專利名稱：五坐標(biāo)數(shù)控加工刀具路徑轉(zhuǎn)換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)控加工技術(shù)，尤其是一種面向特定機(jī)床的數(shù)控加工刀具路徑構(gòu)造方法。
背景技術(shù)：
新型高推比高性能航空發(fā)動機(jī)的風(fēng)扇、壓氣機(jī)和渦輪等普遍采用整體葉盤結(jié)構(gòu)形式。與傳統(tǒng)的葉片和輪盤裝配結(jié)構(gòu)相比，整體葉盤省去了榫頭、榫槽和鎖緊裝置，避免了榫 頭氣流損失；同時，大量減少零件數(shù)量，減輕結(jié)構(gòu)重量。整體機(jī)匣是高性能航空發(fā)動機(jī)減重 的關(guān)鍵技術(shù)，采用整體機(jī)匣結(jié)構(gòu)能大大減少零部件數(shù)量，減輕結(jié)構(gòu)重量，提高發(fā)動機(jī)效率。 整體葉盤類似于一些葉輪類零件，開式整體葉盤因其具有開敞性，可選擇的傳統(tǒng)半精加工、 精加工數(shù)控加工方式是點銑和側(cè)銑加工，均為多坐標(biāo)聯(lián)動加工；閉式整體葉盤只能采用從 兩側(cè)對接加工的方式，因其空間結(jié)構(gòu)狹窄，干涉條件復(fù)雜，必須應(yīng)用五坐標(biāo)定軸加工和連續(xù) 變軸加工，均為五坐標(biāo)加工方式。整體葉盤及機(jī)匣類零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使其加工工藝復(fù)雜，無論采用何種加工方式，必 須編制大量的粗加工、半精加工及精加工刀具路徑文件，構(gòu)成完整的多坐標(biāo)數(shù)控加工解決 方案。通過工藝編程系統(tǒng)編制的數(shù)控加工文件工程量巨大，且在工件試切完成后，經(jīng)工藝驗 證和優(yōu)化后的加工刀具路徑中包含有大量的切削參數(shù)信息。整體葉盤及機(jī)匣類零件在工程 制造過程中，由于工序繁多，面向的加工設(shè)備類型多樣，受加工車間設(shè)備資源調(diào)度的控制， 其加工設(shè)備常面臨變更，如強(qiáng)制工件優(yōu)先占用指定設(shè)備將嚴(yán)重降低車間運轉(zhuǎn)效率。當(dāng)加工 設(shè)備變更時，其機(jī)床結(jié)構(gòu)和工藝驗證所使用的設(shè)備不同，機(jī)床坐標(biāo)系和旋轉(zhuǎn)軸都有變化，直 接采用工藝系統(tǒng)輸出的刀位文件不能用于新設(shè)備的加工刀具路徑后置處理，且未包含經(jīng)過 驗證的切削參數(shù)信息。加工設(shè)備改變后，必須面向新設(shè)備進(jìn)行數(shù)控加工刀具路徑準(zhǔn)備，最基本的方法為 面向新加工設(shè)備，重新編制加工刀具路徑，經(jīng)編程軟件輸出編程刀具路徑文件后面向加工 設(shè)備后置處理獲得加工刀具路徑，并再次進(jìn)行工藝驗證和優(yōu)化，此種處理方法已經(jīng)不是加 工設(shè)備變更的處理范疇，而是對已獲得工藝成果推倒重來，造成巨大浪費和重復(fù)勞動。改進(jìn) 的方法為對編程刀具路徑文件進(jìn)行新舊兩種設(shè)備間的對應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后再進(jìn)行面向新 設(shè)備的加工刀具路徑后置處理，此種方式下刀位軌跡沿用了原機(jī)床的編程成果，屬于對基 本方法的改進(jìn)，但編程文件轉(zhuǎn)換后后置獲得的加工刀具路徑仍必須重新驗證和優(yōu)化，效率 不高。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)實施過程復(fù)雜，效率低的不足，本發(fā)明提供一種五坐標(biāo)數(shù)控加 工刀具路徑轉(zhuǎn)換方法，實現(xiàn)在其加工中面臨加工設(shè)備變更時能快速有效的利用已有的經(jīng)過 驗證和優(yōu)化的加工刀具路徑給出新設(shè)備的加工刀具路徑，使加工刀具路徑準(zhǔn)備步驟簡潔， 效率提高，且加工刀具路徑準(zhǔn)確，加工工藝合理。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟—、建立轉(zhuǎn)換前后設(shè)備數(shù)據(jù)表，設(shè)備數(shù)據(jù)包括了數(shù)控設(shè)備的一些基本屬性，用于描 述數(shù)控設(shè)備的基本加工能力。設(shè)備數(shù)據(jù)具體包括各直線軸和旋轉(zhuǎn)軸的行程、工作臺可安裝 工件最大直徑、主軸方向、第四軸和第五軸的定義地址字、機(jī)床控制系統(tǒng)及機(jī)床是否具有自 動跟蹤指令。二、根據(jù)設(shè)備 特性構(gòu)造每個機(jī)床自身在刀位文件描述的刀具路徑和加工刀具路徑 之間轉(zhuǎn)換前后兩設(shè)備的后置處理方法，其過程包括(一)將刀位文件中的刀軸方向矢量在第四軸旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)投影，將第五軸擺動平 面在第四軸旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)的投影，將兩個投影之間的夾角作為第四軸旋轉(zhuǎn)角，并將刀軸方向 矢量旋轉(zhuǎn)到第五軸擺動平面內(nèi)。(二)如果第五軸是直擺模式，則將旋轉(zhuǎn)到第五軸擺動平面內(nèi)的刀軸方向矢量和 主軸方向矢量之間的夾角作為第五軸旋轉(zhuǎn)角；如果第五軸旋轉(zhuǎn)中心不與坐標(biāo)系三軸向之 一平行，即第五軸是斜擺模式，則刀軸矢量在第五軸擺動平面內(nèi)的投影和第五軸旋轉(zhuǎn)角有 一一對應(yīng)關(guān)系，用于確定第五軸旋轉(zhuǎn)角。并且由于第五軸的斜擺動使刀軸矢量產(chǎn)生了第五 軸擺動平面以外的分量，刀軸矢量在第四軸擺動平面內(nèi)的投影所產(chǎn)生的第四軸附加擺動角 度必須疊加到第四軸擺動角度中以使實際加工中刀軸矢量與給定值相同。(三)如果設(shè)備不具備自動跟蹤指令，將刀位文件描述的刀具路徑直線軸坐標(biāo)進(jìn) 行繞機(jī)床第四軸和第五軸軸心的旋轉(zhuǎn)變換，旋轉(zhuǎn)角度為第四軸旋轉(zhuǎn)角和第五軸旋轉(zhuǎn)角，先 完成第四軸旋轉(zhuǎn)，再進(jìn)行第五軸旋轉(zhuǎn)，將旋轉(zhuǎn)后的直線軸坐標(biāo)作為后置處理后的加工刀具 路徑直線軸坐標(biāo)。(四)如果設(shè)備具有自動跟蹤指令，則使設(shè)備自動跟蹤，并將刀位文件中的直線坐 標(biāo)設(shè)為加工刀具路徑直線軸坐標(biāo)。三、對輸入的加工刀具路徑反算得到直線軸編程刀位點，必須構(gòu)造反跟蹤旋轉(zhuǎn)處 理方法，其過程為(一 )如果設(shè)備具有自動跟蹤指令，則直線軸編程刀位點即為加工刀具路徑直線 軸坐標(biāo)。( 二)如果設(shè)備不具有自動跟蹤指令，則必須對加工刀具路徑輸入的直線軸坐標(biāo) 值進(jìn)行反跟蹤處理。根據(jù)步驟二.(三)中的直線軸后置處理方法進(jìn)行反后置處理，將輸入 的直線軸坐標(biāo)先在第五軸擺動平面內(nèi)反向旋轉(zhuǎn)第五軸旋轉(zhuǎn)角，再在第四軸擺動平面內(nèi)反向 旋轉(zhuǎn)第四軸旋轉(zhuǎn)角，獲得直線軸編程刀具路徑坐標(biāo)值。四、構(gòu)造轉(zhuǎn)換前后設(shè)備間的坐標(biāo)系對應(yīng)關(guān)系，其過程為(一 )轉(zhuǎn)換前后兩機(jī)床的第四軸互相對應(yīng)；( 二)轉(zhuǎn)換前后兩機(jī)床的第五軸互相對應(yīng)；(三)轉(zhuǎn)換前后兩機(jī)床的第四軸旋轉(zhuǎn)軸心所在的直線軸互相對應(yīng)；(四)第五軸擺刀平面由兩條直線軸構(gòu)成，其中一條是第四軸旋轉(zhuǎn)軸心，已在兩機(jī) 床間構(gòu)成對應(yīng)關(guān)系，則第五軸擺刀平面內(nèi)的另一條直線軸在轉(zhuǎn)換前后兩機(jī)床間互相對應(yīng)； 如第五軸為斜擺頭，則擺刀平面定義為斜擺頭兩擺動極值處矢量構(gòu)成的平面；(五)除掉已經(jīng)互相對應(yīng)的各自四個坐標(biāo)軸，轉(zhuǎn)換前后兩機(jī)床的五個坐標(biāo)軸中各 自有一個直線坐標(biāo)軸未建立對應(yīng)關(guān)系，將該直線坐標(biāo)軸在兩機(jī)床間建立對應(yīng)關(guān)系。
五、根據(jù)坐標(biāo)系對應(yīng)關(guān)系，構(gòu)造兩機(jī)床間互相進(jìn)行加工刀具路徑轉(zhuǎn)換方法，其過程 為(一 )按轉(zhuǎn)換前后兩機(jī)床直線軸間對應(yīng)關(guān)系完成兩機(jī)床加工刀具路徑之間直線軸 數(shù)據(jù)對應(yīng)轉(zhuǎn)換，對不具有自動跟蹤功能的機(jī)床按照步驟二中的分步驟(三)進(jìn)行跟蹤處理 或按照步驟三中的分步驟(二)反跟蹤處理；( 二)按轉(zhuǎn)換前后兩機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸間的對應(yīng)關(guān)系，以主軸方向作為基準(zhǔn)方向，將旋轉(zhuǎn) 軸坐標(biāo)值區(qū)間進(jìn)行對應(yīng)，按對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行旋轉(zhuǎn)軸數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。對于第五軸是斜擺頭的情況，計 算第五軸旋轉(zhuǎn)對第四軸的影響并計入第四軸坐標(biāo)值。六、按照步驟五構(gòu)造的機(jī)床加工刀具路徑轉(zhuǎn)換方法完成加工刀具路徑轉(zhuǎn)換。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明利用了五坐標(biāo)數(shù)控加工設(shè)備的直線軸坐標(biāo)矢量 和旋 轉(zhuǎn)軸軸心矢量的對應(yīng)關(guān)系，建立了五坐標(biāo)機(jī)床之間的直線軸對應(yīng)關(guān)系和旋轉(zhuǎn)軸對應(yīng)關(guān)系， 通過兩機(jī)床坐標(biāo)系對應(yīng)關(guān)系，完成了坐標(biāo)值的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。并且，根據(jù)輸入機(jī)床和輸出機(jī)床各 自是否具備自動跟蹤指令，轉(zhuǎn)換過程對加工刀具路徑進(jìn)行了跟蹤旋轉(zhuǎn)和反跟蹤旋轉(zhuǎn)處理。 該發(fā)明采用經(jīng)過驗證和優(yōu)化的加工刀具路徑作為輸入，保留了加工刀具路徑優(yōu)化成果，提 高了部件設(shè)備轉(zhuǎn)換時的加工刀具路徑準(zhǔn)備效率，減少了工作量。下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。


圖1是直擺頭加擺盤式五坐標(biāo)機(jī)床空間結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是斜擺頭加擺盤式五坐標(biāo)機(jī)床空間結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是斜擺頭加擺盤式五坐標(biāo)機(jī)床和直擺頭加擺盤式五坐標(biāo)機(jī)床坐標(biāo)系對應(yīng)關(guān) 系示意圖。圖4加工刀具路徑轉(zhuǎn)換流程圖。
具體實施例方式圖1是直擺頭加擺盤式五坐標(biāo)機(jī)床空間結(jié)構(gòu)。直擺頭加擺盤式五坐標(biāo)機(jī)床結(jié)構(gòu)為 三直線軸X、Y、Z及工作臺無限制旋轉(zhuǎn)軸及主軸頭擺頭，本發(fā)明以SAJ012000P機(jī)床為例，旋 轉(zhuǎn)軸為工作臺繞中心旋轉(zhuǎn)的B軸和主軸繞X方向旋轉(zhuǎn)的A軸，機(jī)床五坐標(biāo)立式狀態(tài)下主軸 在+Y方向，第五軸擺刀平面為YOZ。圖2是斜擺頭加擺盤式五坐標(biāo)機(jī)床空間結(jié)構(gòu)。對斜擺工作臺或斜擺主軸頭方式的 機(jī)床，其斜擺軸在擺動中對直擺軸有角度附加，且斜擺軸自身擺動角度計算也較復(fù)雜，以主 軸頭斜擺的DMU 80P五坐標(biāo)機(jī)床為例，工作臺旋轉(zhuǎn)為C軸，主軸斜擺為B軸，主軸頭結(jié)構(gòu)為 立式，主軸OO1T繞中心YZ平面角平分線方向旋轉(zhuǎn)，第五軸擺刀平面為Υ0Ζ。本發(fā)明針對整體葉盤及整體機(jī)匣的五坐標(biāo)加工刀具路徑的轉(zhuǎn)換進(jìn)行。對加工刀具 路徑的輸入設(shè)備類型和輸出設(shè)備類型選定后，轉(zhuǎn)換系統(tǒng)自動完成轉(zhuǎn)換過程，給出轉(zhuǎn)換結(jié)果。 實施五坐標(biāo)數(shù)控加工刀具路徑多設(shè)備間轉(zhuǎn)換的具體步驟如下一、建立設(shè)備數(shù)據(jù)表數(shù)控加工刀具路徑在設(shè)備間轉(zhuǎn)換，必須保證目標(biāo)設(shè)備能滿足加工刀具路徑的行程 和刀軸姿態(tài)要求。設(shè)備受尺寸及結(jié)構(gòu)限制，其加工能力各不相同，相關(guān)參數(shù)包括各軸行程及工作臺直徑等參數(shù)，可將設(shè)備相關(guān)參數(shù)建立數(shù)據(jù)表，用于設(shè)備加工能力描述。設(shè)備數(shù)據(jù)具體 包括各直線軸和旋轉(zhuǎn)軸的行程、工作臺可安裝工件最大直徑、主軸方向、第四軸和第五軸 的定義地址字、機(jī)床控制系統(tǒng)及機(jī)床是否具有自動跟蹤指令，據(jù)此建立的設(shè)備加工能力數(shù) 據(jù)表范例如表1。表1 二、構(gòu)造機(jī)床的后置處理針對轉(zhuǎn)換前后的設(shè)備，構(gòu)造所有設(shè)備的后置處理方法，作為刀具路徑轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)。 此處后置處理方法僅指運動指令求解，包括直線軸求解和旋轉(zhuǎn)軸求解。以下給出了兩種五 坐標(biāo)機(jī)床后置處理方法。 1、直擺頭加擺盤式五坐標(biāo)機(jī)床后置處理 由圖1所示的SAJO 12000Ρ機(jī)床空間結(jié)構(gòu)，已知刀位文件格式為(x0, y0, z0, i，j， k)，編程坐標(biāo)系為OpXYZ,機(jī)床坐標(biāo)系為OmXYZ,工件原點安裝在距工作臺C軸中心(xa，ya，za)處，刀長加主軸擺長為1，求在編程坐標(biāo)系下的刀位點坐標(biāo)值。機(jī)床第四軸旋轉(zhuǎn)平面為Χ0Ζ，第五軸擺動平面為Υ0Ζ，刀位文件中的刀軸方向矢 量在第四軸旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)的投影為(i，o，k)，第五軸擺動平面在第四軸旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)的投影為 (0，0，1)，兩投影間的夾角即為第四軸旋轉(zhuǎn)角，考慮到角度定義及平面坐標(biāo)系角度計算，其 第四軸B角度計算方法為 刀軸方向矢量旋轉(zhuǎn)到第五軸擺動平面內(nèi)，獲得的矢量為(Ο,ΛΛ/Ρ+λ3)，主軸方向 矢量為(0，0，1)，兩矢量之間的夾角即為第五軸旋轉(zhuǎn)角，其第五軸A角度計算方法如下 (1. 2)工作臺所在的第四軸旋轉(zhuǎn)后，刀位點隨工作臺旋轉(zhuǎn)其位置將發(fā)生變化，因工作臺 相對于主軸頭運動，因此工作臺反向旋轉(zhuǎn)了 B角度，則刀位點也繞工作臺中心反向旋轉(zhuǎn)了 B 角度。將刀位點先從編程坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換至機(jī)床坐標(biāo)系，繞工作臺中心反向旋轉(zhuǎn)B角度后再轉(zhuǎn) 換回編程坐標(biāo)系，刀位點旋轉(zhuǎn)后坐標(biāo)如下 同時，主軸頭所在的第五軸擺動引起了刀尖位置的變化，必須給A軸擺動中心相 應(yīng)的偏移量抵消掉此位置偏移。如圖1所示，1= IOO1I,擺動A角后O1移動到O2點。主軸旋轉(zhuǎn)A角后，刀尖點在Z向偏移了(-IsinA)，在Y向偏移了 1(1-C0SA)，平衡 此偏移的刀位點變換矩陣為 則在編程坐標(biāo)系下轉(zhuǎn)換后刀位點為[ZYZ1 ] = [x0y0z0IjT1T2 (1.6)SAJO機(jī)床具有自動跟蹤指令TRAORI，在設(shè)定為自動跟蹤狀態(tài)時，編程坐標(biāo)系下轉(zhuǎn) 后后刀位點和刀位文件中的直線坐標(biāo)相同，即[ZYZ] = [x0y0z0] (1. 7)2、斜擺頭加擺盤式五坐標(biāo)機(jī)床后置處理由圖2所示的斜擺頭加擺盤式DMU 80P機(jī)床，已知刀位文件格式為(xQ，y0, z0, i， j，k)，編程坐標(biāo)系為OpXYZ,機(jī)床坐標(biāo)系為OmXYZ,工件原點安裝在距工作臺C軸中心(xa，ya， za)處，刀長加主軸的縱向擺長為I1= IO1Tl,橫向擺長I2= I 00」，求在編程坐標(biāo)系下的刀 位點坐標(biāo)值。機(jī)床第四軸旋轉(zhuǎn)平面為Χ0Υ，第五軸擺動平面為Χ0Ζ，刀位文件中的刀軸方向矢 量在第四軸旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)的投影為(i，j，0)，第五軸擺動平面在第四軸旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)的投影為 (0，1，0)，兩投影間的夾角即為第四軸旋轉(zhuǎn)角，考慮到角度定義及平面坐標(biāo)系角度計算，其 第四軸C角度計算方法為 刀軸方向矢量旋轉(zhuǎn)到第五軸擺動平面XOZ內(nèi)，獲得的矢量為
，主軸方
向矢量為(0，0，1)，第五軸擺動中心矢量為0^/,0，^/)此時第五軸旋轉(zhuǎn)角度為主軸方
向矢量繞擺動中心矢量旋轉(zhuǎn)B角度后，主軸方向矢量在第五軸擺動平面內(nèi)的投影與刀軸方 向矢量重合。其第五軸B角度計算方法如下 主軸頭斜擺后使主軸方向O1T在XY平面內(nèi)的投影也發(fā)生了變化，工作臺的轉(zhuǎn)角要 補(bǔ)償此值，其第四軸C角度綜合計算公式為 公式(1. 10)中，當(dāng)i2+j2 = 0時，前半部分取90°。工作臺所在的第四軸旋轉(zhuǎn)后，刀位點隨工作臺旋轉(zhuǎn)其位置將發(fā)生變化，因工作臺 相對于主軸頭運動，因此工作臺反向旋轉(zhuǎn)了 C角度，則刀位點也繞工作臺中心反向旋轉(zhuǎn)了 C 角度。將刀位點先從編程坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換至機(jī)床坐標(biāo)系，繞工作臺中心反向旋轉(zhuǎn)C角度后再轉(zhuǎn) 換回編程坐標(biāo)系，刀位點旋轉(zhuǎn)后坐標(biāo)如下 第五軸擺動B角度后，引起了刀尖點的偏移，刀尖偏移變換矩陣為 刀尖的位置偏移量為(ΔχΔγΔζ) = (O-I5-I1) (T4-E) (1. 14)則在編程坐標(biāo)系下轉(zhuǎn)換后刀位點為 DMU機(jī)床具有自動跟蹤指令M128，在設(shè)定為自動跟蹤狀態(tài)時，編程坐標(biāo)系下轉(zhuǎn)后 后刀位點和刀位文件中的直線坐標(biāo)相同，即[XYZ] = [x0y0z0] (1. 16)三、從加工刀具路徑中計算編程刀位點。
加工刀具路徑轉(zhuǎn)換首先輸入源機(jī)床的刀具路徑，經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸出為目標(biāo)機(jī)床的加工 刀具路徑。轉(zhuǎn)換過程中必須從加工刀具路徑中取得直線軸編程刀位點，對于處于自動跟蹤 模式下的加工刀具路徑，其直線軸編程刀位點和加工刀具路徑中的刀位點相同，對于非自 動跟蹤模式下的加工刀具路徑，必須構(gòu)造直線軸刀位點反自動跟蹤處理。SAJO機(jī)床的加工刀具路徑在非自動跟蹤模式時，其編程刀位點的反自動跟蹤算法 為 DMU 80Ρ機(jī)床的加工刀具路徑在非自動跟蹤模式時，其編程刀位點的反自動跟蹤 算法為
‘ 四、構(gòu)造轉(zhuǎn)換前后兩設(shè)備間坐標(biāo)系對應(yīng)關(guān)系1、轉(zhuǎn)換前后兩機(jī)床的第四軸互相對應(yīng)SAJO 12000P機(jī)床的第四軸B軸對應(yīng)DMU 80P機(jī)床的C軸。2、轉(zhuǎn)換前后兩機(jī)床的第五軸互相對應(yīng)SAJO 12000P機(jī)床的第五軸A軸對應(yīng)DMU 80P機(jī)床的B軸。3、轉(zhuǎn)換前后兩機(jī)床的第四軸旋轉(zhuǎn)軸心所在的直線軸互相對應(yīng)SAJO 12000P機(jī)床的第四軸旋轉(zhuǎn)軸心Y軸和DMU 80P機(jī)床的第四軸旋轉(zhuǎn)軸心方向 Z軸對應(yīng)。 4、第五軸擺刀平面中的剩余直線軸對應(yīng)SAJ012000P機(jī)床的第五軸擺刀平面為YOZ，DMU 80P機(jī)床的第五軸擺刀平面為 YOZo SAJ012000P機(jī)床的Y軸已經(jīng)和DMU 80P機(jī)床的Z軸對應(yīng)，因此擺刀平面內(nèi)剩余的直線 坐標(biāo)對應(yīng)為SAJO 12000P機(jī)床的Z軸和DMU 80P機(jī)床的Y軸對應(yīng)。5、轉(zhuǎn)換前后兩機(jī)床五個坐標(biāo)中的剩余直線軸坐標(biāo)對應(yīng)每個機(jī)床有五個坐標(biāo)，其中的四個已各自一一對應(yīng)，所剩余的一個直線坐標(biāo)相互 對應(yīng)。SAJO 12000P機(jī)床剩余了 X軸，DMU 80P機(jī)床剩余了 X軸，即SAJO 12000P機(jī)床的X 軸和DMU 80P機(jī)床的X軸對應(yīng)。五、根據(jù)坐標(biāo)系對應(yīng)關(guān)系，構(gòu)造所有機(jī)床和中間機(jī)床之間互相進(jìn)行加工刀具路徑 轉(zhuǎn)換方法加工刀具路徑轉(zhuǎn)換包括兩部分，一部分是直線軸轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換方法即按照直線軸 對應(yīng)方式，進(jìn)行坐標(biāo)值轉(zhuǎn)換和必要處理；另一部分是旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)換，旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)換在沒有斜擺的 情況下只進(jìn)行行程對應(yīng)和方向?qū)?yīng)并完成轉(zhuǎn)換，在有斜擺時比較復(fù)雜，需按空間關(guān)系進(jìn)行 轉(zhuǎn)換。(一 )直線軸轉(zhuǎn)換根據(jù)DMU 80P機(jī)床和SAJ012000P機(jī)床之間直線坐標(biāo)系對應(yīng)關(guān)系建立相互映射矩 陣，設(shè)兩機(jī)床坐標(biāo)系為OdXYZ (DMU機(jī)床)和OsXYZ (SAJ0機(jī)床)，兩機(jī)床直線軸相互對應(yīng)關(guān)系 如圖4所示，其映射矩陣Tds和Tsd為

(1.19)其中xs、ys、zs分別為SAJO機(jī)床的直線軸編程坐標(biāo)，xd、yd、zd分別為DMU機(jī)床的直 線軸編程坐標(biāo)。如果源機(jī)床在自動跟蹤模式下，則直接取加工刀具路徑中的坐標(biāo)按映射矩 陣進(jìn)行轉(zhuǎn)換，否則，按步驟三取源機(jī)床的編程坐標(biāo)點按映射矩陣進(jìn)行轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后輸出成目 標(biāo)機(jī)床加工刀具路徑時，如果目標(biāo)機(jī)床在自動跟蹤模式下，則直接輸出為目標(biāo)機(jī)床的加工 刀具路徑直線軸坐標(biāo)，否則，按步驟二將獲得的直線軸編程坐標(biāo)后置處理轉(zhuǎn)換為加工坐標(biāo) 后輸出。(二)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)換兩機(jī)床的旋轉(zhuǎn)軸對應(yīng)關(guān)系為SAJ0 12000P機(jī)床的第四軸B軸對應(yīng)DMU 80P機(jī)床 的C軸，SAJO 12000P機(jī)床的第五軸A軸對應(yīng)DMU 80P機(jī)床的B軸。設(shè)SAJO機(jī)床的刀軸矢 量為(is，is，ks)，DMU機(jī)床的刀軸矢量為(id，jd，kd)，刀軸矢量之間按直線軸映射矩陣Tds和 Tsd對應(yīng)，在兩機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸間建立遞推關(guān)系 將遞推關(guān)系化簡，可得DMU 80Ρ機(jī)床的旋轉(zhuǎn)軸bd和Cd向SAJ012000P的旋轉(zhuǎn)軸as 和bs轉(zhuǎn)換關(guān)系式為 上式中當(dāng)bd = 0，取 bs = cd-90°。DMU 80P機(jī)床的B角對應(yīng)在直角坐標(biāo)系下的擺動范圍為90°，從SAJO向DMU轉(zhuǎn)換 時，如ase
，主軸頭上抬，DMU斜擺無法實現(xiàn)；如as e [-120°，-90° ]，主軸 頭內(nèi)擺，DMU機(jī)床必須將工作臺做180°對稱旋轉(zhuǎn)以使A擺角區(qū)間[-120°，-90° ]轉(zhuǎn)化到 [-60°，-90° ]，此對稱旋轉(zhuǎn)可能導(dǎo)致在連續(xù)的加工刀具路徑中工作臺突轉(zhuǎn)，使SAJO機(jī)床 內(nèi)外擺聯(lián)動加工刀具路徑在DMU中無法實現(xiàn)。轉(zhuǎn)換前應(yīng)面向目標(biāo)機(jī)床的加工能力對加工刀 具路徑進(jìn)行可行性評估，確保目標(biāo)機(jī)床能滿足加工刀具路徑的加工要求。普通情況下，即當(dāng) as e [-90°，0° ]時SAJ012000P的旋轉(zhuǎn)軸as和bs向DMU 80P機(jī)床的旋轉(zhuǎn)軸bd和Cd轉(zhuǎn)換 方式如下

時取反正切為 90°

六、按照對應(yīng)轉(zhuǎn)換算法完成加工刀具路徑轉(zhuǎn)換本發(fā)明構(gòu)建了圖4所示的加工刀具路徑轉(zhuǎn)換流程，加工刀具路徑轉(zhuǎn)換如圖進(jìn)行。 輸入加工刀具路徑，用旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)換方法完成旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)換。如果兩機(jī)床均具有自動跟蹤功能， 則直接用坐標(biāo)系映射矩陣轉(zhuǎn)換直線坐標(biāo)，完成加工刀具路徑轉(zhuǎn)換。如果源機(jī)床不具有跟蹤 功能，其刀位點必須逆后置處理為編程坐標(biāo)系下的刀位點，之后再進(jìn)行坐標(biāo)映射轉(zhuǎn)換；如果 目標(biāo)機(jī)床不具有跟蹤功能，必須將編程坐標(biāo)系下的刀位點后置處理轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)后的刀 位點。最復(fù)雜的方式下，兩機(jī)床均不具有自動跟蹤功能，則需先反跟蹤旋轉(zhuǎn)計算直線軸坐 標(biāo)，再后置處理獲得目標(biāo)機(jī)床的加工刀具路徑。以下是摘自一段整體葉輪在SAJO 12000P機(jī)床上的加工刀具路徑為......N76G1X-21. 957Y-32. 674Z52. 860A-26. 244B-21. 254F500N77G1X-21. 619Y-32. 947Z53. 021A-26. 538B-20. 834F553N78G1X-21. 282Y-33. 222Z53. 180A-26. 831B-20. 411F523N79G1X-20. 945Y-33. 500Z53. 338A-27. 127B-19. 984F410N80G1X-20. 610Y-33. 779Z53. 495A-27. 427B-19. 552F400N81G1X-20. 276Y-34. 060Z53. 651A-27. 732B-19. 114F450N82G1X-19. 944Y-34. 343Z53. 807A-28. 044B-18. 670F489N83G1X-19. 613Y-34. 629Z53. 962A-28. 361B-18. 220F520N84G1X-19. 284Y-34. 916Z54. 117A-28. 685B-17. 764F515......經(jīng)本發(fā)明給出的加工刀具路徑轉(zhuǎn)換方法轉(zhuǎn)換為DMU 80P機(jī)床的加工刀具路徑為......75L X21. 957Y52. 860Z-32. 674B96. 639C30. 290F50076L X21. 619Y53. 021Z-32. 947B96. 109C30. 970F55377L X21. 282Y53. 180Z-33. 222B95. 583C31. 649F52378L X20. 945Y53. 338Z-33. 500B95. 053C32. 334F41079L X20. 610Y53. 495Z-33. 779B94. 518C33. 026F40080L X20. 276Y53. 651Z-34. 060B93. 975C33. 726F45081L X19. 944Y53. 807Z-34. 343B93. 423C34. 436F48982L X19. 613Y53. 962Z-34. 629B92. 863C35. 155F52083L X19. 284Y54. 117Z-34. 916B92. 293C35. 883F515......
權(quán)利要求
五坐標(biāo)數(shù)控加工刀具路徑轉(zhuǎn)換方法，其特征在于包括下述步驟一、建立轉(zhuǎn)換前后設(shè)備數(shù)據(jù)表，設(shè)備數(shù)據(jù)包括各直線軸和旋轉(zhuǎn)軸的行程、工作臺可安裝工件最大直徑、主軸方向、第四軸和第五軸的定義地址字、機(jī)床控制系統(tǒng)及機(jī)床是否具有自動跟蹤指令；二、根據(jù)設(shè)備特性構(gòu)造每個機(jī)床自身在刀位文件描述的刀具路徑和加工刀具路徑之間轉(zhuǎn)換前后兩設(shè)備的后置處理方法，其過程包括(一)將刀位文件中的刀軸方向矢量在第四軸旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)投影，將第五軸擺動平面在第四軸旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)的投影，將兩個投影之間的夾角作為第四軸旋轉(zhuǎn)角，并將刀軸方向矢量旋轉(zhuǎn)到第五軸擺動平面內(nèi)；(二)如果第五軸是直擺模式，則將旋轉(zhuǎn)到第五軸擺動平面內(nèi)的刀軸方向矢量和主軸方向矢量之間的夾角作為第五軸旋轉(zhuǎn)角；如果第五軸是斜擺模式，則刀軸矢量在第五軸擺動平面內(nèi)的投影和第五軸旋轉(zhuǎn)角有一一對應(yīng)關(guān)系，用于確定第五軸旋轉(zhuǎn)角，刀軸矢量在第四軸擺動平面內(nèi)的投影所產(chǎn)生的第四軸附加擺動角度疊加到第四軸擺動角度中；(三)如果設(shè)備不具備自動跟蹤指令，將刀位文件描述的刀具路徑直線軸坐標(biāo)進(jìn)行繞機(jī)床第四軸和第五軸軸心的旋轉(zhuǎn)變換，旋轉(zhuǎn)角度為第四軸旋轉(zhuǎn)角和第五軸旋轉(zhuǎn)角，先完成第四軸旋轉(zhuǎn)，再進(jìn)行第五軸旋轉(zhuǎn)，將旋轉(zhuǎn)后的直線軸坐標(biāo)作為后置處理后的加工刀具路徑直線軸坐標(biāo)；(四)如果設(shè)備具有自動跟蹤指令，則使設(shè)備自動跟蹤，并將刀位文件中的直線坐標(biāo)設(shè)為加工刀具路徑直線軸坐標(biāo)；三、對輸入的加工刀具路徑反算得到直線軸編程刀位點，必須構(gòu)造反跟蹤旋轉(zhuǎn)處理方法，其過程為(一)如果設(shè)備具有自動跟蹤指令，則直線軸編程刀位點即為加工刀具路徑直線軸坐標(biāo)；(二)如果設(shè)備不具有自動跟蹤指令，則必須對加工刀具路徑輸入的直線軸坐標(biāo)值進(jìn)行反跟蹤處理；根據(jù)步驟二的分步驟(三)中的直線軸后置處理方法進(jìn)行反后置處理，將輸入的直線軸坐標(biāo)先在第五軸擺動平面內(nèi)反向旋轉(zhuǎn)第五軸旋轉(zhuǎn)角，再在第四軸擺動平面內(nèi)反向旋轉(zhuǎn)第四軸旋轉(zhuǎn)角，獲得直線軸編程刀具路徑坐標(biāo)值；四、構(gòu)造轉(zhuǎn)換前后設(shè)備間的坐標(biāo)系對應(yīng)關(guān)系，其過程為(一)轉(zhuǎn)換前后兩機(jī)床的第四軸互相對應(yīng)；(二)轉(zhuǎn)換前后兩機(jī)床的第五軸互相對應(yīng)；(三)轉(zhuǎn)換前后兩機(jī)床的第四軸旋轉(zhuǎn)軸心所在的直線軸互相對應(yīng)；(四)第五軸擺刀平面由兩條直線軸構(gòu)成，其中一條是第四軸旋轉(zhuǎn)軸心，已在兩機(jī)床間構(gòu)成對應(yīng)關(guān)系，則第五軸擺刀平面內(nèi)的另一條直線軸在轉(zhuǎn)換前后兩機(jī)床間互相對應(yīng)；如第五軸為斜擺頭，則擺刀平面定義為斜擺頭兩擺動極值處矢量構(gòu)成的平面；(五)除掉已經(jīng)互相對應(yīng)的各自四個坐標(biāo)軸，轉(zhuǎn)換前后兩機(jī)床的五個坐標(biāo)軸中各自有一個直線坐標(biāo)軸未建立對應(yīng)關(guān)系，將該直線坐標(biāo)軸在兩機(jī)床間建立對應(yīng)關(guān)系；五、根據(jù)坐標(biāo)系對應(yīng)關(guān)系，構(gòu)造兩機(jī)床間互相進(jìn)行加工刀具路徑轉(zhuǎn)換方法，其過程為(一)按轉(zhuǎn)換前后兩機(jī)床直線軸間對應(yīng)關(guān)系完成兩機(jī)床加工刀具路徑之間直線軸數(shù)據(jù)對應(yīng)轉(zhuǎn)換，對不具有自動跟蹤功能的機(jī)床按照步驟二中的分步驟(三)進(jìn)行跟蹤處理或按照步驟三中的分步驟(二)反跟蹤處理；(二)按轉(zhuǎn)換前后兩機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸間的對應(yīng)關(guān)系，以主軸方向作為基準(zhǔn)方向，將旋轉(zhuǎn)軸坐標(biāo)值區(qū)間進(jìn)行對應(yīng)，按對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行旋轉(zhuǎn)軸數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；對于第五軸是斜擺頭的情況，計算第五軸旋轉(zhuǎn)對第四軸的影響并計入第四軸坐標(biāo)值；六、按照步驟五構(gòu)造的機(jī)床加工刀具路徑轉(zhuǎn)換方法完成加工刀具路徑轉(zhuǎn)換。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種五坐標(biāo)數(shù)控加工刀具路徑轉(zhuǎn)換方法，首先建立轉(zhuǎn)換前后設(shè)備數(shù)據(jù)表，然后根據(jù)設(shè)備特性構(gòu)造每個機(jī)床自身在刀位文件描述的刀具路徑和加工刀具路徑之間轉(zhuǎn)換前后兩設(shè)備的后置處理方法，對輸入的加工刀具路徑反算得到直線軸編程刀位點，必須構(gòu)造反跟蹤旋轉(zhuǎn)處理方法，構(gòu)造轉(zhuǎn)換前后設(shè)備間的坐標(biāo)系對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)坐標(biāo)系對應(yīng)關(guān)系，構(gòu)造兩機(jī)床間互相進(jìn)行加工刀具路徑轉(zhuǎn)換方法，按照構(gòu)造的機(jī)床加工刀具路徑轉(zhuǎn)換方法完成加工刀具路徑轉(zhuǎn)換。本發(fā)明提高了部件設(shè)備轉(zhuǎn)換時的加工刀具路徑準(zhǔn)備效率，減少了工作量。
文檔編號G05B19/19GK101859126SQ201010162338
公開日2010年10月13日 申請日期2010年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月30日
發(fā)明者任軍學(xué), 劉維偉, 單晨偉, 史耀耀, 吳寶海, 姚倡鋒, 汪文虎, 王增強(qiáng), 田榮鑫, 藺小軍, 黃新春 申請人:西北工業(yè)大學(xué)