以下步骤：

步骤一：首先根据刀具矢量绕Zt轴顺时针旋转的角度的表达式，得到刀轴矢量Z轴方向的分量存在的两个取值区间，并且变换的矢量取值有所区别，进行计算两个取值区间；

步骤二：根据步骤一，刀轴矢量中的铣削刀轴矢量设为V，打印刀轴矢量设为V`，并且计算刀轴矢量，刀轴矢量表示为Z；

步骤三：验证刀轴矢量变换算法的有效性，以一环形零件外形轮廓刀具轨迹进行矢量变换初始验证；

步骤四：在矢量变换验证后，通过反推旋转角取值，得到A轴的角度范围，即矢量的Z轴方向分量为规定分量，在机床结构限制下，A角的最小值被限制在负30°，最后该角的实际范围为–30°,90°。

2.根据权利要求1所述的一种激光熔覆矢量的矢量变换计算方法，其特征在于：在所述减材计算方法步骤一中，当刀具相对于工件旋转或摆动时，完成刀轴矢量变换，使得刀轴姿态达到与Zt轴同向，在上述过程中得到A角的表达式为：

A＝±arccos(Ω_Z/Ω)＝±arccos(Ω_Z)。

3.根据权利要求1所述的一种激光熔覆矢量的矢量变换计算方法，其特征在于：在所述减材计算方法步骤二中，由于刀具矢量在Xt至Yt平面上的投影位于不同象限时，所以刀具矢量绕Zt轴顺时针旋转的角度的取值也不同，Ωi正负根据ΩiX与ΩiY的正负判定，其中有一个为负，则ΩiX和ΩiY的绝对值的反正切确定的角度取值为负得到H＝-1，并且其中全部为正则ΩiX和ΩiY的绝对值的反正切确定的角度取值为正得到H＝1，当投影矢量的运动为绕点Ot顺时针旋转至-Yt轴方向，则不同象限下ΩiX和ΩiY的绝对值的反正切确定的角度角的表达式为：

C_i＝H arctan(|Ω_iY/Ω_iX|)

其中:H＝±1和i＝1,2,3,4。

4.根据权利要求1所述的一种激光熔覆矢量的矢量变换计算方法，其特征在于：在所述减材计算方法步骤三中，根据投影矢量的初始位置、运动以及ΩiX和ΩiY的绝对值的反正切确定的角度的正负得到刀具矢量绕Zt轴顺时针旋转的角度的表达式为：

刀具矢量绕Zt轴顺时针旋转的角度的表达式中：

5.根据权利要求1所述的一种激光熔覆矢量的矢量变换计算方法，其特征在于：在所述增材计算方法步骤一中，为保证激光熔覆时喷嘴始终与零件外表面相切，矢量变换时始终向正Z轴方向变换。