一种五轴联动水切割机床的空间圆弧插补方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种五轴联动水切割机床的空间圆弧插补方法，包括：获取待切割圆弧起点的坐标、待切割圆弧终点的坐标以及待切割圆弧圆心的坐标；根据所述待切割圆弧起点的坐标、所述待切割圆弧终点的坐标以及所述待切割圆弧圆心的坐标计算当前插补点的坐标；根据所述当前插补点的坐标和预设切割角度计算所述五轴联动水切割机床的刀尖空间姿态；根据所述刀尖空间姿态计算刀尖旋转角度；根据所述当前插补点的坐标、所述刀尖空间姿态以及所述刀尖旋转角度进行插补。本发明专利技术能够准确地提取圆弧类图形并实现插补，切割效率高并且切割效果好，避免了材料浪费，具有很强的通用性和抗干扰性。

【技术实现步骤摘要】
一种五轴联动水切割机床的空间圆弧插补方法及系统
本专利技术涉及五轴数控
，特别是涉及一种五轴联动水切割机床的空间圆弧插补方法及系统。
技术介绍
五轴联动水切割机床是一种高技术、高精度，专门用于加工复杂曲面的机床，是切割涡轮机叶片、精密光学零件、精密叶轮等材料的关键设备。空间圆弧插补是指加工过程中计算量过大容易影响系统的实时控制，根据运动学轨迹方程，将曲线分为若干个点，用小段的直线或圆弧去逼近。空间圆弧的插补对加工复杂曲线的实时控制有着重要意义。其中圆弧类图形的插补难度远大于直线类图形，然而现有技术在加工过程中对圆弧类图形的提取往往存在大量的误差，导致切割效果差，材料浪费等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种五轴联动水切割机床的空间圆弧插补方法及系统，切割效率高并且切割效果好。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种五轴联动水切割机床的空间圆弧插补方法，包括：获取待切割圆弧起点的坐标、待切割圆弧终点的坐标以及待切割圆弧圆心的坐标；根据所述待切割圆弧起点的坐标、所述待切割圆弧终点的坐标以及所述待切割圆弧圆心的坐标计算当前插补点的坐标；根据所述当前插补点的坐标和预设切割角度计算所述五轴联动水切割机床的刀尖空间姿态；根据所述刀尖空间姿态计算刀尖旋转角度；根据所述当前插补点的坐标、所述刀尖空间姿态以及所述刀尖旋转角度进行插补。可选地，所述五轴联动水切割机床的空间圆弧插补方法还包括：根据所述待切割圆弧起点的坐标、所述待切割圆弧终点的坐标以及所述待切割圆弧圆心的坐标计算上一个插补点的坐标；根据所述上一个插补点的坐标计算当前插补点的初始坐标；利用所述当前插补点的初始坐标对所述当前插补点的坐标进行校验。可选地，所述根据所述待切割圆弧起点的坐标、所述待切割圆弧终点的坐标以及所述待切割圆弧圆心的坐标计算当前插补点的坐标，具体包括：根据所述待切割圆弧圆心的坐标和所述待切割圆弧起点的坐标计算所述待切割圆弧圆心指向所述待切割圆弧起点的单位向量，记为第一向量；根据所述待切割圆弧圆心的坐标和所述待切割圆弧终点的坐标计算所述待切割圆弧圆心指向所述待切割圆弧终点的单位向量，记为第二向量；根据所述第一向量和所述第二向量计算待切割圆弧所在面的单位法向量；根据所述单位法向量和步距角计算当前插补点的空间矢量；根据所述当前插补点的空间矢量计算当前插补点的坐标。可选地，所述刀尖空间姿态的计算公式为：其中，为五轴联动水切割机床以A轴和C轴为旋转轴的刀尖空间姿态，x为刀尖空间姿态的横轴坐标矢量，y为刀尖空间姿态的纵轴坐标矢量，z为刀尖空间姿态的竖轴坐标矢量，为待切割圆弧所在面的单位法向量，r为待切割圆弧半径，A为预设切割角度，V为当前插补点的坐标。可选地，所述刀尖旋转角度的计算公式为：其中，a为五轴联动水切割机床以A轴为旋转轴的刀尖旋转角度，c为五轴联动水切割机床以C轴为旋转轴的刀尖旋转角度，x为刀尖空间姿态的横轴坐标矢量，y为刀尖空间姿态的纵轴坐标矢量，z为刀尖空间姿态的竖轴坐标矢量。一种五轴联动水切割机床的空间圆弧插补系统，包括：获取模块，用于获取待切割圆弧起点的坐标、待切割圆弧终点的坐标以及待切割圆弧圆心的坐标；第一计算模块，用于根据所述待切割圆弧起点的坐标、所述待切割圆弧终点的坐标以及所述待切割圆弧圆心的坐标计算当前插补点的坐标；第二计算模块，用于根据所述当前插补点的坐标和预设切割角度计算所述五轴联动水切割机床的刀尖空间姿态；第三计算模块，用于根据所述刀尖空间姿态计算刀尖旋转角度；插补模块，用于根据所述当前插补点的坐标、所述刀尖空间姿态以及所述刀尖旋转角度进行插补。可选地，所述五轴联动水切割机床的空间圆弧插补系统还包括：第四计算模块，用于根据所述待切割圆弧起点的坐标、所述待切割圆弧终点的坐标以及所述待切割圆弧圆心的坐标计算上一个插补点的坐标；第五计算模块，用于根据所述上一个插补点的坐标计算当前插补点的初始坐标；校验模块，用于利用所述当前插补点的初始坐标对所述当前插补点的坐标进行校验。可选地，所述第一计算模块具体包括：第一向量计算单元，用于根据所述待切割圆弧圆心的坐标和所述待切割圆弧起点的坐标计算所述待切割圆弧圆心指向所述待切割圆弧起点的单位向量，记为第一向量；第二向量计算单元，用于根据所述待切割圆弧圆心的坐标和所述待切割圆弧终点的坐标计算所述待切割圆弧圆心指向所述待切割圆弧终点的单位向量，记为第二向量；法向量计算单元，用于根据所述第一向量和所述第二向量计算待切割圆弧所在面的单位法向量；空间矢量计算单元，用于根据所述单位法向量和步距角计算当前插补点的空间矢量；坐标计算单元，用于根据所述当前插补点的空间矢量计算当前插补点的坐标。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术公开了一种五轴联动水切割机床的空间圆弧插补方法，包括：获取待切割圆弧起点的坐标、待切割圆弧终点的坐标以及待切割圆弧圆心的坐标；根据所述待切割圆弧起点的坐标、所述待切割圆弧终点的坐标以及所述待切割圆弧圆心的坐标计算当前插补点的坐标；根据所述当前插补点的坐标和预设切割角度计算所述五轴联动水切割机床的刀尖空间姿态；根据所述刀尖空间姿态计算刀尖旋转角度；根据所述当前插补点的坐标、所述刀尖空间姿态以及所述刀尖旋转角度进行插补。本专利技术能够准确地提取圆弧类图形并实现插补，切割效率高并且切割效果好，避免了材料浪费，具有很强的通用性和抗干扰性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例1提供的五轴联动水切割机床的空间圆弧插补方法流程图；图2为本专利技术实施例1提供的待加工空间圆弧示意图；图3为本专利技术实施例1提供的两次插补检测示意图；图4为本专利技术实施例1提供的插补点示意图；图5为本专利技术实施例1提供的45°切割角度的空间圆弧示意图；图6为本专利技术实施例1提供的刀尖在圆弧起点处的空间姿态图；图7为本专利技术实施例1提供的刀尖在圆弧任一插补点处的空间姿态图；图8为本专利技术实施例1提供的刀尖在圆弧终点处的空间姿态图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种五轴联动水切割机床的空间圆弧插补本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种五轴联动水切割机床的空间圆弧插补方法，其特征在于，包括：/n获取待切割圆弧起点的坐标、待切割圆弧终点的坐标以及待切割圆弧圆心的坐标；/n根据所述待切割圆弧起点的坐标、所述待切割圆弧终点的坐标以及所述待切割圆弧圆心的坐标计算当前插补点的坐标；/n根据所述当前插补点的坐标和预设切割角度计算所述五轴联动水切割机床的刀尖空间姿态；/n根据所述刀尖空间姿态计算刀尖旋转角度；/n根据所述当前插补点的坐标、所述刀尖空间姿态以及所述刀尖旋转角度进行插补。/n

【技术特征摘要】
1.一种五轴联动水切割机床的空间圆弧插补方法，其特征在于，包括：
获取待切割圆弧起点的坐标、待切割圆弧终点的坐标以及待切割圆弧圆心的坐标；
根据所述待切割圆弧起点的坐标、所述待切割圆弧终点的坐标以及所述待切割圆弧圆心的坐标计算当前插补点的坐标；
根据所述当前插补点的坐标和预设切割角度计算所述五轴联动水切割机床的刀尖空间姿态；
根据所述刀尖空间姿态计算刀尖旋转角度；
根据所述当前插补点的坐标、所述刀尖空间姿态以及所述刀尖旋转角度进行插补。


2.根据权利要求1所述的五轴联动水切割机床的空间圆弧插补方法，其特征在于，所述五轴联动水切割机床的空间圆弧插补方法还包括：
根据所述待切割圆弧起点的坐标、所述待切割圆弧终点的坐标以及所述待切割圆弧圆心的坐标计算上一个插补点的坐标；
根据所述上一个插补点的坐标计算当前插补点的初始坐标；
利用所述当前插补点的初始坐标对所述当前插补点的坐标进行校验。


3.根据权利要求1所述的五轴联动水切割机床的空间圆弧插补方法，其特征在于，所述根据所述待切割圆弧起点的坐标、所述待切割圆弧终点的坐标以及所述待切割圆弧圆心的坐标计算当前插补点的坐标，具体包括：
根据所述待切割圆弧圆心的坐标和所述待切割圆弧起点的坐标计算所述待切割圆弧圆心指向所述待切割圆弧起点的单位向量，记为第一向量；
根据所述待切割圆弧圆心的坐标和所述待切割圆弧终点的坐标计算所述待切割圆弧圆心指向所述待切割圆弧终点的单位向量，记为第二向量；
根据所述第一向量和所述第二向量计算待切割圆弧所在面的单位法向量；
根据所述单位法向量和步距角计算当前插补点的空间矢量；
根据所述当前插补点的空间矢量计算当前插补点的坐标。


4.根据权利要求3所述的五轴联动水切割机床的空间圆弧插补方法，其特征在于，所述刀尖空间姿态的计算公式为：



其中，为五轴联动水切割机床以A轴和C轴为旋转轴的刀尖空间姿态，x为刀尖空间姿态的横轴坐标矢量，y为刀尖空间姿态的纵轴坐标矢量，z为刀尖空间姿态的竖轴坐标矢量，为待切割圆弧所在面的单位法向量，r为待切割圆弧半径，A为预设切割角度，V为当前插补点的坐标。


5.根据权利要求1所述的五轴联动水切割机床的空间圆...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴欣童，李超超，刘伟铭，王从曼，钱学武，沈翔，季鲁敏，兰骧，高乾，于亦龙，张盼盼，谢兴峰，佟国栋，许永涛，文张建，王怀康，杨皓明，张扬，黄轩，
申请(专利权)人：宁夏大学，
类型：发明
国别省市：宁夏;64