[发明专利]双转台五轴联动数控机床的夹具高度及加工路径优化方法

权利要求书

1.一种双转台五轴联动数控机床的夹具高度优化方法，该方法包括：

(1)根据加工工件的几何形状和工艺参数，生成数控机床的刀位轨迹文件；

(2)对所生成的刀位轨迹文件依次进行读取、解析以及提取刀位点位置坐标值x，y，z和刀轴矢量i，j，k的操作；

(3)利用步骤(2)所获得的i，j，k值，计算出双转台A轴的旋转角度θ_A和C轴的旋转角度θ_C；

(4)利用步骤(2)所获得的x，y，z和步骤(3)所计算出的θ_A和θ_C，通过下列公式(一)计算出与刀位点相关的系数和

ΔYn=(yn+1cosθC(n+1)cosθA(n+1)+xn+1cosθA(n+1)sinθC(n+1)-zn+1sinθA(n+1)+dcosθA(n+1))-]]>

(yncosθC(n)cosθA(n)+xncosθA(n)sinθC(n)-znsinθA(n)+dcosθA(n))]]>

ΔY,θAn=sinθA(n)-sinθA(n+1)]]>公式(一)

ΔZn=(yn+1sinθA(n+1)cosθC(n+1)+xn+1sinθA(n+1)sinθC(n+1)+zn+1cosθA(n+1)+dsinθA(n+1))-]]>

(ynsinθA(n)cosθC(n)+xnsinθA(n)sinθC(n)+zncosθA(n)+dsinθA(n))]]>

ΔZ,θAn=cosθA(n+1)-csoθA(n)]]>

其中在该公式(一)中，表示刀具及安装刀具的机床主轴在机床坐标系的Y轴位移表达式中的常系数；表示刀具及安装刀具的机床主轴在机床坐标系的Y轴位移表达式中与高度h相关部分的系数，所述高度h是工件坐标系原点相对于与C轴转台平行且经过A轴轴线的平面的高度；表示刀具及安装刀具的机床主轴在机床坐标系的Z轴位移表达式的常系数；表示刀具及安装刀具的机床主轴在机床坐标系的Z轴位移表达式中与高度h相关部分的系数；x_n、y_n、z_n分别表示第n个刀位点所对应的x、y和z坐标值，x_n+1、y_n+1、z_n+1分别表示第n+1个刀位点所对应的x、y和z坐标值；θ_A(n)、θ_C(n)分别表示第n个刀位点所对应的A轴和C轴旋转角，θ_A(n+1)、θ_C(n+1)分别表示第n+1个刀位点所对应的A轴和C轴旋转角；d表示A轴与C轴之间的偏置距离(该项为机床的固有结构参数)；n分别赋值为从1到N，N为刀位轨迹中所有刀位点的总数减去1。

(5)利用步骤(4)所获得的所述系数和通过下列公式(二)计算出最优夹具高度H_opt并将该最优夹具高度设定为优化后的夹具高度，由此实现对双转台式五轴联动数控机床的夹具高度优化过程：

Hopt=h0-Σn=1N(ΔYnΔY,θAn+ΔZnΔZ,θAn)Σn=1N(ΔY,θAn2+ΔZ,θAn2)]]>公式(二)

其中在公式(二)中，h₀表示A轴相对C轴转台平面的高度(该项为机床固有结构参数)，N赋值为刀位轨迹中所有刀位点的总数减去1。

2.一种双转台五轴联动数控机床的加工路径优化方法，该方法包括：

(1)根据加工工件的几何形状和工艺参数，生成数控机床的刀位轨迹文件；

(2)对所生成的刀位轨迹文件依次进行读取、解析以及提取刀位点位置坐标值x，y，z和刀轴矢量i，j，k的操作；

(3)利用步骤(2)所获得的i，j，k值，计算出双转台A轴的旋转角度θ_A和C轴的旋转角度θ_C；

(4)利用步骤(2)所获得的x，y，z和步骤(3)所计算出的θ_A和θ_C，通过下列公式(一)计算出与刀位点相关的系数和

ΔYn=(yn+1cosθC(n+1)cosθA(n+1)+xn+1cosθA(n+1)sinθC(n+1)-zn+1sinθA(n+1)+dcosθA(n+1))-]]>

(yncosθC(n)cosθA(n)+xncosθA(n)sinθC(n)-znsinθA(n)+dcosθA(n))]]>

ΔY,θAn=sinθA(n)-sinθA(n+1)]]>公式(一)

ΔZn=(yn+1sinθA(n+1)cosθC(n+1)+xn+1sinθA(n+1)sinθC(n+1)+zn+1cosθA(n+1)+dsinθA(n+1))-]]>

(ynsinθA(n)cosθC(n)+xnsinθA(n)sinθC(n)+zncosθA(n)+dsinθA(n))]]>

ΔZ,θAn=cosθA(n+1)-csoθA(n)]]>

其中在该公式(一)中，表示刀具及安装刀具的机床主轴在机床坐标系的Y轴位移表达式中的常系数；表示刀具及安装刀具的机床主轴在机床坐标系的Y轴位移表达式中与高度h相关部分的系数，所述高度h是工件坐标系原点相对于与C轴转台平行且经过A轴轴线的平面的高度；表示刀具及安装刀具的机床主轴在机床坐标系的Z轴位移表达式的常系数；表示刀具及安装刀具的机床主轴在机床坐标系的Z轴位移表达式中与高度h相关部分的系数；x_n、y_n、z_n分别表示第n个刀位点所对应的x、y和z坐标值，x_n+1、y_n+1、z_n+1分别表示第n+1个刀位点所对应的x、y和z坐标值；θ_A(n)、θ_C(n)分别表示第n个刀位点所对应的A轴和C轴旋转角，θ_A(n+1)、θ_C(n+1)分别表示第n+1个刀位点所对应的A轴和C轴旋转角；d表示A轴与C轴之间的偏置距离(该项为机床的固有结构参数)；n分别赋值为从1到N，N为刀位轨迹中所有刀位点的总数减去1。

(5)利用步骤(4)所获得的所述系数和通过下列公式(二)计算出最优夹具高度H_opt：

Hopt=h0-Σn=1N(ΔYnΔY,θAn+ΔZnΔZ,θAn)Σn=1N(ΔY,θAn2+ΔZ,θAn2)]]>公式(二)

其中在公式(二)中，h₀表示A轴相对C轴转台平面的高度(该项为机床固有结构参数)，N赋值为刀位轨迹中所有刀位点的总数减去1；

(6)利用步骤(5)所获得的最优夹具高度h_opt来对机床的加工路径实现后置优化处理，由此实现对双转台式五轴联动数控机床的加工路径优化过程。