[发明专利]一种针对于长悬臂结构摆角铣头五轴联动加工的后置处理方法

说明书

本发明公开了一种针对于长悬臂结构摆角铣头五轴联动加工的后置处理方法，应用于加工结构较为复杂的船用螺旋桨时，采用ABC轴具有长悬臂摆角铣头的后置处理过程中。包括对龙门机床和摆角铣头的结构进行分析；对机床建立运动学模型并求解其逆解；建立迭代方程，求解摆角铣头与转台各轴的转动角度；求解龙门机床横梁和滑枕的运动位置，该方法相比现有求解算法简化了求解过程，提高了CLS文件后置处理效率。

技术领域

本发明涉及船用定距螺旋桨数控加工方法，具体而言，涉及一种针对于长悬臂结构摆角铣头五轴联动加工的后置处理方法，在传统的运动学逆解求解方法基础之上，通过迭代的方法求解机床参与联动各轴的运动位置及角度。本发明属于CAD/CAM领域。

背景技术

大型船用定距螺旋桨的数控加工过程中通常采用摆角铣头配合龙门机床进行加工，龙门机床结构上会选用一转台C2轴代替X轴达到节省工作空间的效果。机床通过Y轴与C2轴的插补运动实现X轴的运动效果，从而对船用螺旋桨上的各点位进行加工。

部分螺旋桨结构复杂，桨叶叶数较多，采用普通结构形式的摆角铣头进行加工时，其自身及连接摆角铣头的滑枕易与螺旋桨叶片发生碰撞干涉。故加工时会采用有较长悬臂结构的ABC轴摆角铣头进行加工，其中C轴为辅助轴，用于调整摆角铣头的位姿，AB轴在加工时会与机床的Y轴、Z轴和转台的C2轴进行联动加工。在对上述联动形式的机床进行后置处理时，求解过程极为繁琐。2007年，华中科技大学的邹孝明提出了一种求解算法，当摆角铣头辅助轴C轴角度不为零时，需通过牛顿迭代法或二分法求得近似解；当摆角铣头辅助轴C轴角度为零时需多次将各轴角度代入公式中进行反算，其结果在误差范围内的解为正解。该种方法求解过程复杂，且不易于操作。

发明内容

为了简化现有后置处理算法中求解过程复杂的问题，本发明提出一种针对于长悬臂结构摆角铣头五轴联动加工的后置处理方法，运用较为简单的迭代算法求解出机床各轴的运动数值。具体技术方案如下：

一种针对于长悬臂结构摆角铣头五轴联动加工的后置处理方法,包含以下步骤：

S1、对机床和长悬臂摆角铣头结构进行分析，根据运动轴的位置和摆角铣头C轴-B轴，B轴-A轴，A轴-刀具间的偏置距离，建立运动学变换矩阵，得到CLS文件中刀触点坐标(x,y,z)和刀轴矢量(i,j,k)与摆角铣头C轴转动角度θ₁、B轴转动角度β和A轴转动角度α与龙门机床转台C2轴的转动角度θ₂之间的对应关系，如下方程式所示：

S2、对方程进行运动学逆解求解，得到如下结果：

S3、建立刀触点坐标(x,y,z)和龙门机床Y轴运动距离L_y、Z轴运动距离L_z；转台C2轴的转动角度θ₂；刀具长度L_Tool；摆角铣头C轴转动角度θ₁、B轴转动角度β和A轴转动角度α；摆角铣头C轴-B轴之间的偏置距离L_CBy，B轴-A轴之间的偏置距离L_BAx，A轴-刀具间的偏置距离L_ATx之间的关系，可建立如下的变换关系：

S4、对式(2)和式(3)中的各轴转动角度θ₂、β和α；各轴运动位置L_y、L_z进行求解。

通过对式(2)和式(3)观察后可发现，在式(2)中关于B轴转动角度β和A轴转动角度α求解时需要以θ₁和θ₂作为输入，其中θ₁为辅助轴的转动角度，可以由人为进行规定。而θ₂的角度需要通过式(3)进行求解，又与B轴转动角度β和A轴转动角度α相关。