[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

说明书

技术领域

本发明涉及到多轴数控加工领域，更具体地，涉及一种用于对双转台五轴联动数控机床的夹具高度及加工路径执行优化的方法。

背景技术

多轴联动数控加工技术广泛运用于复杂曲面薄壁零件的加工中，特别是在航空航天领域，能够高效地加工具有自由曲面的整体叶轮和叶片等。在多轴联动数控加工处理过程中，可以根据零件几何形状和工艺参数合理规划出加工刀路，并生成相应刀位轨迹文件。该文件需要经过后置处理，也即根据机床结构将刀位轨迹进行运动学反解从而将运动分解到机床各轴并转换成为数控加工NC代码，才能驱动机床加工。相应地，对刀位轨迹文件的后置处理方式的选择，直接影响到数控加工过程中机床多个轴的运动路径，进而影响到机床的加工精度。

2008年Dein Shaw等研究了AC工作台回转型机床的后置处理优化问题，指出工件的摆放位置对后置处理后得到的X轴、Y轴和Z轴运动路径长度有较大影响，并采用遗传算法对工件摆放位置进行优化来缩短机床运动路径，但遗传算法的计算量很大且只能以较大的概率获得全局最优解，而且不能理论上解释最优摆放位置与后置路径长度间的关系。

机床夹具在机床加工过程中用于装夹工件，使得机床、刀具和工件保持正确相对位置，因此机床夹具的类型及其相关参数的选择同样直接影响到机床加工精度。尤其在例如整体叶轮等复杂曲面零件的数控加工中，机床的夹具高度是一个重要参数，其变化改变工件坐标系相对机床坐标系之间的关系，从而影响运动学反解结果，改变各轴的转角或位移。在数控加工程序的进给率设为恒定的条件下，如果机床的夹具高度设计不当，机床XYZ轴的整体运动量会增大，延长加工时间，并且局部速度可能超出机床响应速度，造成工件局部加工质量劣化并威胁加工安全。对于复杂曲面零件的数控加工，其加工时间往往长达数十小时。因此，如果能够根据加工路径合理地设计机床夹具的高度实现全局后置优化，可以有效缩短加工时间和保证加工质量，产生明显的经济效益。

发明内容

针对以上技术问题，本发明的目的在于提供一种通过调整机床的夹具高度来对双转台五轴联动数控机床的加工路径执行优化的方法，由此可以通过对机床夹具高度的选择及调整，避免由于夹具高度设计不当而造成机床各轴运动量增大从而影响局部加工质量和延长加工时间等问题。

按照本发明的一个方面，提供了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