基于五轴数控系统进行斜边加工的方法与流程

本发明涉及数控机床技术领域，特别涉及五轴机床应用技术领域，具体是指一种基于五轴数控系统进行斜边加工的方法。

背景技术：

五轴机床，即五坐标联动数控机床，通常用于复杂曲面加工，例如汽轮机叶片、航空发动机零件等的加工。但在用于加工工件斜边时，存在精度不高，操作和应用复杂，不利于大规模地推广应用。

技术实现要素：

本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种加工精度高、便于操作的基于五轴数控系统进行斜边加工的方法。

为了实现上述目的，本发明的基于五轴数控系统进行斜边加工的方法如下：

所述的五轴数控系统包括x轴、z轴两个线性坐标轴、y轴转台以及绕z轴旋转的c旋转轴、绕x轴旋转的a旋转轴，所述的方法包括以下步骤：

步骤(1)、根据工件轮廓的加工文件获得刀具加工的刀路；

步骤(2)、根据刀具形状与姿态获得任一加工点相对于五轴的坐标关系；

步骤(3)、根据任一加工点相对于五轴的坐标关系获得刀具加工相对于五轴的实际加工路径，以对工件进行斜边加工。

该基于五轴数控系统进行斜边加工的方法中，所述的步骤(1)具体包括：以y轴转台为中心建立三维坐标系oy-xyz，并根据工件轮廓的加工文件获得工件轮廓曲线上各加工点坐标，以获得刀具加工的刀路。

该基于五轴数控系统进行斜边加工的方法中，所述的步骤(2)具体包括以下步骤：

预设倾斜角α，使得刀具以所述的预设倾斜角α进行加工，用于避免刀具与工件之间的刀具干涉；

设置偏置r，用于补偿x轴安装时产生的误差。

该基于五轴数控系统进行斜边加工的方法中，所述的步骤(2)具体包括以下步骤：

(21)根据加工文件，获得工件进行斜边加工所需的斜边长度l、斜边角度θ、沿加工方向对加工曲线上任一加工点的切向量vd；

(22)根据所述的斜边长度l确定刀触点p在刀具上对应点b的位置，从而获得刀具中心点o到点p的向量vop、点p到点b的向量vpb以及旋臂中心点o'到点o的向量vo'o；

(23)根据所述的斜边角度θ，将向量vop、vpb、vo'o转换成围绕切向量vd旋转θ的对应的绕向量

(24)将绕向量与绕旋转倾斜角α，获得对应的vp与vs；

(25)由此，根据点p的位置获得旋臂中心点o'位置＝p-(vp+vs)，获得o'的三维坐标系坐标o'(x,y,z)，点o'的z坐标值作为该点在z轴的坐标，ez为z轴正方向上单位向量，则a轴坐标为：

x轴坐标为：

y轴坐标为：

c轴坐标为：其中向量vy＝(1，tany，0)，v′s＝(x，y，0)，从而获得曲线加工点相对于五轴的x、y、z、a、c坐标，获得刀具加工相对于五轴的实际路径。

该基于五轴数控系统进行斜边加工的方法中，所述的步骤(23)中根据下式将向量vop、vpb、vo'o转换成围绕切向量vd旋转θ的对应的绕向量其中mθ为绕vd旋转θ角对应的旋转矩阵；

所述的步骤(24)中根据下式将绕向量与绕旋转倾斜角α，获得对应的vp与vs：其中mα为绕旋转角度α对应的旋转矩阵。

该基于五轴数控系统进行斜边加工的方法中，所述的工件可以为异形玻璃工件或者异形钢材工件；所述的刀具为砂轮刀具。

采用了该发明的基于五轴数控系统进行斜边加工的方法，利用五轴坐标建立了各个加工点相对于五轴坐标的对应关系，且通过预设倾斜角α避免刀具与工件之间的刀具干涉、通过设置r用于补偿x轴安装时产生的误差，根据任一加工点相对于五轴的坐标关系获得刀具加工相对于五轴的实际加工路径，以对工件进行斜边加工，该方法加工的斜边精度高，应用范围广。

附图说明

图1为本发明的基于五轴数控系统进行斜边加工的机床结构简图。

图2为本发明的基于五轴数控系统进行斜边加工的y轴转台的三维坐标系示意图。

图3为本发明的基于五轴数控系统进行斜边加工的工件加工参数示意图。

图4为本发明的基于五轴数控系统进行斜边加工的砂轮加工示意图。

图5为本发明的基于五轴数控系统进行斜边加工的方法设置偏置r后的x轴、y轴与c轴坐标的示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。

本发明提供一种基于五轴数控系统进行斜边加工的方法，所述的五轴数控系统包括x轴、z轴两个线性坐标轴、y轴转台以及绕z轴旋转的c旋转轴、绕x轴旋转的a旋转轴，所述的方法包括以下步骤：

步骤(1)、根据工件轮廓的加工文件获得刀具加工的刀路；

步骤(2)、根据刀具形状与姿态获得任一加工点相对于五轴的坐标关系；

步骤(3)、根据任一加工点相对于五轴的坐标关系获得刀具加工相对于五轴的实际加工路径，以对工件进行斜边加工。

该基于五轴数控系统进行斜边加工的方法中，所述的步骤(1)具体包括：以y轴转台为中心建立三维坐标系oy-xyz，并根据工件轮廓的加工文件获得工件轮廓曲线上各加工点坐标，以获得刀具加工的刀路。

该基于五轴数控系统进行斜边加工的方法中，所述的步骤(2)具体包括以下步骤：

预设倾斜角α，使得刀具以所述的预设倾斜角α进行加工，用于避免刀具与工件之间的刀具干涉；

设置偏置r，用于补偿x轴安装时产生的误差。

该基于五轴数控系统进行斜边加工的方法中，所述的步骤(2)具体包括以下步骤：

(21)根据加工文件，获得工件进行斜边加工所需的斜边长度l、斜边角度θ、沿加工方向对加工曲线上任一加工点的切向量vd；

(22)根据所述的斜边长度l确定刀触点p在刀具上对应点b的位置，从而获得刀具中心点o到点p的向量vop、点p到点b的向量vpb以及旋臂中心点o'到点o的向量vo'o；

(23)根据所述的斜边角度θ，将向量vop、vpb、vo'o转换成围绕切向量vd旋转θ的对应的绕向量

(24)将绕向量与绕旋转倾斜角α，获得对应的vp与vs；

(25)由此，根据点p的位置获得旋臂中心点o'位置＝p-(vp+vs)，获得o'的三维坐标系坐标o'(x,y,z)，点o'的z坐标值作为该点在z轴的坐标，ez为z轴正方向上单位向量，则a轴坐标为：

x轴坐标为：

y轴坐标为：

c轴坐标为：其中向量vy＝(1，tany，0)，vs'＝(x，y，0)，从而获得曲线加工点相对于五轴的x、y、z、a、c坐标，获得刀具加工相对于五轴的实际路径。

该基于五轴数控系统进行斜边加工的方法中，所述的步骤(23)中根据下式将向量vop、vpb、vo'o转换成围绕切向量vd旋转θ的对应的绕向量其中mθ为绕vd旋转θ角对应的旋转矩阵；

所述的步骤(24)中根据下式将绕向量与绕旋转倾斜角α，获得对应的vp与vs：其中mα为绕旋转角度α对应的旋转矩阵。

该基于五轴数控系统进行斜边加工的方法中，所述的工件可以为异形玻璃工件或者异形钢材工件；所述的刀具为砂轮刀具。

本发明提供一种基于五轴数控系统进行斜边加工的方法，包括：

1、如图2所示，以y轴转台为中心建立三维坐标系oy-xyz，并根据加工文件获得待加工曲线上各点坐标；

2、对任意给定的待加工曲线上任一点，作该点沿加工方向的切向量；

3、如图3所示，根据给定的加工参数，得到待加工斜边所需的斜边长度l、加工深度、加工宽度、以及斜边角度θ；

4、如图4所示，根据指定的加工接触点，根据砂轮上对应的位置以及斜边的长度计算出砂轮上点b的位置，得到砂轮中心点o到点p的向量vop、点p到点b的向量vpb，同样的，根据连接砂轮的旋臂长度与垂直于水平面(指向z轴负方向)时的位置，计算得到旋臂中心点o'到点o的向量vo'o；

5、加工的斜边与xy平面存在θ度的夹角，将向量vop、vpb、vo'o转换成围绕切向量vd旋转θ的对应的绕向量

其中mθ为绕vd旋转θ角对应的旋转矩阵；

6、在加工时，需要让砂轮以一定角度来进行加工，避免砂轮与工件之间出现刀具干涉，预设倾斜角α，使得刀具以所述的预设倾斜角α进行加工，用于避免刀具与工件之间的刀具干涉，将砂轮绕向量旋转角度α，以使在对加工所需的各参数不产生影响的情况下改变砂轮的加工姿态。将绕向量与绕旋转倾斜角α，获得对应的vp与vs，

其中，

mα为绕旋转角度α对应的旋转矩阵。

7、如图5所示，根据点p的位置获得旋臂中心点o'位置＝p-(vp+vs)，获得o'的三维坐标系坐标o'(x,y,z)，点o'的z坐标值作为该点在z轴的坐标，ez为z轴正方向上单位向量，则a轴坐标为：

x轴坐标为：

y轴坐标为：

c轴坐标为：其中向量vy＝(1，tany，0)，v′s＝(x，y，0)，从而获得曲线加工点相对于五轴的x、y、z、a、c坐标，获得刀具加工相对于五轴的实际路径。

采用了该发明的基于五轴数控系统进行斜边加工的方法，利用五轴坐标建立了各个加工点相对于五轴坐标的对应关系，且通过预设倾斜角α避免刀具与工件之间的刀具干涉、通过设置r用于补偿x轴安装时产生的误差，根据任一加工点相对于五轴的坐标关系获得刀具加工相对于五轴的实际加工路径，以对工件进行斜边加工，该方法加工的斜边精度高，应用范围广。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。