CN116728155A - 四轴车削加工方法、电子设备及机器可读存储介质 - Google Patents

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    • B23Q15/00—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work
    • B23Q15/007—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work while the tool acts upon the workpiece
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Abstract

本发明公开了一种四轴车削加工方法、电子设备及机器可读存储介质，所述四轴包括可在水平方向作直线运动的X轴和U轴，可在竖直方向上作直线运动的Z轴以及可做旋转运动的C轴；所述加工方法包括：构建切削轨迹；根据公式计算机床C轴路径、机床Z轴路径以及机床X轴与机床U轴的叠加路径：规划机床X轴路径；根据机床X轴路径以及机床X轴与机床U轴的叠加路径，计算机床U轴路径；基于各轴路径，生成切削轨迹路径。本发明的四轴车削加工方法适用于水平方向运动具有较大波动的车削加工，能够提高加工效率。

Description

四轴车削加工方法、电子设备及机器可读存储介质
技术领域
本发明是关于数控加工技术领域，特别是关于一种四轴车削加工方法、电子设备及机器可读存储介质。
背景技术
数控机床各轴运动的加速度限制往往是制约加工效率的主要因素，目前常采用的提高加工效率的策略是优化切削轨迹，使得各轴的运动尽可能平滑，减少或降低路径上的陡峭位置。然而，切削轨迹严重依赖于待加工件的几何特性，这导致很多时候切削轨迹上存在陡峭区域突变在所难免。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种四轴车削加工方法、电子设备及机器可读存储介质，该四轴车削加工方法适用于水平方向运动具有较大波动的车削加工，能够提高加工效率。
为实现上述目的，本发明的实施例提供了一种四轴车削加工方法，所述四轴包括可在水平方向作直线运动的X轴和U轴，可在竖直方向上作直线运动的Z轴以及可做旋转运动的C轴；
所述加工方法包括：构建切削轨迹，其中，切削轨迹中第i个点在工件坐标系中的坐标为Pi(xi，yi，zi)，其对应的机床各轴路径位置为(Xi，Ui，Zi，Ci)；根据如下关系公式计算机床C轴路径、机床Z轴路径以及机床X轴与机床U轴的叠加路径：
规划机床X轴路径，以使机床X轴能平滑移动；根据机床X轴路径以及机床X轴与机床U轴的叠加路径，计算机床U轴路径；以及基于各轴路径，生成切削轨迹路径。
在本发明的一个或多个实施方式中，所述的构建切削轨迹，包括：使用软件生成切削轨迹；所述切削轨迹为刀具相对于模型的运动路径。
在本发明的一个或多个实施方式中，所述的规划机床X轴路径，以使机床X轴能平滑移动，包括：规划机床X轴路径，使其呈线性变化，得到机床X轴路径。
在本发明的一个或多个实施方式中，规划机床X轴路径为直线，即Xi＝a+i×b，其中，式中a和b为参数，用于调整X轴运动路径。
在本发明的一个或多个实施方式中，根据机床X轴与机床U轴的叠加路径：以及机床X轴路径：Xi＝a+i×b，获得所述机床U轴运动路径：
在本发明的一个或多个实施方式中，所述的机床C轴路径为：所述切削点与工件坐标系原点的连线在工件坐标系xoy平面上的投影与工件坐标系x轴之间的夹角。
在本发明的一个或多个实施方式中，每一个所述切削点处机床X轴与U轴的路径之和等于该切削点到工件坐标系z轴的距离。
在本发明的一个或多个实施方式中，所述U轴可与X轴相对运动，所述U轴的运动加速度大于所述X轴的运动加速度。
本发明的实施例还提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及存储器，所述存储器存储指令，当所述指令被所述至少一个处理器执行时，使得所述至少一个处理器执行上述的四轴车削加工方法。
本发明的实施例还提供了一种机器可读存储介质，存储有可执行指令，所述指令当被执行时使得所述机器执行上述的四轴车削加工方法。
与现有技术相比，本发明实施方式的四轴车削加工方法，适用于水平方向运动具有较大波动的车削加工，能够提高加工效率。
本发明实施方式的四轴车削加工方法，通过在X轴上安装水平运动的高速直线模组，并定义该高速直线模组为U轴，U轴与X轴发生相对运动，共同在水平方向作直线运动。Z轴在竖直方向作直线运动，待加工零件固定在转台上随C轴作旋转运动。X、U、Z、C轴构成本发明的四轴车削加工方法的四个联动轴。高速直线模组(U轴)具有行程短，但运动加速度较大的特点，适用于水平方向运动具有较大波动的车削加工。
附图说明
图1是本发明一实施方式的四轴车削加工方法的流程示意图。
图2是本发明一实施方式的四轴车削加工方法中的X轴相对于待加工零件的运动轨迹图。
图3是本发明一具体实施例中的模型的示意图。
图4是本发明一具体实施例中根据模型构成的切削轨迹图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
如背景技术所言，数控机床各轴运动的加速度限制是制约加工效率的主要因素，现有技术中，通过优化切削轨迹，使得各轴的运动尽可能平滑，减少或降低路径上的陡峭位置来提高加工效率。然而，切削轨迹严重依赖于待加工件的几何特性。
为了解决上述技术问题，本申请创造性的提出了一种四轴车削加工方法，通过引入具有远大于X轴的U轴，与X轴共同承担水平方向的运动，提高加工效率。
如图1所示，本发明一实施方式提供了一种四轴车削加工方法，其中，本发明中涉及到的四轴包括可在水平方向作直线运动的X轴和U轴，可在竖直方向上作直线运动的Z轴以及可做旋转运动的C轴。U轴可与X轴相对运动，U轴与X轴共同承担水平方向的运动，U轴的运动加速度大于X轴的运动加速度。
加工方法包括：S1：构建切削轨迹。切削轨迹是一条缠绕在模型表面的螺旋线，这条螺旋线即为刀具相对于模型的运动路径。可以使用商业CAM软件生成切削轨迹。其中，切削轨迹中第i个切削点在工件坐标系中的坐标为Pi(xi，yi，zi)，其对应的机床各轴路径位置为(Xi，Ui，Zi，Ci)。工件坐标系的原点为待加工零件中心的最高点，即如果从xoy平面视图看，是待加工零件中心点，同时也是待加工零件上最高的点(Z值最大点)，如图2、图3所示。
S2：根据如下关系公式计算机床C轴路径、机床Z轴路径以及机床X轴与机床U轴的叠加路径：
每一个切削点i处机床X轴与U轴的路径之和等于该切削点i到工件坐标系z轴的距离，即机床C轴路径为：切削点i与工件坐标系原点的连线在工件坐标系xoy平面上的投影与工件坐标系x轴之间的夹角，即Ci＝atan2(yi,xi)。
S3：规划机床X轴路径，以使机床X轴能平滑移动。在本实施例中，X轴允许的最大加速度要远小于U轴允许的最大加速度，因此在分配X轴与U轴的路径时，X轴路径要尽可能平滑，避免抖动。优选的方式是X轴路径线性变化，此时X轴相对于模型的运动轨迹为圆形螺旋线，如图2所示。
S4：根据机床X轴路径以及机床X轴与机床U轴的叠加路径，计算机床U轴路径。得到机床X轴路径之后，可以计算出机床U轴路径：
S5：基于各轴路径，生成切削轨迹路径。
为了更加清楚地描述本发明的原理，现通过一个具体的实施例来详细解释本发明的实现流程。
本实施例中的待加工零件是一个矩形平面，如图3所示。
首先根据待加工零件形状构建切削轨迹，如图4所示。
切削轨迹是切削点列的集合，每一个切削点的数据包括在工件坐标系下的三维坐标，即Pi＝(xi,yi,zi)，式中i表示切削点编号。
其次，计算机床各轴路径。
在本实施例中，由于待加工零件是平面，因此机床Z轴运动路径始终为0，即Zi＝0。
机床C轴为切削点i与工件坐标系原点的连线在工件坐标系xoy平面上的投影与工件坐标系x轴之间的夹角，即Ci＝atan2(yi,xi)。
每一个切削点i处机床X轴与U轴的路径之和等于切削点i到工件坐标系z轴的距离，即由于机床X轴运动加速度较低，因此可以规划机床X轴运动路径为直线，即Xi＝a+i×b。式中a和b作为参数，用于调整X轴运动路径。于是U轴运动路径为即/>
最后，得到机床各轴运动路径之后，创建待加工零件几何模型对应的加工文件，加工文件中包含切削轨迹路径。
与现有技术相比，本发明实施方式的四轴车削加工方法，适用于水平方向运动具有较大波动的车削加工，能够提高加工效率。
本发明实施方式的四轴车削加工方法，通过在X轴上安装水平运动的高速直线模组，并定义该高速直线模组为U轴，U轴与X轴发生相对运动，共同在水平方向作直线运动。Z轴在竖直方向作直线运动，模型固定在转台上随C轴作旋转运动。X、U、Z、C轴构成本发明的四轴车削加工方法的四个联动轴。高速直线模组(U轴)具有行程短，但运动加速度较大的特点，适用于水平方向运动具有较大波动的车削加工。
本申请还提供了一种电子设备，电子设备可以包括至少一个处理器、存储器(例如非易失性存储器)、内存和通信接口，并且至少一个处理器、存储器、内存和通信接口经由内部总线连接在一起。至少一个处理器执行在存储器中存储或编码的至少一个计算机可读指令。
应该理解，在存储器中存储的计算机可执行指令当执行时使得至少一个处理器进行本说明书的各个实施方式中描述的各种操作和功能。
在本说明书的实施例中，电子设备可以包括但不限于：个人计算机、服务器计算机、工作站、桌面型计算机、膝上型计算机、笔记本计算机、移动电子设备、智能电话、平板计算机、蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、手持装置、消息收发设备、可佩戴电子设备、消费电子设备等等。
根据一个实施例，本发明还提供了一种比如机器可读介质的程序产品。机器可读介质可以具有指令(即，上述以软件形式实现的元素)，该指令当被机器执行时，使得机器执行本说明书的各个实施方式中描述的各种操作和功能。具体地，可以提供配有可读存储介质的系统或者装置，在该可读存储介质上存储着实现上述实施例中任一实施例的功能的软件程序代码，且使该系统或者装置的计算机或处理器读出并执行存储在该可读存储介质中的指令。
在这种情况下，从可读介质读取的程序代码本身可实现上述实施例中任何一项实施例的功能，因此机器可读代码和存储机器可读代码的可读存储介质构成了本说明书的一部分。
可读存储介质的实施例包括软盘、硬盘、磁光盘、光盘(如CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-RW、DVD-RW)、磁带、非易失性存储卡和ROM。可选择地，可以由通信网络从服务器计算机上或云上下载程序代码。
本领域技术人员应当理解，上面公开的各个实施例可以在不偏离发明实质的情况下做出各种变形和修改。因此，本说明书的保护范围应当由所附的权利要求书来限定。
需要说明的是，上述各流程和各系统结构图中不是所有的步骤和单元都是必须的，可以根据实际的需要忽略某些步骤或单元。各步骤的执行顺序不是固定的，可以根据需要进行确定。上述各实施例中描述的装置结构可以是物理结构，也可以是逻辑结构，即，有些单元可能由同一物理客户实现，或者，有些单元可能分由多个物理客户实现，或者，可以由多个独立设备中的某些部件共同实现。
以上各实施例中，硬件单元或模块可以通过机械方式或电气方式实现。例如，一个硬件单元、模块或处理器可以包括永久性专用的电路或逻辑(如专门的处理器，FPGA或ASIC)来完成相应操作。硬件单元或处理器还可以包括可编程逻辑或电路(如通用处理器或其它可编程处理器)，可以由软件进行临时的设置以完成相应操作。具体的实现方式(机械方式、或专用的永久性电路、或者临时设置的电路)可以基于成本和时间上的考虑来确定。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
上面结合附图阐述的具体实施方式描述了示例性实施例，但并不表示可以实现的或者落入权利要求书的保护范围的所有实施例。在整个本说明书中使用的术语“示例性”意味着“用作示例、实例或例示”，并不意味着比其它实施例“优选”或“具有优势”。出于提供对所描述技术的理解的目的，具体实施方式包括具体细节。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实施这些技术。在一些实例中，为了避免对所描述的实施例的概念造成难以理解，公知的结构和装置以框图形式示出。
本公开内容的上述描述被提供来使得本领域任何普通技术人员能够实现或者使用本公开内容。对于本领域普通技术人员来说，对本公开内容进行的各种修改是显而易见的，并且，也可以在不脱离本公开内容的保护范围的情况下，将本文所对应的一般性原理应用于其它变型。因此，本公开内容并不限于本文所描述的示例和设计，而是与符合本文公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。

Claims (10)

1.一种四轴车削加工方法，其特征在于，所述四轴包括可在水平方向作直线运动的X轴和U轴，可在竖直方向上作直线运动的Z轴以及可做旋转运动的C轴；
所述加工方法包括：
构建切削轨迹，其中，切削轨迹中第i个点在工件坐标系中的坐标为Pi(xi，yi，zi)，其对应的机床各轴路径位置为(Xi，Ui，Zi，Ci)；
根据如下关系公式计算机床C轴路径、机床Z轴路径以及机床X轴与机床U轴的叠加路径：
规划机床X轴路径，以使机床X轴能平滑移动；
根据机床X轴路径以及机床X轴与机床U轴的叠加路径，计算机床U轴路径；以及
基于各轴路径，生成切削轨迹路径。
2.如权利要求1所述的四轴车削加工方法，其特征在于，所述的构建切削轨迹，包括：使用软件生成切削轨迹；所述切削轨迹为刀具相对于模型的运动路径。
3.如权利要求1所述的四轴车削加工方法，其特征在于，所述的规划机床X轴路径，以使机床X轴能平滑移动，包括：
规划机床X轴路径，使其呈线性变化，得到机床X轴路径。
4.如权利要求3所述的四轴车削加工方法，其特征在于，规划机床X轴路径为直线，即Xi＝a+i×b，其中，式中a和b为参数，用于调整X轴运动路径。
5.如权利要求4所述的四轴车削加工方法，其特征在于，根据机床X轴与机床U轴的叠加路径：以及机床X轴路径：Xi＝a+i×b，获得所述机床U轴运动路径：
6.如权利要求1所述的四轴车削加工方法，其特征在于，所述的机床C轴路径为：所述切削点与工件坐标系原点的连线在工件坐标系xoy平面上的投影与工件坐标系x轴之间的夹角。
7.如权利要求1所述的四轴车削加工方法，其特征在于，每一个所述切削点处机床X轴与U轴的路径之和等于该切削点到工件坐标系z轴的距离。
8.如权利要求1所述的四轴车削加工方法，其特征在于，所述U轴可与X轴相对运动，所述U轴的运动加速度大于所述X轴的运动加速度。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及
存储器，所述存储器存储指令，当所述指令被所述至少一个处理器执行时，使得所述至少一个处理器执行如权利要求1至8任一项所述的四轴车削加工方法。
10.一种机器可读存储介质，其特征在于，存储有可执行指令，所述指令当被执行时使得所述机器执行如权利要求1至8任一项所述的四轴车削加工方法。
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