[发明专利]一种基于刀触点路径段的五轴线性插补方法

说明书

本发明公开了一种基于刀触点路径段的五轴线性插补方法，用以解决传统五轴G01线性插补时无法实现刀触点运动轨迹的有效控制问题。在传统五轴G01线性插补指令只能输入五个参数的基础上，改变为可以输入八个参数，增加的三个参数为刀触点在机床坐标系下的坐标；采用数据采样原理对刀触点路径段进行时间分割，获取当前插补周期的插补刀触点、刀心点和刀具位姿角，计算插补刀心点、刀触点间距与刀具半径的差，若超出加工允许误差则以插补刀触点为基准计算刀心点调整距离与方向单位矢量并对刀心点进行位置调整，完成对机床平动轴的伺服控制。本发明能有效保证刀具在零件加工表面上进给运动轨迹的形状和位置精度，可大大提高零件五轴加工时的表面加工质量。

技术领域

本发明涉及计算机数字控制(CNC)技术领域，特别涉及该领域中五轴加工线性插补时刀触点路径段的精密控制技术。

背景技术

CNC技术是一种将切削刀具轨迹数字化后由计算机对该数字化轨迹进行精密插补、将插补得到的数据用以驱动数字伺服电机作出相应的运动、最终完成零件切削加工的一种数字化运动控制技术。在CNC技术领域最核心的轨迹控制功能是由CNC系统来实现的，而CNC系统里面最核心的功能即是轨迹插补控制功能。实现插补功能的算法即为插补算法。插补算法的多样性决定了CNC系统的轨迹控制能力的多样性，而插补算法的优劣程度则决定着CNC系统的轨迹控制精度。因此，通过对CNC系统插补算法的补充和完善，不但可以丰富系统的功能，而且对于提高CNC加工的精度具有重要作用和现实意义。

五轴CNC加工是CNC加工领域在近些年来应用的越来越广泛的一种加工工艺形式。与刀具轴向始终固定的三轴CNC加工有明显区别的是：在五轴CNC加工过程中，刀具轴向在不断变化以适应零件的外形轮廓要求。因此，五轴CNC加工刀具具有较好的可达性和灵活性等特点，对零件的复杂外形能做出适应性的刀具轴向调整，一般都将其应用于复杂零件的加工中。五轴CNC机床通常是三个平动轴加上两个旋转轴，五个伺服运动轴同时联合运动形成刀具的运动轨迹，正因为此五轴CNC加工也称为五轴联动CNC加工。当前，五轴CNC系统中最普遍使用的轨迹插补控制功能仍然是五轴线性插补功能，在ISO6983标准里被定义为G01指令。以A-C双转台类型五轴机床为例，G01指令的使用格式为：G01 Xx Yy Zz Aa Cc。上述格式中：X/Y/Z/A/C为保留关键字，分别表示X、Y、Z三个平动轴和A、C两个旋转轴；x/y/z/a/c分别为相应五个运动轴X/Y/Z/A/C的运动控制终点坐标。由于切削加工运动的连续性，对于任意相邻的两个G01加工指令，前一个G01指令的终点即为后一个G01指令的起点。因此每一个G01都可视为一个加工路径段，而G01表示在其路径段起点和终点之间合成为直线(线性)轨迹。

然而，现行的五轴线性插补方法一般都是控制刀具刀心点的运动轨迹为线性轨迹即可，完全直接忽略刀具与零件切削接触点的运动轨迹形状。这是目前CNC加工领域轨迹控制对象存在的一个根本性问题，究其原因在于：刀心点并不参与切削加工而刀触点才是切削刃上与零件表面的接触点，刀触点运动轨迹的形状和位置精度将直接决定零件切削表面的成形精度和粗糙度。可见，提高刀触点运动轨迹的控制精度对零件加工质量的提高具有重要意义。然而，五个伺服运动轴在刀触点处的合成运动轨迹比较复杂，对仅给定刀心点数据信息的传统五轴G01线性插补而言根本无法实现对刀触点运动轨迹的有效控制。

发明内容

为解决以上现有五轴线性插补方法在给定数据信息少、无法实现刀触点轨迹控制等方面存在的技术问题，本发明提供一种基于给定刀触点线性轨迹的五轴线性插补方法。该方法包括的内容是：1)改变现有五轴加工G01指令的使用格式；2)五轴线性插补算法中增加对刀触点路径段的实时线性插补并对插补刀心点的位置进行实时调整。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

1)在现有G01指令的基础上，扩展增加刀心点对应的刀触点数据信息，将原来的五参数G01指令格式扩充为八参数指令格式：

G01 Xx Yy Zz Aa Cc Uu Vv Ww；