[发明专利]一种基于高压水射流的椭圆型封头打孔与剖口方法

权利要求书

1.一种基于高压水射流的椭圆型封头打孔与剖口方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)在五轴刀头安装高度感测装置；

(2)根据椭圆封头方程将孔与剖口平面轨迹贴合至封头表面形成曲面轨迹；

(3)根据椭圆封头指定厚度层的曲面轨迹与内侧曲面轨迹联立表面曲面轨迹得到插补点的空间姿态并转换为AC旋转轴角度；

(4)沿空间姿态方向抬高轨迹并启用高度检测装置调整刀头与椭圆封头凹凸不平的表面之间的间距，将误差反馈回数控系统，其中，所述误差为数控机床将封头表面每个插补点处的凹凸高度与设置的安全高度之间的差值；

(5)根据反馈误差修改路径并添加补偿。

2.如权利 要求1所述的基于高压水射流的椭圆型封头打孔与剖口方法，其特征在于，步骤(2)中得到将孔与剖口平面轨迹贴合至封头表面形成曲面轨迹为：将封头底部中心置为(0，0，0)，假设待切割孔与剖口的圆心O为(x，y，z)、孔的半径为R，剖口的半径为l以及剖口的厚度为d，将圆心与封头底部中心的连线在XY平面的投影旋转至X轴，旋转后的圆心O₁坐标为即旋转后圆在X轴上的一点为将此点以旋转后的圆心为圆心，以Z轴方向为法向量旋转360°，插补得到n个点，且n越大，图形越精确，然后，计算得到的每个点在X轴上的分量：

其中，Vn为插补点的坐标，θ的范围为0～360°；

并将之代入封头的椭圆标准方程即可得到每个点在Z轴上的分量；最后将每个点在X轴上的分量和在Y轴上的分量沿着Z轴旋转a°，a为初始圆心与旋转后圆心之间的夹角，即可得到待切割孔与剖口在封头表面曲面路径；同理可得到待切割孔在剖口内侧的曲面轨迹与剖口在封头指定厚度层的曲面轨迹。

3.如权利 要求1所述的基于高压水射流的椭圆型封头打孔与剖口方法，其特征在于，步骤(3)中插补点的空间姿态的方法为：根据椭圆封头指定厚度层的曲面轨迹，上下层轨迹对应位置相减即可得到刀头的空间矢量：

T＝(x1-x，y1-y，z1-z)

其中x1、y1、z1为上层对应插补点，x、y、z为下层对应插补点；

转换即可得到对应点处A轴与C轴的旋转角度，具体方法如下：首先求出表面一个插补点和内部或内侧对应插补点的连线在XY平面投影的长度为L，将两个点的高度差比上L并进行反正弦，得到刀身与XY面的夹角，再根据AC型刀头的数学模型将其转换为A轴的旋转角度；

推导得到的刀身与XY面夹角ang与A轴旋转角度的关系为：

最后根据AC型刀头的数学模型将A轴旋转角度与刀尖轨迹联立得到C轴旋转角度，将每对插补点与AC轴的旋转角度相对应即可得到理论的切割轨迹。

4.如权利 要求1所述的基于高压水射流的椭圆型封头打孔与剖口方法，特征在于，步骤(4)具体包括：先在原始切割路径的X、Y、Z方向上分别增加tx*k/tz、ty*k/tz、k，其中k为设置的安全高度；然后数控机床沿着抬高后的切割路径进行空走，设置刀尖与封头之间的安全高度h，根据高度检测器的反馈，当刀尖点距离插补点所在面的水平距离小于h时，刀尖沿着刀身空间姿态方向上升，反之下降，并将误差δ反馈回数控系统；

若理论切割点为P1(x，y，z，c，a)，安全高度为z1，且z1z，p1点处的空间姿态为：T＝(tx，ty，tz)，则修改后的切割点坐标P2与P1的误差p＝(tx*(z1-z)/tz，ty*(z1-z)/tz，z1-z，0，0)。

5.如权利 要求1所述的基于高压水射流的椭圆型封头打孔与剖口方法，特征在于，步骤(5)根据反馈误差修改路径并添加补偿的方法为：根据反馈误差δ，在封头表面的曲面路径每个插补点的X、Y、Z方向上分别增加tx*δ/tz、ty*δ/tz、δ；AC轴未发生变化，故无需处理，故将反馈校正后的切割路径加上原来对应A轴、C轴的旋转角度即可得到最终的切割路径，并根据水线的宽度，加上对应补偿，保持切割大小不变；校正后的坐标P2(x1，y1，z1，c1，a1)＝P1(x，y，z，c，a)+p(tx*(z1-z)/tz，ty*(z1-z)/tz，z1-z，0，0)；根据水线宽度添加补偿，补偿后的坐标P3＝P2(x1，y1，z1，c1，a1)+k*(tx，ty，tz，0，0)，其中tx、ty、tz为对应点处的刀尖空间矢量。