专利名称：一种基于刀具矢量平滑压缩的五轴数控插补方法
技术领域：
本发明涉及数控领域中的五轴数控技术，具体的说是一种基于刀具矢量平滑压缩的五轴数控插补方法。
背景技术：
五轴联动数控加工由于比三轴数控加工增加了两个旋转自由度，在干涉处理上具有更大的灵活性，能获得更好的加工精度，因而更适用于复杂曲面的高速高精密加工。刀具轨迹控制是数控系统的核心功能。目前已有的五轴数控加工系统首先对刀位文件中的数据进行后置处理，而后在机床坐标系下通过对进给轴进行插补，方向轴随动变化的线性插补方式来实现对刀具轨迹的控制，如
图1所示。这种刀具轨迹控制方法存在以下问题首先，由于忽略了刀具矢量的变化，无法保证加工中的刀具矢量始终在所要求平面上，造成实际加工中的刀尖轨迹与期望轨迹相差较大，从而产生非线性误差；其次由于未考虑刀具矢量插补，加工中易产生较大的刀具矢量变化和机床角度变化。大的刀具矢量变化会引起较大的加工误差，严重时甚至破坏工件表面；大的角度变化容易导致奇异点的产生， 使加工过程中进给速度变化很大，对机床产生较大冲击，甚至使生成的数据无法在实际生产中应用。此外，该刀具轨迹控制方法会产生大量NC代码，加重系统传输负担，降低加工效率。
发明内容
针对现有技术中五轴联动数控系统存在的系统传输负担重，降低加工效率、误差大等不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种加工精度高、效率高的基于刀具矢量平滑压缩的五轴数控插补方法。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是本发明基于刀具矢量平滑压缩的五轴数控插补方法包括以下步骤根据读入的数控加工程序，判断任意相邻两个刀具矢量间是否满足连续加工的条件；如果满足连续加工的条件，则进行刀具矢量压缩插补和刀尖点位置插补；利用刀具矢量压缩插补和刀尖点位置插补后得到的点，对刀具路径进行转化，将工件坐标系下的刀尖点位置和刀具矢量值转化为机床坐标系下的各轴坐标；对于转化后的两相邻点，用具有二阶导数连续的五次多项式曲线进行拟合，以生成平滑曲线。所述判断任意相邻两个刀具矢量间是否满足连续加工的条件过程如下所述双弧度法来判断任意相邻两个刀具矢量间是否满足连续加工的条件；对于任意相邻四个刀具矢量Qh、Qi, Qi+1和Qi+2，α i+1为两相邻刀具矢量仏和Qi+1 间夹角，通过如下公式进行计算α i+1 = arccos(Qi · Qi+1)(1)
β ,为向量α—忍与(^+1间夹角，β i+1为向量0总+1与0+忍+2间夹角。其值可以通过如下公式进行计算
权利要求
1.一种基于刀具矢量平滑压缩的五轴数控插补方法，其特征在于包括以下步骤根据读入的数控加工程序，判断任意相邻两个刀具矢量间是否满足连续加工的条件； 如果满足连续加工的条件，则进行刀具矢量压缩插补和刀尖点位置插补； 利用刀具矢量压缩插补和刀尖点位置插补后得到的点，对刀具路径进行转化，将工件坐标系下的刀尖点位置和刀具矢量值转化为机床坐标系下的各轴坐标；对于转化后的两相邻点，用具有二阶导数连续的五次多项式曲线进行拟合，以生成平滑曲线。
2.按权利要求1所述的基于刀具矢量平滑压缩的五轴数控插补方法，其特征在于所述判断任意相邻两个刀具矢量间是否满足连续加工的条件过程如下所述双弧度法来判断任意相邻两个刀具矢量间是否满足连续加工的条件； 对于任意相邻四个刀具矢量GU、A、Qi+1和仏+2，α i+1为两相邻刀具矢量&和Qi+i间夹角，通过如下公式进行计算α i+1 = arccos (Qi · Qi+1)(1)β i为向量β—β与Q1QM间夹角，β i+1为向量与β+1β+2间夹角。其值可以通过如下公式进行计算
3.按权利要求1所述的基于刀具矢量平滑压缩的五轴数控插补方法，其特征在于所述刀具矢量压缩插补过程如下对于一个连续刀具矢量变化区域ΙΑ，Qi+1,...，，该区域中的任意向量表示为
4.按权利要求1所述的基于刀具矢量平滑压缩的五轴数控插补方法，其特征在于所述用具有二阶导数连续的五次多项式曲线进行拟合通过以下公式获得 f (v) = Akv5+Bkv4+Ckv3+Dkv2+Ekv+Fk(v e [rk, rk+1])其中rk和rk+1分别为Ok、Ok+1所对应的参数值，Ak、Bk、Ck、Dk、Ek、Fk为f(v)的五维系数向量。
全文摘要
本发明涉及一种基于刀具矢量平滑压缩的五轴数控插补方法，包括以下步骤根据读入的数控加工程序，判断任意相邻两个刀具矢量间是否满足连续加工的条件；如果满足连续加工的条件，则进行刀具矢量压缩插补和刀尖点位置插补；利用刀具矢量压缩插补和刀尖点位置插补后得到的点，对刀具路径进行转化，将工件坐标系下的刀尖点位置和刀具矢量值转化为机床坐标系下的各轴坐标；对于转化后的两相邻点，用具有二阶导数连续的五次多项式曲线进行拟合，以生成平滑曲线。本发明方法能够保证刀具矢量各分量的二阶连续性，避免了大幅的刀具矢量变化，避免了线性插补方法中旋转轴随动变化产生的非线性误差，提高了加工精度。
文档编号G05B19/19GK102566494SQ20101058126
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月9日 优先权日2010年12月9日
发明者于东, 张函, 张富彦, 张晓辉, 耿聪 申请人:中国科学院沈阳计算技术研究所有限公司, 沈阳高精数控技术有限公司