非球面刀具多轴联动数控加工复杂曲面的通用方法专利检索-轨迹球外围设备电脑零配件专利检索查询-专利查询网

非球面刀具多轴联动数控加工复杂曲面的通用方法

阅读：1021发布：2020-08-08

专利汇可以提供非球面刀具多轴联动数控加工复杂曲面的通用方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种非球面刀具多轴联动数控加工复杂曲面的通用方法，包括以下步骤：(一)设计刀具相对工件的曲面展成运动：首先用具有连续的三阶偏导数的矢函数描述刀具曲面，再考虑边界条件，然后得到刀具曲面的包络曲面方程公式，获得最小加工误差的刀具相对工件的运动优化泛函极值模型公式和最大加工行宽的刀具相对工件的运动优化泛函极值模型公式，最后求解上述泛函极值模型，分别得到给定加工行宽情况下，使曲面加工误差最小的刀具相对工件的运动和给定极限误差情况下，使加工行宽最大的刀具相对工件的运动；(二)在具体机床上实现刀具相对工件的曲面展成运动。本发明充分发挥了多轴联动数控加工的潜力来提高曲面加工的精度和效率。，下面是非球面刀具多轴联动数控加工复杂曲面的通用方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种非球面刀具多轴联动数控加工复杂曲面的通用方法，其特征在于，包括以下步骤：
(一)设计刀具相对工件的曲面展成运动：
(1)将刀具曲面用具有连续的三阶偏导数的矢函数Σt:rt＝rt(ut,υt)描述，其中，ut,υt构成正交参数网，将被加工曲面用具有连续的三阶偏导数的矢函数Σp:rp＝rp(up,υp)描述，其中，up,υp构成正交参数网，将被加工曲面上的刀触点轨迹曲线Lp用矢函数rpM＝rpM(upM(sp),υpM(sp))描述，其中，sp为曲线Lp的弧长参数；
(2)通过刀具曲面的曲面活动标架
和刀触点轨迹曲线的活动标架
并考虑边界条件：沿刀触点轨迹曲线刀具曲面包络面与被加工曲面具有二阶切触，将刀具相对工件的曲面展成运动及其运动速度表达为刀具曲面、被加工曲面及其刀触点轨迹曲线内蕴几何量的函数，如下公式1和公式2：
Δ由边界条件：沿刀触点轨迹曲线刀具曲面包络面与被加工曲面具有二阶切触确定；
公式2：
式中
分别是曲面Σp在点M沿α方向的短程挠率和法曲率，是曲面Σp在点M沿α方向的短程曲率；
(3)通过刀具展成被加工曲面过程中的曲面啮合方程公式3，得到由刀具曲面、被加工曲面及其刀触点轨迹曲线内蕴几何量描述的刀具曲面的包络曲面方程公式4：
公式3：Nt·Vtp＝0公式4：
(4)通过比较刀具曲面的包络曲面与被加工曲面之间的误差，得到给定加工行宽情况下，获得最小加工误差的刀具相对工件的运动优化泛函极值模型公式5和给定极限误差情况下，获得最大加工行宽的刀具相对工件的运动优化泛函极值模型公式6：
公式5：
s.t.
δk≥0
公式6：
s.t.
δk≥0
(5)求解这两个泛函极值模型，就能分别得到给定加工行宽情况下，使曲面加工误差最小的刀具相对工件的运动和给定极限误差情况下，使加工行宽最大的刀具相对工件的运动；
(二)在具体机床上实现刀具相对工件的曲面展成运动，使用五轴联动数控机床和锥面盘铣刀加工复杂曲面时，该步骤技术方法具体实现步骤如下：
(1)选定五轴联动数控机床，在其机架和每一个运动轴上固结一个坐标系，形成该机床的描述刀具相对工件运动的坐标系统；
(2)通过机床坐标系统，刀具对工件的曲面展成运动表述为公式7；
(3)按运动设计与运动实现等效的原则，比较刀具相对工件的曲面展成运动的设计方程公式1与刀具相对工件的曲面展成运动的机床实现方程公式7得到方程8，求解方程8即可确定机床加工的各数控轴的运动控制方程；
公式7：
方程8：

说明书全文

非球面刀具多轴联动数控加工复杂曲面的通用方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种宽行加工复杂曲面的通用方法，尤其涉及一种非球面刀具多轴联动数控加工复杂曲面的通用方法。

背景技术

[0002] 目前，在复杂曲面的数控加工中广泛采用的是球头刀。球头刀加工适应性强、刀位规划简单,从理论上讲，只需三轴联动就可以加工任意复杂曲面。但是，球头刀无法通过刀位和姿态调整改变加工带宽和加工精度，因而，加工精度和效率比较低。利用五轴及以上多轴联动数控机床多自由度运动功能适当调整非球面刀具的刀位和姿态，可以获得最优的加工带宽和加工精度。然而，由于对五轴及以上多轴数控加工中复杂的刀具运动缺乏统一规范的描述方法，而且非球面刀具的刀位规划、精度控制和干涉检查等问题较球面刀具加工要复杂很多，目前，这方面的研究仅限于针对特定类型的刀具，采用近似简化的研究方法，没有形成通用的刀具运动控制优化理论。

发明内容

[0003] 本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种非球面刀具多轴联动数控加工复杂曲面的通用方法。

[0004] 本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

[0005] 本发明包括以下步骤：

[0006] (一)设计刀具相对工件的曲面展成运动：

[0007] (1)将刀具曲面用具有连续的三阶偏导数的矢函数Σt:rt＝rt(ut,υt)描述，其中，ut,υt构成正交参数网，将被加工曲面用具有连续的三阶偏导数的矢函数Σp:rp＝rp(up,υp)描述，其中，up,υp构成正交参数网，将被加工曲面上的刀触点轨迹曲线Lp用矢函数rpM＝rpM(upM(sp),υpM(sp))描述，其中，sp为曲线Lp的弧长参数；

[0008] (2)通过刀具曲面的曲面活动标架

[0009]

[0010] 和刀触点轨迹曲线的活动标架

[0011]

[0012] 并考虑边界条件：沿刀触点轨迹曲线刀具曲面包络面与被加工曲面具有二阶切触，将刀具相对工件的曲面展成运动及其运动速度表达为刀具曲面、被加工曲面及其刀触点轨迹曲线内蕴几何量的函数，如下公式1和公式2：

[0013]

[0014] Δ由边界条件：沿刀触点轨迹曲线刀具曲面包络面与被加工曲面具有二阶切触确定；

[0015] 公式2：

[0016]

[0017]

[0018]

[0019] 式中

[0020]

[0021] 分别是曲面Σp在点M沿α方向的短程挠率和法曲率，是曲面Σp在点M沿α方向的短程曲率；

[0022] (3)通过刀具展成被加工曲面过程中的曲面啮合方程公式3，得到由刀具曲面、被加工曲面及其刀触点轨迹曲线内蕴几何量描述的刀具曲面的包络曲面方程公式4：

[0023] 公式3：Nt·Vtp＝0 公式4：

[0024] (4)通过比较刀具曲面的包络曲面与被加工曲面之间的误差，得到给定加工行宽情况下，获得最小加工误差的刀具相对工件的运动优化泛函极值模型公式5和给定极限误差情况下，获得最大加工行宽的刀具相对工件的运动优化泛函极值模型公式6：

[0025] 公式5：

[0026]

[0027] s.t.

[0028] δk≥0

[0029]

[0030] 公式6：

[0031]

[0032] s.t.

[0033]

[0034] δk≥0

[0035]

[0036] (5)求解这两个泛函极值模型，就能分别得到给定加工行宽情况下，使曲面加工误差最小的刀具相对工件的运动和给定极限误差情况下，使加工行宽最大的刀具相对工件的运动。

[0037] (二)在具体机床上实现刀具相对工件的曲面展成运动，使用五轴联动数控机床和锥面盘铣刀加工复杂曲面时，该步骤技术方法具体实现步骤如下：：

[0038] (1)选定五轴联动数控机床，在其机架和每一个运动轴上固结一个坐标系，形成该机床的描述刀具相对工件运动的坐标系统；

[0039] (2)通过机床坐标系统，刀具对工件的曲面展成运动表述为公式7；

[0040] (3)按运动设计与运动实现等效的原则，比较刀具相对工件的曲面展成运动的设计方程公式1与刀具相对工件的曲面展成运动的机床实现方程公式7得到方程8，求解方程8即可确定机床加工的各数控轴的运动控制方程；

[0041] 公式7：

[0042]

[0043] 公式7中各变量的意义见附图4。

[0044] 方程8：

[0045]

[0046] 本发明的有益效果在于：

[0047] 本发明是一种非球面刀具多轴联动数控加工复杂曲面的通用方法，与现有技术相比，本发明在描述和设计刀具相对工件运动时，引入曲面自然活动标架，以刀具曲面和被加工曲面的内蕴几何量描述和设计刀具相对工件运动，建立刀具相对工件运动优化设计的泛函极值模型，该运动优化模型能同时满足被加工曲面局部特性和整体特性的要求，并能保证所得到的刀具相对工件的运动是连续光滑的，将刀具相对工件运动的优化设计与刀具相对工件运动的机床等效实现分别进行考虑，保证了刀位优化方法的通用性和全局性，避免了对刀具曲面和被加工曲面不必要的的近似简化处理所带来的加工误差，充分发挥了多轴联动数控加工的潜力来提高曲面加工的精度和效率。

附图说明

[0048] 图1是本发明刀具曲面及其包络面活动标架的相对运动图；

[0049] 图2是本发明刀具曲面包络面与被加工曲面的误差图；

[0050] 图3是本发明五轴联动数控机床的三维结构简图；

[0051] 图4是本发明五轴联动数控机床运动描述所涉及的坐标系；

[0052] 图5是本发明盘铣刀刀具曲面及其坐标系。

[0053] 图3中：1-z轴、2-x轴、3-y轴、4-工件立柱、5-机座、6-刀具主轴(C轴)、7-回转台(B轴)、8-工件主轴(A轴)。

具体实施方式

[0054] 下面结合附图对本发明作进一步说明：

[0055] 本发明包括以下步骤：

[0056] (一)设计刀具相对工件的曲面展成运动：

[0057] (1)将刀具曲面用具有连续的三阶偏导数的矢函数Σt:rt＝rt(ut,υt)描述，其中，ut,υt构成正交参数网，将被加工曲面用具有连续的三阶偏导数的矢函数Σp:rp＝rp(up,υp)描述，其中，up,υp构成正交参数网，将被加工曲面上的刀触点轨迹曲线Lp用矢函数rpM＝rpM(upM(sp),υpM(sp))描述，其中，sp为曲线Lp的弧长参数；

[0058] (2)通过刀具曲面的曲面活动标架

[0059]

[0060] 和刀触点轨迹曲线的活动标架

[0061]

[0062] 并考虑边界条件：沿刀触点轨迹曲线刀具曲面包络面与被加工曲面具有二阶切触(如图1所示)，将刀具相对工件的曲面展成运动及其运动速度表达为刀具曲面、被加工曲面及其刀触点轨迹曲线内蕴几何量的函数，如下公式1和公式2：

[0063]

[0064] Δ由边界条件：沿刀触点轨迹曲线刀具曲面包络面与被加工曲面具有二阶切触确定；

[0065] 公式2：

[0066]

[0067]

[0068]

[0069] 式中

[0070]

[0071] 分别是曲面Σp在点M沿α方向的短程挠率和法曲率，是曲面Σp在点M沿α方向的短程曲率；

[0072] (3)通过刀具展成被加工曲面过程中的曲面啮合方程公式3，得到由刀具曲面、被加工曲面及其刀触点轨迹曲线内蕴几何量描述的刀具曲面的包络曲面方程公式4：

[0073] 公式3：Nt·Vtp＝0 公式4：

[0074] (4)通过比较刀具曲面的包络曲面与被加工曲面之间的误差(如图2所示)，得到给定加工行宽情况下，获得最小加工误差的刀具相对工件的运动优化泛函极值模型公式5和给定极限误差情况下，获得最大加工行宽的刀具相对工件的运动优化泛函极值模型公式6：

[0075] 公式5：

[0076]

[0077] s.t.

[0078] δk≥0

[0079]

[0080] 公式6：

[0081]

[0082] s.t.

[0083]

[0084] δk≥0

[0085]

[0086] (5)求解这两个泛函极值模型，就能分别得到给定加工行宽情况下，使曲面加工误差最小的刀具相对工件的运动和给定极限误差情况下，使加工行宽最大的刀具相对工件的运动。

[0087] (二)在具体机床上实现刀具相对工件的曲面展成运动，以使用五轴联动数控机床和锥面盘铣刀加工复杂曲面为例，该步骤技术方法具体实现步骤如下：

[0088] (1)选定五轴联动数控机床(如图3所示，1-z轴、2-x轴、3-y轴、4-工件立柱、5-机座、6-刀具主轴(C轴)、7-回转台(B轴)、8-工件主轴(A轴))，在其机架和每一个运动轴上固结一个坐标系，形成该机床的描述刀具相对工件运动的坐标系统(如图4所示)；所使用的加工刀具曲面及其坐标系如图5所示。

[0089] (2)通过(如图4所示)机床坐标系统，刀具对工件的曲面展成运动表述为公式7；

[0090] (3)按运动设计与运动实现等效的原则，比较刀具相对工件的曲面展成运动的设计方程公式1与刀具相对工件的曲面展成运动的机床实现方程公式7得到方程8，求解方程8即可确定机床加工的各数控轴的运动控制方程。

[0091] 公式7：

[0092]

[0093] 公式7中各变量的意义见附图4。

[0094] 方程8：

[0095]

[0096] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

标题	发布/更新时间	阅读量
一种基于星历的低轨宽带卫星通信终端天线方向获取方法	2020-05-08	277
移动轨迹追踪装置和方法以及利用它们的射门模拟装置	2020-05-08	695
一种基于升空平台的天线波束测量系统及方法	2020-05-08	135
一种用于裁缝裤子的方法	2020-05-11	965
一种发电式海洋工程平台防风系统	2020-05-08	336
一种基于飞行轨迹的三维模型姿态调整控制方法	2020-05-08	812
鼠标及鼠标图形对象的显示方法	2020-05-08	381
一种曲线运动模型	2020-05-08	944
一种3D空间飞行表演轨迹的快速编绘装置	2020-05-08	990
一种气泵和充气系统	2020-05-08	691

非球面刀具多轴联动数控加工复杂曲面的通用方法

非球面刀具多轴联动数控加工复杂曲面的通用方法

技术领域

背景技术

发明内容

附图说明

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：