[发明专利]五轴加工奇异区域的检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数控技术领域中的五轴加工技术，具体的说是一种五轴加工奇异区域的检测方法。

背景技术

五轴机床在三个平动轴的基础上增加了两个旋转轴，使刀具能够以不同的角度对工件进行加工，这种加工模式能够获得比三轴加工更高的加工效率和更好的加工质量。但是由于旋转运动的影响，当刀具通过奇异点附近区域时，旋转轴会产生不连续并且急速的转动，这不但使加工过程产生很大误差，而且极易破坏工件，甚至损伤机床部件。因此，准确的检测出奇异点的位置和奇异区域的范围，是对奇异区域内的加工进行处理的第一步，对提高加工精度和效率至关重要。

奇异区域不只包括奇异点这一个点，当加工进入奇异区域时，机床轴的运动就会发生突变，导致环状加工轨迹的产生。但现有的检测方法大多仅针对奇异点的位置，没有考虑整个区域的范围。有的检测方法通过检测平动轴的位置变化量和旋转轴的角度变化量来判定加工是否接近奇异点，但是这种方法没有涉及时间概念，不能完全反映出奇异区域内机床轴的“速度突变”。在实际应用中，有的系统通过在加工中访问奇异点资料库来检测当前位置是否为奇异点，但建库的过程繁琐，而且该方法的通用性也不高。

发明内容

针对五轴加工过程中存在对奇异区域检测的通用性不高、准确性差等不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种能够准确判断奇异点区域范围的五轴加工奇异区域的检测方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明五轴加工奇异区域的检测方法包括以下步骤：

建立五轴机床的运动学转换关系，确定相应的雅可比矩阵通式；

根据数控加工程序求解相邻加工点的各轴变化量；

对雅可比矩阵按列进行归一化处理，并求解雅可比矩阵的条件数；

通过雅可比矩阵的状态判断加工路径是否处于奇异区域。

所述对雅可比矩阵按列进行归一化处理通过以下公式实现：

B(i,j)=A(i,j)-min(aj)max(aj)-min(aj),(1≤i≤6,1≤j≤5)---(19)]]>

其中max(a_j)和min(a_j)分别表示初始雅可比矩阵中第j列中的最大值和最小值；A(i，j)为初始的雅可比矩阵中第i行第j列的数据，B(i，j)为归一化后的雅可比矩阵中第i行第j列的数据。

求解雅可比矩阵的条件数通过以下公式实现：

cond(J(Q_ΔG))₂＝||J(Q_ΔG)||₂||J^-1(Q_ΔG)||₂            (20)