一种五轴复合数控机床参数坐标精密加工方法技术

本发明专利技术提供了一种五轴复合数控机床参数坐标精密加工方法，步骤如下：建立五轴复合数控机床模型，该机床可以实现由卧式

【技术实现步骤摘要】
一种五轴复合数控机床参数坐标精密加工方法


[0001]本专利技术涉及五轴数控机床坐标分析领域，具体涉及一种五轴复合数控机床参数坐标精密加工方法。

技术介绍

[0002]五轴复合数控机床是由三平动轴和两回转轴组成，通过平动轴和回转轴的不同组合可以构成不同类型的五轴复合数控机床。现有技术中，针对五轴复合数控机床参数坐标的加工方法，一般是在三维软件中对曲面模型进行处理，并导出相关的参数坐标以及加工路径。
[0003]目前涉及五轴复合数控机床参数坐标精密加工的三维软件中，由于复杂曲面在三维建模时会产生一定程度的误差，因此，所得到的参数坐标会与实际情况产生较大的偏差，精度降低，且容易造成加工过程中机床产生颤振。本专利技术针对五轴复合数控机床，提出了一种五轴复合数控机床参数坐标精密加工方法，能够得到五轴复合数控机床精密的参数坐标，使加工曲面的精度得到提升。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种五轴复合数控机床参数坐标精密加工方法，且具有能实现在数控加工程序中进行五轴刀具长度的补偿和工件在机床坐标系中位置矢量的补偿。并且，该方法能够提高五轴复合数控机床加工的精度。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种五轴复合数控机床参数坐标精密加工方法，该方法包括以下步骤：
[0007]步骤一：建立五轴复合数控机床三维模型，通过各轴所固结的坐标系分析机床结构特点；
[0008]步骤二：根据待加工齿轮的渐开线螺旋面方程，选择五轴复合数控机床的形式，确定五轴复合数控机床为立式或卧式；
[0009]步骤三：使用光电式寻边器，通过摆头的旋转和平移，测量五轴复合数控机床的刀尖点到A轴旋转中心的距离；
[0010]步骤四：基于所述步骤二和步骤三，在数控机床初始坐标下，构建刀轴方向矢量与渐开线螺旋面单位法矢量之间的关系，得到五轴复合机床旋转轴的转动量；再基于刀轴位置矢量与渐开线螺旋面位置矢量的相对运动关系，得到五轴复合机床直线轴的位移量；
[0011]步骤五：基于上述步骤，将渐开线螺旋面方程代入五轴复合机床直线轴和旋转轴的位移量方程，确定渐开线螺旋面参数坐标u,θ与各轴位移量的关系，基于QT平台开发五轴自由铣削渐开线螺旋面界面。
[0012]所述步骤一中，所建立的五轴复合数控机床为卧式
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摆头转台五轴数控机床和立式
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摆头转台五轴数控机床的复合机床；在实际操作中，该五轴复合机床以卧式
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摆头转台五轴数控机床为默认状态，若需要使用立式
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摆头转台五轴数控机床，则只需将摆头绕与刀
具坐标系固连的A轴逆时针旋转90
°
，便可以实现由卧式
‑
摆头转台五轴数控机床到立式
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摆头转台五轴数控机床的转换。
[0013]所述步骤二中，在无需考虑渐开线螺旋面三维模型的情况下，分析待加工渐开线螺旋面方程特点，由此对五轴复合数控机床进行初步处理，选择五轴复合数控机床的形式，确定五轴复合机床为立式
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摆头转台五轴数控机床还是卧式
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摆头转台五轴数控机床。
[0014]所述步骤三中，使用光电式寻边器，摆头绕与刀具坐标系固连的A轴顺时针旋转90
°
后，沿z轴向下移动至刀头与工件接触，则所需测量的五轴复合数控机床的刀尖点到A轴旋转中心的距离，即摆长：摆长＝相对坐标系z值+测球半径。
[0015]所述步骤四中，根据步骤二所选择的五轴复合数控机床的形式，卧式或者立式，并结合步骤三中所测量得到的摆长，由刀轴矢量与渐开线螺旋面上任一点法向矢量应重合，刀轴位置矢量与渐开线螺旋面位置矢量的相对运动关系，推导渐开线螺旋线在五轴复合数控机床上各轴坐标位移计算公式。
[0016]所述步骤五中，分析由步骤四中得到的渐开线螺旋线在五轴复合数控机床下的位移量表达式，在QT中构建五轴自由铣削渐开线螺旋面的界面，该界面清晰明了，以五轴复合数控机床的形式、待加工的螺旋面参数、刀具摆长、两旋转轴的方向作为输入量；以各旋转轴以及直线轴的位移量作为输出量。
[0017]步骤一：建立五轴复合数控机床三维模型，通过各轴所固结的坐标系分析机床结构特点；在五轴复合数控机床上，分别建立工件坐标系(X
w
,Y
w
,Z
w
)，刀具坐标系(X
t
,Y
t
,Z
t
)，以及加工坐标系(X
m
,Y
m
,Z
m
)，其中旋转轴C与工件坐标系z轴固连且重合，旋转轴A与刀具坐标系x轴固连且重合，且工件坐标系与加工坐标系的初始位置重合；
[0018]步骤二：根据待加工的渐开线螺旋面方程，选择五轴复合数控机床的形式，确定五轴复合数控机床为立式或卧式；
[0019]步骤三：使用光电式寻边器，通过摆头的旋转和平移，测量五轴复合数控机床的刀尖点到A轴旋转中心的距离；机床立式定义下，摆头绕A轴旋转90
°
到A0位置，此时将相对坐标清零。手轮挡，令寻边器测头(定义测球半径为r)沿z轴方向移动距离a时刚好接触到工件上表面，此时得到摆长计算公式：
[0020]L＝a+r
ꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0021]步骤四：基于所述步骤二和步骤三，在数控机床初始坐标下，构建刀轴方向矢量与渐开线螺旋面单位法矢量之间的关系，得到五轴复合机床旋转轴的位移量；再基于刀轴位置矢量与渐开线螺旋面位置矢量的相对运动关系，得到五轴复合机床直线轴的位移量；
[0022]其中待加工渐开线螺旋面方程F(u,θ)如下：
[0023][0024]根据所给的渐开线螺旋面方程，求解该渐开线螺旋面上某点的单位法向量，利用刀具上的法向矢量和刀轴矢量重合，刀轴位置矢量与渐开线螺旋面位置矢量的相对运动关系，得到五轴复合机床旋转轴和直线轴的位移量。
[0025]在转台绕定轴C正向旋转θ
C
的情况下，记曲面F(u,θ)上某点的单位法向矢量为
则曲面上某点的单位法矢在工件坐标系下的变换方程如下：
[0026][0027]在刀具坐标系绕定轴A反向旋转θ
A
的情况下，记刀轴单位矢量为则刀轴单位矢量在工件坐标系下的变换方程如下：
[0028][0029]由转台转动θ
A
角度后的曲面法向单位矢量与摆头摆动θ
C
角度刀轴矢量重合，得到等式：
[0030][n
x1 n
y1 n
z1
]T
＝[u
x1 u
y1 u
z1
]T
ꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0031]同理，根据刀轴位置矢量与渐开线螺旋面位置矢量的相对运动关系，工件坐标系不动，刀具坐标原点在X、Y、Z轴方向静止，根据二者之间相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种五轴复合数控机床参数坐标精密加工方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：建立五轴复合数控机床三维模型，通过各轴所固结的坐标系分析机床结构特点；步骤二：根据待加工齿轮的渐开线螺旋面方程，选择五轴复合数控机床的形式，确定五轴复合数控机床为立式或卧式；步骤三：使用光电式寻边器，通过摆头的旋转和平移，测量五轴复合数控机床的刀尖点到A轴旋转中心的距离；步骤四：基于所述步骤二和步骤三，在数控机床初始坐标下，构建刀轴方向矢量与渐开线螺旋面单位法矢量之间的关系，得到五轴复合机床旋转轴的转动量；再基于刀轴位置矢量与渐开线螺旋面位置矢量的相对运动关系，得到五轴复合机床直线轴的位移量；步骤五：基于上述步骤，将渐开线螺旋面方程代入五轴复合机床直线轴和旋转轴的位移量方程，确定渐开线螺旋面参数坐标u,θ与各轴位移量的关系，基于QT平台开发五轴自由铣削渐开线螺旋面界面。2.根据权利要求1所述的一种五轴复合数控机床参数坐标精密加工方法，其特征在于，所述步骤一中，所建立的五轴复合数控机床为卧式
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摆头转台五轴数控机床和立式
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摆头转台五轴数控机床的复合机床；在实际操作中，该五轴复合机床以卧式
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摆头转台五轴数控机床为默认状态，若需要使用立式
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摆头转台五轴数控机床，则只需将摆头绕与刀具坐标系固连的A轴逆时针旋转90
°
，便可以实现由卧式
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摆头转台五轴数控机床到立式
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摆头转台五轴数控机床的转换...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪荣晶，沈敏，刘洋河，孙小敏，徐将铭，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：