專利名稱：一種基于刀具矢量平滑壓縮的五軸數(shù)控插補方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)控領(lǐng)域中的五軸數(shù)控技術(shù)，具體的說是一種基于刀具矢量平滑壓縮的五軸數(shù)控插補方法。
背景技術(shù)：
五軸聯(lián)動數(shù)控加工由于比三軸數(shù)控加工增加了兩個旋轉(zhuǎn)自由度，在干涉處理上具有更大的靈活性，能獲得更好的加工精度，因而更適用于復(fù)雜曲面的高速高精密加工。刀具軌跡控制是數(shù)控系統(tǒng)的核心功能。目前已有的五軸數(shù)控加工系統(tǒng)首先對刀位文件中的數(shù)據(jù)進行后置處理，而后在機床坐標(biāo)系下通過對進給軸進行插補，方向軸隨動變化的線性插補方式來實現(xiàn)對刀具軌跡的控制，如

圖1所示。這種刀具軌跡控制方法存在以下問題首先，由于忽略了刀具矢量的變化，無法保證加工中的刀具矢量始終在所要求平面上，造成實際加工中的刀尖軌跡與期望軌跡相差較大，從而產(chǎn)生非線性誤差；其次由于未考慮刀具矢量插補，加工中易產(chǎn)生較大的刀具矢量變化和機床角度變化。大的刀具矢量變化會引起較大的加工誤差，嚴重時甚至破壞工件表面；大的角度變化容易導(dǎo)致奇異點的產(chǎn)生， 使加工過程中進給速度變化很大，對機床產(chǎn)生較大沖擊，甚至使生成的數(shù)據(jù)無法在實際生產(chǎn)中應(yīng)用。此外，該刀具軌跡控制方法會產(chǎn)生大量NC代碼，加重系統(tǒng)傳輸負擔(dān)，降低加工效率。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)存在的系統(tǒng)傳輸負擔(dān)重，降低加工效率、誤差大等不足之處，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種加工精度高、效率高的基于刀具矢量平滑壓縮的五軸數(shù)控插補方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是本發(fā)明基于刀具矢量平滑壓縮的五軸數(shù)控插補方法包括以下步驟根據(jù)讀入的數(shù)控加工程序，判斷任意相鄰兩個刀具矢量間是否滿足連續(xù)加工的條件；如果滿足連續(xù)加工的條件，則進行刀具矢量壓縮插補和刀尖點位置插補；利用刀具矢量壓縮插補和刀尖點位置插補后得到的點，對刀具路徑進行轉(zhuǎn)化，將工件坐標(biāo)系下的刀尖點位置和刀具矢量值轉(zhuǎn)化為機床坐標(biāo)系下的各軸坐標(biāo)；對于轉(zhuǎn)化后的兩相鄰點，用具有二階導(dǎo)數(shù)連續(xù)的五次多項式曲線進行擬合，以生成平滑曲線。所述判斷任意相鄰兩個刀具矢量間是否滿足連續(xù)加工的條件過程如下所述雙弧度法來判斷任意相鄰兩個刀具矢量間是否滿足連續(xù)加工的條件；對于任意相鄰四個刀具矢量Qh、Qi, Qi+1和Qi+2，α i+1為兩相鄰刀具矢量仏和Qi+1 間夾角，通過如下公式進行計算α i+1 = arccos(Qi · Qi+1)(1)
β ,為向量α—忍與(^+1間夾角，β i+1為向量0總+1與0+忍+2間夾角。其值可以通過如下公式進行計算
權(quán)利要求
1.一種基于刀具矢量平滑壓縮的五軸數(shù)控插補方法，其特征在于包括以下步驟根據(jù)讀入的數(shù)控加工程序，判斷任意相鄰兩個刀具矢量間是否滿足連續(xù)加工的條件； 如果滿足連續(xù)加工的條件，則進行刀具矢量壓縮插補和刀尖點位置插補； 利用刀具矢量壓縮插補和刀尖點位置插補后得到的點，對刀具路徑進行轉(zhuǎn)化，將工件坐標(biāo)系下的刀尖點位置和刀具矢量值轉(zhuǎn)化為機床坐標(biāo)系下的各軸坐標(biāo)；對于轉(zhuǎn)化后的兩相鄰點，用具有二階導(dǎo)數(shù)連續(xù)的五次多項式曲線進行擬合，以生成平滑曲線。
2.按權(quán)利要求1所述的基于刀具矢量平滑壓縮的五軸數(shù)控插補方法，其特征在于所述判斷任意相鄰兩個刀具矢量間是否滿足連續(xù)加工的條件過程如下所述雙弧度法來判斷任意相鄰兩個刀具矢量間是否滿足連續(xù)加工的條件； 對于任意相鄰四個刀具矢量GU、A、Qi+1和仏+2，α i+1為兩相鄰刀具矢量&和Qi+i間夾角，通過如下公式進行計算α i+1 = arccos (Qi · Qi+1)(1)β i為向量β—β與Q1QM間夾角，β i+1為向量與β+1β+2間夾角。其值可以通過如下公式進行計算
3.按權(quán)利要求1所述的基于刀具矢量平滑壓縮的五軸數(shù)控插補方法，其特征在于所述刀具矢量壓縮插補過程如下對于一個連續(xù)刀具矢量變化區(qū)域ΙΑ，Qi+1,...，，該區(qū)域中的任意向量表示為
4.按權(quán)利要求1所述的基于刀具矢量平滑壓縮的五軸數(shù)控插補方法，其特征在于所述用具有二階導(dǎo)數(shù)連續(xù)的五次多項式曲線進行擬合通過以下公式獲得 f (v) = Akv5+Bkv4+Ckv3+Dkv2+Ekv+Fk(v e [rk, rk+1])其中rk和rk+1分別為Ok、Ok+1所對應(yīng)的參數(shù)值，Ak、Bk、Ck、Dk、Ek、Fk為f(v)的五維系數(shù)向量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于刀具矢量平滑壓縮的五軸數(shù)控插補方法，包括以下步驟根據(jù)讀入的數(shù)控加工程序，判斷任意相鄰兩個刀具矢量間是否滿足連續(xù)加工的條件；如果滿足連續(xù)加工的條件，則進行刀具矢量壓縮插補和刀尖點位置插補；利用刀具矢量壓縮插補和刀尖點位置插補后得到的點，對刀具路徑進行轉(zhuǎn)化，將工件坐標(biāo)系下的刀尖點位置和刀具矢量值轉(zhuǎn)化為機床坐標(biāo)系下的各軸坐標(biāo)；對于轉(zhuǎn)化后的兩相鄰點，用具有二階導(dǎo)數(shù)連續(xù)的五次多項式曲線進行擬合，以生成平滑曲線。本發(fā)明方法能夠保證刀具矢量各分量的二階連續(xù)性，避免了大幅的刀具矢量變化，避免了線性插補方法中旋轉(zhuǎn)軸隨動變化產(chǎn)生的非線性誤差，提高了加工精度。
文檔編號G05B19/19GK102566494SQ20101058126
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月9日
發(fā)明者于東, 張函, 張富彥, 張曉輝, 耿聰 申請人:中國科學(xué)院沈陽計算技術(shù)研究所有限公司, 沈陽高精數(shù)控技術(shù)有限公司