CN112548172B - 一种应用于特殊七轴五联动形式机床的后置处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于特殊七轴五联动形式机床的后置处理方法，根据机床的结构建立多体运动学模型，多体运动学模型按照从工件‑转台‑机床‑溜板‑立柱‑摆角铣头‑刀具的顺序进行建立；建立多体运动学模型构建位置坐标变换矩阵，得到刀位点矩阵和刀轴矢量矩阵；根据刀位点矩阵和刀轴矢量矩阵求解出机床各运动轴与刀位点坐标之间的转换方程。从几何层面出发建立刀位点坐标与机床各运动轴之间的对应关系，对摆角铣头的转动轴C轴与转台的转动轴C2轴的具体数值进行求解，所提供的后置处理算法从几何层面出发考虑了考虑机床、摆角铣头尺寸参数，解决摆角铣头的转动轴C轴与转台的转动轴C2轴转动角度求解问题。

Description

一种应用于特殊七轴五联动形式机床的后置处理方法
技术领域
本发明涉及船用定螺距螺旋桨数控加工方法，具体而言，涉及一种针对船用螺旋桨加工七轴五联动形式机床的后置处理方法，在现有运动学逆解方法基础之上，从几何层面考虑坐标变换后应达到的效果进行后置处理方法的推导。属于CAD/CAPP/CAM技术领域。
背景技术
螺旋桨为舰船的关键动力零部件之一，其制造精度影响推进效率、噪声等诸多因素。定螺距螺旋桨主要由龙门机床配合摆角铣头进行铣削加工，再由人工打磨螺旋桨表面保证制造精度。
定距螺旋桨尺寸较可调距螺旋桨较大，根据不同的应用对象，其直径一般在4m以上，部分大型螺旋桨直径可达9-10m。针对大型螺旋桨加工时，均选用转台代替龙门机床的某一直线轴，从而达到节省空间的目的。
加工螺旋桨的七轴五联动机床联动形式与普通机床联动形式不同，由三个旋转轴与两个直线轴构成。该种机床的运动学逆解结果难以通过常规的方法得到，摆角铣头的转动轴与转台的转动在运动学逆解过程中存在高度耦合的情况。
发明内容
本发明提出一种应用于特殊七轴五联动形式机床的后置处理方法，以解决三转动两直线运动学逆解时，无法对摆角铣头的转动轴C轴与转台的转动轴C2轴分开求解的问题。从而生成可供数控机床使用加工螺旋桨的数控代码。
本发明采用的技术方案为一种应用于特殊联动形式机床的后置处理方法，包含如下步骤：
步骤1，根据机床的结构建立多体运动学模型，多体运动学模型按照从工件-转台-机床-溜板-立柱-摆角铣头-刀具的顺序进行建立；
步骤2，根据步骤1中建立的多体运动学模型构建位置坐标变换矩阵，得到刀位点矩阵和刀轴矢量矩阵；
步骤3，根据刀位点矩阵和刀轴矢量矩阵求解出机床各运动轴与刀位点坐标之间的转换方程。
步骤4，从几何层面出发建立刀位点坐标与机床各运动轴之间的对应关系，对摆角铣头的转动轴C轴与转台的转动轴C2轴的具体数值进行求解。
具体为：
S1、提取CAM软件中螺旋桨加工轨迹中某点的刀位点的坐标包含刀触点坐标(x,y,z)和刀轴矢量(i,j,k)，并测量该坐标点与工件坐标系原点的距离，可得到两者沿世界坐标系下X轴、Y轴、Z轴方向上的偏置距离为CLx、CLy、CLz。
S2、在CAM加工仿真软件中测量机床各轴配置完成后刀具装夹位置的坐标点与工件坐标系原点之间的距离记录下可得到两者沿机床坐标系下X轴、Y轴、Z轴方向上的偏置距离为MLx、MLy、MLz。
S3、对CLx、CLy、CLz、MLx、MLy、MLz、刀触点坐标(x,y,z)和摆角铣头(此处以B/C形式的摆角铣头为例)B轴的转动角度β，C轴的转动角度θ1，转台轴C2的转动角度θ2和龙门机床(此处以Y轴和Z轴形式的龙门机床为例)的Y轴运动位移Y和Z轴运动轴位移Z，建立几何关系图。该关系图由两部分组成，分别为机床坐标系下XY平面和YZ平面。
S4、根据几何关系图建立各参数之间的表达关系式，可得到转台的转动角度θ2与摆角铣头C轴的转动角度θ1之间的关系。
S5、将转台的转动角度θ2与摆角铣头C轴的转动角度θ1之间的关系带入到步骤3中机床各运动轴与刀位点坐标之间的转换方程求解得到机床各轴运动的函数方程表达式。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明为应用于特殊七轴五联动形式机床的后置处理方法，提供了一种三旋转轴两直线轴运动形式机床的后置处理方法。现有常规的机床后置处理求解方法无法求解出摆角铣头的转动轴C轴与转台的转动轴C2轴的转动角度。本发明所提供的后置处理方法从几何层面出发考虑了考虑机床、摆角铣头尺寸参数，简单有效的解决了摆角铣头的转动轴C轴与转台的转动轴C2轴转动角度求解问题，为解决三旋转轴两直线轴运动形式机床的后置处理过程提供了一种方法。
附图说明
图1为一种应用于特殊七轴五联动形式机床的后置处理方法流程图。
图2为机床各运动轴、刀触点坐标与偏置距离关系之间的几何关系图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
针对现有应用于特殊七轴五联动形式机床后置处理方法的缺陷，本发明提出一种应用于特殊七轴五联动形式机床的后置处理方法，以解决三转动两直线运动学逆解时，无法对摆角铣头的转动轴C轴与转台的转动轴C2轴分开求解的问题。从而生成可供数控机床使用加工螺旋桨的数控代码。
本发明采用的技术方案为一种应用于特殊联动形式机床的后置处理方法，包含如下步骤：
步骤1，根据机床的结构建立多体运动学模型，多体运动学模型按照从工件-转台-机床-溜板-立柱-摆角铣头-刀具的顺序进行建立；
步骤2，根据步骤1中建立的多体运动学模型构建位置坐标变换矩阵，得到刀位点矩阵和刀轴矢量矩阵；
步骤3，根据刀位点矩阵和刀轴矢量矩阵求解出机床各运动轴与刀位点坐标之间的转换方程。
步骤4，从几何层面出发建立刀位点坐标与机床各运动轴之间的对应关系，对摆角铣头的转动轴C轴与转台的转动轴C2轴的具体数值进行求解，具体为：S1、提取CAM软件中螺旋桨加工轨迹中某点的刀位点的坐标包含刀触点坐标(x,y,z)和刀轴矢量(i,j,k)，并测量该坐标点与工件坐标系原点的距离，可得到两者沿世界坐标系下X轴、Y轴、Z轴方向上的偏置距离为CLx、CLy、CLz。
S2、在CAM加工仿真软件中测量机床各轴配置完成后刀具装夹位置的坐标点与工件坐标系原点之间的距离记录下可得到两者沿机床坐标系下X轴、Y轴、Z轴方向上的偏置距离为MLx、MLy、MLz。
S3、对CLx、CLy、CLz、MLx、MLy、MLz、刀触点坐标(x,y,z)和摆角铣头(此处以B/C形式的摆角铣头为例)B轴的转动角度β，C轴的转动角度θ1，转台轴C2的转动角度θ2和龙门机床(此处以Y轴和Z轴形式的龙门机床为例)的Y轴运动位移Y和Z轴运动轴位移Z，建立几何关系图。该关系图由两部分组成，分别为机床坐标系下XY平面和YZ平面。
S4、根据几何关系图建立各参数之间的表达关系式，可得到转台的转动角度θ2与摆角铣头C轴的转动角度θ1之间的关系。
S5、将转台的转动角度θ2与摆角铣头C轴的转动角度θ1之间的关系带入到步骤3中机床各运动轴与刀位点坐标之间的转换方程求解得到机床各轴运动的函数方程表达式。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明为应用于特殊七轴五联动形式机床的后置处理方法，提供了一种三旋转轴两直线轴运动形式机床的后置处理方法。现有常规的机床后置处理求解方法无法求解出摆角铣头的转动轴C轴与转台的转动轴C2轴的转动角度。本发明所提供的后置处理方法从几何层面出发考虑了考虑机床、摆角铣头尺寸参数，简单有效的解决了摆角铣头的转动轴C轴与转台的转动轴C2轴转动角度求解问题，为解决三旋转轴两直线轴运动形式机床的后置处理过程提供了一种方法。

Claims (2)

1.一种应用于特殊七轴五联动形式机床的后置处理方法，其特征在于：包含如下步骤：
步骤1，根据机床的结构建立多体运动学模型，多体运动学模型按照从工件-转台-机床-溜板-立柱-摆角铣头-刀具的顺序进行建立；
步骤2，根据步骤1中建立的多体运动学模型构建位置坐标变换矩阵，得到刀位点矩阵和刀轴矢量矩阵；
步骤3，根据刀位点矩阵和刀轴矢量矩阵求解出机床各运动轴与刀位点坐标之间的转换方程；
步骤4，从几何层面出发建立刀位点坐标与机床各运动轴之间的对应关系，对摆角铣头的转动轴C轴与转台的转动轴C2轴的具体数值进行求解。
2.根据权利要求l所述的一种应用于特殊七轴五联动形式机床的后置处理方法，其特征在于：步骤4包括如下步骤，S1、提取CAM软件中螺旋桨加工轨迹中某点的刀位点的坐标包含刀触点坐标(x，y，z)和刀轴矢量(i，j，k)，并测量该坐标点与工件坐标系原点的距离，得到两者沿世界坐标系下X轴、Y轴、Z轴方向上的偏置距离为CLx、CLy、CLz；
S2、在CAM加工仿真软件中测量机床各轴配置完成后刀具装夹位置的坐标点与工件坐标系原点之间的距离记录下得到两者沿机床坐标系下X轴、Y轴、Z轴方向上的偏置距离为MLx、MLy、MLz；
S3、对CLx、CLy、CLz、MLx、MLy、MLz、刀触点坐标(x，y，z)和摆角铣头B轴的转动角度β，C轴的转动角度θ1，转台轴C2的转动角度θ2和龙门机床的Y轴运动位移Y和Z轴运动轴位移Z，建立几何关系图；该关系图由两部分组成，分别为机床坐标系下XY平面和YZ平面；
S4、根据几何关系图建立各参数之间的表达关系式，得到转台的转动角度θ2与摆角铣头C轴的转动角度θ1之间的关系；
S5、将转台的转动角度θ2与摆角铣头C轴的转动角度θ1之间的关系带入到步骤3中机床各运动轴与刀位点坐标之间的转换方程求解得到机床各轴运动的函数方程表达式。
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