[发明专利]五轴数控车床无干涉加工位姿优化方法

权利要求书

1.一种五轴数控车床无干涉加工位姿优化方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：基于螺旋投影驱动原理，得到包络待加工工件的螺旋刀触点位置坐标，计算路径轨迹中各个刀触点处周向截面曲线对应的斜率；

步骤二：考虑五轴车床旋转轴B轴驱动刀轴摆动的特性：建立五轴加工中刀触点对应的截面曲线斜率分别与刀轴正向极限摆角和刀轴负向极限摆角之间的关系，确定刀轴正向摆角可行区间a和刀轴负向摆角可行区间b；结合区间a与区间b，确定无全局/局部干涉的刀轴矢量可达区域c；

步骤三：以旋转轴B轴平滑过渡为优化目标，对刀轴矢量进行光顺化处理，得到五轴数控车床无干涉加工位姿优化序列；

步骤四：考虑刀杆结构特点确定机床坐标系中的坐标原点，根据五轴联动过程，分析各轴位置与运动变换矩阵，对刀触点和刀轴矢量进行后处理得到可被机床识别的G代码。

2.根据权利要求1所述的五轴数控车床无干涉加工位姿优化方法，其特征在于：所述步骤一中，计算路径轨迹中各个刀触点处周向截面曲线对应的斜率的方法为：

基于螺旋投影驱动原理，将阿基米德螺旋线投影到待加工工件表面，得到包络待加工工件的螺旋刀触点位置坐标(x_f,y_f,z_f)，其中f＝0,1,…,n，n为全路径中刀触点总数；

构建同时经过刀触点(x_f,y_f,z_f)且垂直于工件轴线的平面方程G(x_f,y_f,z_f)，得到该平面与工件曲面F(x_f,y_f,z_f)相交而成的截面曲线，求解得到各个刀触点在周向截面曲线上对应的斜率k_f。

3.根据权利要求1所述的五轴数控车床无干涉加工位姿优化方法，其特征在于：所述步骤二中，确定刀轴正向摆角可行区间a的方法为：

针对刀触点i，基于已选择的刀具前角γ，对刀具前刀面进行局部干涉判断，确定五轴加工中刀触点i处刀轴正向极限摆角α_i：

α_i＝γ

考虑已选择的刀具刀柄形状尺寸D，对刀具前刀面进行全局干涉判断，建立五轴加工中除刀触点i外的任意刀触点j对应的截面曲线斜率k_j与刀轴正向极限摆角α_j之间的关系：

其中，L₁为刀触点i与刀触点j之间的距离；ε₁为向量与刀触点i刀轴矢量之间的夹角；η为刀触点i处法线与水平直线间的夹角；(x_i,y_i,z_i)为刀触点i的坐标；(x_j,y_j,z_j)为刀触点j的坐标；j≠i；

得到无碰撞干涉的刀轴正向极限摆角α_j：

求解除刀触点i外其他所有刀触点的刀轴正向极限摆角，得到在刀触点i处无局部过切干涉和全局碰撞干涉的刀轴正向摆角可行区间a_i：

a_i＝(0,α₁)∩(0,α₂)∩…∩(0,α_n)

依次求解所有刀触点的刀轴正向摆角可行区间，得到刀轴正向摆角可行区间a：

a＝[a₁,a₂…,a_n-1,a_n]。