[发明专利]一种多主轴头加工的空行程无干涉轨迹规划方法

说明书

一种多主轴头加工的空行程无干涉轨迹规划方法，包括以下步骤：建立多主轴头机床的运动学模型，对工件进行方块化处理，对刀具进行点集化处理；基于棱交点法生成规划刀具的刀位点轨迹，将轨迹首末端点、棱交点处规划刀具与工件的相对位置参数作为刀位点路径的调节参数；在关节空间内采用5次样条曲线描述两旋转轴和末端轨迹沿任一坐标轴的轨迹，将描述方程中的未知量用与棱交点有关的参数和始末端点处的位置参数进行描述；由加权系数法建立关于空行程的多目标适应度函数，采用两级相交检测算法检测干涉，若干涉则适应度值为0；采用遗传算法进行迭代优化。本发明提出的方法能够规划出一条无干涉、运动时间较短、旋转轴角度变化量较小、末端轨迹最短的具有柔性的空行程轨迹。

技术领域

本发明涉及一种数控加工技术，尤其是一种数控加工路径规划技术，具体地说是一种基于遗传算法的多轴头五轴加工的空行程无干涉轨迹规划方法。

背景技术

进入21世纪以来，我国木工装备行业发展迅猛，木工装备的生产总值位居全球第二，尤其是数控木工机械的发展更是令世人瞩目，因此我国木工高端数控装备的开发与研究越来越受重视。多主轴头五轴加工机床的主轴上可以同时安装多把不同类型的刀具，因而钻孔、铣槽、切割等多种工艺可以在一次加工中同时完成，明显减少了传统方式的换刀、对刀次数，避免了换刀引起的误差，从而显著提高了加工效率和加工质量，是木材高端数控设备的主流之一。多主轴头机床是靠A轴旋转来实现“换刀”的，操作简单方便，如果采用传统的“定点”换刀模式，则不能很好地发挥出其优势。因此对多主轴头的加工空行程进行规划，在加工间隙中换刀，缩短辅助加工路径，显著提高加工效率，是很有必要的。同时，多主轴头结构具有较强的灵活性，这使得刀杆具极易与工件发生全局干涉，这样将会导致加工零件因不能达到要求而废弃，刀具毁坏，甚至损坏机床设备。因此在空行程路径规划中，还需要考虑刀具与工件的碰撞干涉问题。

发明内容

本发明的目的是针对五轴木工加工中心主轴换刀空行程中存在刀具与工件碰撞干涉的问题，发明一种多主轴头加工的空行程无干涉轨迹规划方法，能够实现多主轴头加工的空行程无干涉轨迹规划。

本发明的技术方案是：

一种多主轴头加工的空行程无干涉轨迹规划方法，其特征是它包括以下步骤：

S1：将机床结构类比机械手的串联开链结构，采用Modified D-H(Denavit-Hartenberg)法建立多主轴头机床的运动学模型；

S2：对工件进行方块化处理，对刀具进行点集化处理；

S3：设置空行程起始点和目的点，基于棱交点法生成规划刀具的刀位点轨迹，且将首末端点、棱交点处规划刀具与工件的相对位置参数作为刀位点路径的调节参数；

S4：在关节空间内采用5次样条曲线描述两旋转轴，生成刀位点轨迹的刀轴矢量，在关节空间内采用5次样条曲线描述末端轨迹沿任一坐标轴方向的分轨迹，各个平动轴的轨迹由刀位点末端轨迹和刀位点刀轴矢量确定；

S5：将描述方程中的未知量用与棱交点、始末端点有关的运动参数进行描述，将不能够确定的参数提取出来作为待定参数；

S6：将待定参数和始末端点、棱交点处的位置参数作为待优化参数；

S7：采用两级相交检测算法来检测干涉；

S8：由加权系数法建立关于空行程的多目标适应度函数，若发生干涉则适应度值为0；

S9：应用遗传算法迭代优化，直至适应度函数值达到预期值或者收敛。

具体而言：