[发明专利]一种基于刀具姿态控制的五轴数控加工指令点插补方法

摘要

本发明提供一种基于刀具姿态控制的五轴数控加工指令点插补方法，涉及数控加工领域。包括：获取刀尖点位置集合P和刀轴矢量集合Q；获取参数样条曲线P(u)；建立局部旋转坐标系Q0‑N‑V；得到刀轴矢量曲线Q(u)；确定夹角ψk和夹角对应的参数值uk；确定参数值uk对应点处一、二阶导数；构造满足二阶连续的曲线ψ(u)和确定第k个插补周期插补点对应参数值；得到下一插补周期的插补点和对应刀轴矢量。本发明提供的一种基于刀具姿态控制的五轴数控加工指令点插补方法，避免了线性插补方法中旋转轴随动变化产生的非线性误差，提高了加工精度，并且避免机床旋转轴的大幅变化，提高加工表面光滑度。

主权项

1.一种基于刀具姿态控制的五轴数控加工指令点插补方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据加工需求，使用五轴数控加工程序，根据给定的数控加工程序得到刀尖点位置集合P＝{Pk|Pk＝(Pxk，Pyk，Pzk)且Pxk，Pyk，Pzk∈R，k＝0，...，n}和刀轴矢量集合Q＝{Qk|Qk＝(Qxk，Qyk，Qzk)，|Qk|＝1，k＝0，...，n}；步骤2：根据读入的数控加工程序，将离散刀尖点位置集合转化为参数样条曲线P(u)；步骤3：根据读入的数控加工程序确定待插补曲线起始点P0和终点Pn对应的刀轴矢量Q0和Qn，从而建立局部旋转坐标系Q0‑N‑V；步骤4：根据任意点Pk∈P，确定其对应刀轴矢量Qk在局部旋转坐标系Q0‑N‑V中的位置，并根据任意刀轴矢量Qk得到刀轴矢量曲线Q(u)；步骤5：通过三次‑五次样条曲线拟合得到二阶连续的刀具姿态曲线ψ_k(u)和具体步骤如下：步骤5.1：采用向心参数化方法确定刀轴矢量Q_k与刀轴矢量Q₀和单位向量N所形成平面N‑Q₀的夹角ψ_k、刀轴矢量Q_k在平面N‑Q₀上的投影与起始向量Q₀的夹角对应的参数值u_k；步骤5.2：根据参数值u_k构造经过ψ_k和的三次样条曲线，确定参数值u_k对应点处一、二阶导数；步骤5.3：根据参数值u_k对应点处一、二阶导数，采用五次样条曲线构造满足二阶连续的曲线ψ(u)和步骤6：根据第k‑1个插补周期插补点对应的参数值uk‑1、系统插补周期Ts和第k‑1个插补周期对应加工速度V(uk‑1)，确定第k个插补周期插补点对应参数值uk；步骤7：将第k个插补周期插补点对应的参数值uk带入刀尖点拟合曲线P(u)和刀具姿态曲线Q(u)，即得到下一插补周期的插补点P(uk)和对应刀轴矢量Q(uk)。