專利名稱：五軸聯動數控機床的加工質量缺陷區域計算方法
技術領域：
本發明屬于五軸聯動數控機床加工制造技術領域，尤其涉及五坐標數控機床銑削加工的加工質量缺陷區域計算的技術領域。
背景技術：
五軸聯動數控機床是指在一臺機床上有五個坐標軸，包括三個平動坐標軸和兩個旋轉坐標軸，機床的各坐標軸在計算機數控系統的控制下按一定的速度同時到達某一個設定的點，協調運動進行加工，特別適用用于加工復雜曲面零件。通常薄壁曲面零件的加工質量控制最為困難，數控機床坐標軸間在不同姿態的配合狀態下可能引起機床加工時剛度的實時變化，使得薄壁曲面零件的表面加工質量成為難點，極易引起零件局部的表面質量缺陷，出現粗糙度、波紋度下降以及切削折痕，導致零件質量不合格，造成成本的浪費和效率的損失。現有方法中缺少對機床加工零件前的表面質量缺陷預測，如果能在加工零件之 前根據機床的運動狀態預測出零件表面質量缺陷區域，就可以在工藝實施中對于缺陷區域設定不同的加工工藝方案，保障零件的加工質量和提高零件加工的成品率。由于企業對薄壁曲面零件質量控制的需求，基于五軸聯動數控機床的加工質量缺陷區域快速計算成為一技術要點。由此可在切削前判斷零件表面質量的缺陷區域，針對表面質量缺陷區域設定不同的機床加工工藝，從而為零件的工藝優化和精度保障提供依據。
發明內容
本發明的目的是為了快速計算五軸聯動數控機床(以下簡稱機床)在切削零件時的加工質量缺陷區域，提出了一種五軸聯動數控機床的加工質量缺陷區域計算方法。本發明的技術方案1.五軸聯動數控機床的加工質量缺陷區域計算方法，其特征在于，包括如下步驟步驟I.產生機床銑削零件的各坐標軸數控指令；步驟2 :計算產生機床加工零件的剛度分布根據步驟I中得到的機床各坐標軸數控指令，計算機床銑削零件過程中各坐標軸合成的剛度矩陣，將剛度矩陣沿零件法線方向投影，得到加工過程中機床的剛度分布。2.根據權利要求I所述的五軸聯動數控機床的加工質量缺陷區域計算方法，其特征在于，上述步驟2的具體過程包含如下步驟步驟21 :計算產生機床各坐標軸剛度組成的剛度矩陣K_nt ；步驟22 :計算產生機床三個平動軸的變換矩陣和三個旋轉軸中任意兩個旋轉軸的變換矩陣；步驟23 :計算機床各坐標軸到刀具加工點的變換矩陣T1, T2, T3, T4, T5 ；步驟24 :根據步驟23中得到的變換矩陣T1, T2, T3, T4, T5,計算得到機床的Jacobi矩陣(雅可比矩陣)J的各元素值；步驟25 :根據步驟21和步驟24中得到的剛度矩陣Kjtjint和Jacobi矩陣計算得到機床銑削薄壁曲面零件過程中各坐標軸合成的剛度矩陣Kj ；步驟26 :產生機床銑削零件過程中沿零件法線方向的剛度分布。本發明的有益效果本發明通過對機床加工過程中的法向剛度分布計算，產生機床剛度法向分布圖，從而得到零件加工質量缺陷區域，由此可在加工前計算出機床加工過程中的零件表面質量缺陷區域，針對加工質量缺陷區域設定不同的機床加工工藝，從而為零件的工藝優化和精度保障提供依據，使薄壁曲面零件加工具備更好的精度控制效果，降低零件的加工成本，提供加工效率。
圖I是發明步驟I中S形曲面零件模型及切削路徑示意圖。圖2是本發明的機床V51030ABJ加工S形曲面剛度分布圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步的說明如圖I所示，五軸聯動數控機床的加工質量缺陷區域計算方法，包括如下步驟步驟I.產生機床銑削零件的各坐標軸數控指令在計算機輔助制造CAM軟件中創建加工零件模型，設定銑削路徑，產生零件加工的前置指令(x、y、z、i、j、k)，所述前置指令中X、y和z分別代表刀具加工點的空間位移坐標，i、j、k分別代表刀具加工點的空間向量的方向，再選定機床類型后生成機床各坐標軸的數控指令，所述數控指令可以表示為(X、Y、
2、八、8)或《、￥、23、0或《、￥、2、8、0，乂、￥、2分別表示機床各坐標軸中平動軸歹、7、Z數控指令，A、B和C分別表示機床各坐標軸中旋轉軸i、I, D數控指令。本實施例中，以刀具兩擺的五軸聯動數控機床(型號為V51030ABJ)加工薄壁曲面零件(本實施例選擇S形薄壁曲面零件為例進行說明)，如圖I所示在三維建模軟件(如UG)中建立薄壁零件曲面模型，設定銑削路徑，產生前置指令(x、y、z、i、j、k)，生成S形薄壁曲面零件加工過程中機床各坐標軸的數控指令(X、Y、Z、A、B)。對于本領域的普通技術人員來說，由前置指令(1、7、2、1、」、10計算得到機床各坐標軸的數控指令(X、Y、z、A、B)是一個公知過程，因此將本步驟視為現有技術而不再詳細描述。步驟2 :計算產生機床加工零件的剛度分布根據步驟I中得到的機床各坐標軸數控指令，計算機床銑削零件過程中各坐標軸合成的剛度矩陣，將剛度矩陣沿零件法線方向投影，得到加工過程中機床的剛度分布。本步驟的具體過程包含如下步驟步驟21 :計算產生機床各坐標軸剛度組成的剛度矩陣Kjtjint,由公式I表示如下
權利要求
1.五軸聯動數控機床的加工質量缺陷區域計算方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟I.產生機床銑削零件的各坐標軸數控指令； 步驟2 :計算產生機床加工零件的剛度分布根據步驟I中得到的機床各坐標軸數控指令，計算機床銑削零件過程中各坐標軸合成的剛度矩陣，將剛度矩陣沿零件法線方向投影，得到加工過程中機床的剛度分布。
2.根據權利要求I所述的五軸聯動數控機床的加工質量缺陷區域計算方法，其特征在于，上述步驟2包含如下具體步驟 步驟21 :計算產生機床各坐標軸剛度組成的剛度矩陣
3.根據權利要求2所述的五軸聯動數控機床的加工質量缺陷區域計算方法，其特征在于，上述步驟21的具體過程為計算產生機床各坐標軸剛度組成的剛度矩陣Kjtjint,由公式I表示如下
4.根據權利要求2所述的五軸聯動數控機床的加工質量缺陷區域計算方法，其特征在于，上述步驟22的具體過程為計算產生機床三個平動軸的變換矩陣和三個旋轉軸中任意兩個旋轉軸的變換矩陣；本步驟中，ApA2、A3分別表示三個平動軸X、F、乏的變換矩陣，可由公式3表不；A4、A5、A6表不三個旋轉軸(J、B、C )的變化矩陣，可由公式4表不
5.根據權利要求2所述的五軸聯動數控機床的加工質量缺陷區域計算方法，其特征在于，上述步驟23的具體過程為計算機床各坐標軸到刀具加工點的變換矩陣T1, T2, T3, T4, T5 :本步驟中，T1表示由坐標軸X至刀具加工點的變換矩陣，T2表示由坐標軸F至刀具加工點的變換矩陣，T3表示由坐標軸芝至刀具加工點的變換矩陣，T4, T5表示由兩個旋轉坐標軸(2、；§、芒中任兩個)至刀具加工點的變換矩陣，可分別由公式5計算如下T1=A1A2A3A4A5, T2=A2A3A4A5, T3=A3A4A5, T4=A4A5, T5=A5 公式 5。
6.根據權利要求2所述的五軸聯動數控機床的加工質量缺陷區域計算方法，其特征在于，上述步驟24的具體過程為本步驟中，將步驟23中得到的變換矩陣T1, T2, T3, T4, T5中各兀素值米用公式7中的統一的抽象符號表不，如T1, T2, T3, T4, T5統一抽象符號為變換矩陣T,nx表不T1, T2, T3, T4, T5的第一行第一列兀素統一抽象符號，Ox表不T1, T2, T3, T4, T5的第一行第二列元素統一抽象符號，……，以此類推得到全部的統一抽象符號；
7.根據權利要求2所述的五軸聯動數控機床的加工質量缺陷區域計算方法，其特征在于，上述步驟25的具體過程為將步驟21和步驟24中得到的剛度矩陣Kjtjint和Jacobi矩陣J代入如下公式10，計算得到機床銑削薄壁曲面零件過程中各坐標軸合成的剛度矩陣Kj ； 公式10中，(J)T中的代表Jacobi矩陣J的轉置矩陣，符號―1表示對矩陣進行求逆運算。
8.根據權利要求2所述的五軸聯動數控機床的加工質量缺陷區域計算方法，其特征在于，上述步驟26的具體過程為將步驟I中得到的前置指令U、y、z、i、j、k)代入公式11中計算零件法線方向的單位矢量將步驟25中得到的機床合成剛度矩陣&代入公式12中，得到機床銑削薄壁曲面零件過程中沿零件法線方向的剛度分布Kn(t)；
全文摘要
本發明涉及五軸聯動數控機床的加工質量缺陷區域計算方法，包括如下步驟步驟1產生機床銑削零件的各坐標軸數控指令；步驟2計算產生機床加工零件的剛度分布根據步驟1中得到的機床各坐標軸數控指令，計算機床銑削零件過程中各坐標軸合成的剛度矩陣，將剛度矩陣沿零件法線方向投影，得到加工過程中機床的剛度分布。本發明的有益效果通過對機床加工過程中的法向剛度分布計算，產生機床剛度法向分布圖，從而得到零件加工質量缺陷區域，由此可在加工前計算出機床加工過程中的零件表面質量缺陷區域，針對加工質量缺陷區域設定不同的機床加工工藝，從而為零件的工藝優化和精度保障提供依據。
文檔編號G05B19/406GK102819240SQ20121030413
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月24日 優先權日2012年8月24日
發明者王偉 申請人:電子科技大學