專利名稱：基于球坐標的cnc系統(tǒng)插補算法及實現(xiàn)該算法的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及程序控制機床技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種基于球形薄壁曲面加工的球坐標CNC系統(tǒng)插補算法及實現(xiàn)該算法的裝置。
背景技術(shù)：
目前，現(xiàn)有的數(shù)控機床對工件復(fù)雜的曲面加工通常采用直線插補法或圓弧插補法，所謂直線插補法是給出兩端點間的插補數(shù)字信息，借此信息控制刀具與工件的相對運動，采用逐次逼近的方式處理曲面插補，使其按規(guī)定的直線加工出理想曲面的一種插補方式，所謂圓弧插補法是對磨削回轉(zhuǎn)曲面進行曲線光順處理，簡化了計算過程，解決了三軸聯(lián)動數(shù)控砂輪修整器后處理數(shù)控程序的設(shè)計問題，以上兩種插補法的不足是產(chǎn)生的弓高誤差非常明顯，加工精度極低。
工業(yè)上很多需要加工的輕金屬拉伸成型的復(fù)雜薄壁球型件，基于大型件、切削力小和不等壁厚等特點，這些復(fù)雜的工件不但需要經(jīng)歷拉伸變形，同時還要保證工件的強度和剛度，同時還需減重。因此，其設(shè)計和制造上均具復(fù)雜性，在加工時，首先采用輕金屬拉伸成型，由于材料的不均勻性及拉伸偏心等工藝因素的影響，其壁厚參數(shù)難以滿足使用要求，傳統(tǒng)的插補算法采用逐次逼近的方式處理曲線插補，所產(chǎn)生的弓高誤差相對較明顯，通過再細分方式可提高加工精度。因此，在拉伸后，還要對其進行切削加工，以保證壁厚尺寸參數(shù)滿足設(shè)計要求，若采用銑削，則需采用五坐標數(shù)控機床，導(dǎo)致工件弓高誤差大，加工精度較高，但工作效率差，生產(chǎn)成本很高。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)新穎、算法簡單、弓高誤差小、加工精度高、工作效率高、生產(chǎn)成本低、工件重量輕的基于球坐標的CNC系統(tǒng)插補算法及實現(xiàn)該算法的裝置。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是: 一種基于球坐標的CNC系統(tǒng)插補算法，其特征在于包括測量點規(guī)劃、走刀路徑規(guī)劃和曲面直接插補算法，規(guī)劃待加工工件的測量點，通過測厚儀測量工件各位置壁厚參數(shù)的測量值，將測量的測量值輸入計算機中進行厚度曲面建模，針對壁厚曲面模型，通過劃線筆規(guī)劃走刀路徑的加工軌跡，根據(jù)加工軌跡，采用曲面直接插補算法對壁厚模型進行采樣、計算，在計算機中形成基于球坐標的薄壁工件壁厚模型，生成球坐標數(shù)控加工程序，并將加工程序指令輸入CNC系統(tǒng)，通過CNC系統(tǒng)控制伺服系統(tǒng)對工件進行數(shù)控加工，以確保理論壁厚尺寸。
本發(fā)明可在走刀路徑規(guī)劃之后增設(shè)球面調(diào)和步驟，在近似表達壁厚基礎(chǔ)上，確保薄壁厚度的球基幾何及物理特性，進而確保走刀路徑規(guī)劃在球面調(diào)和函數(shù)的基礎(chǔ)上，采用球坐標空間螺旋規(guī)劃，以提高整個系統(tǒng)的加工效率。
本發(fā)明所述曲面直接插補算法為球坐標雙向霍曼過渡曲面插補算法，以使其實際產(chǎn)生的插補軌跡為橢圓軌道，其包括單向霍曼插補算法和雙向霍曼插補算法，所述雙向霍曼插補算法包括球基插補和空間任意兩點間插補， 所述單向霍曼插補算法:根據(jù)霍曼轉(zhuǎn)移軌道轉(zhuǎn)移過程中角動量和能量守恒，可以得出共面軌道轉(zhuǎn)移公式:
權(quán)利要求
1.一種基于球坐標的CNC系統(tǒng)插補算法，其特征在于包括測量點規(guī)劃、走刀路徑規(guī)劃和曲面直接插補算法，規(guī)劃待加工工件的測量點，通過測厚儀測量工件各位置壁厚參數(shù)的測量值，將測量的測量值輸入計算機中進行厚度曲面建模，針對壁厚曲面模型，通過劃線筆規(guī)劃走刀路徑的加工軌跡，根據(jù)加工軌跡，采用曲面直接插補算法對壁厚模型進行采樣、計算，在計算機中形成基于球坐標的薄壁工件壁厚模型，生成球坐標數(shù)控加工程序，并將加工程序指令輸入CNC系統(tǒng)，通過CNC系統(tǒng)控制伺服系統(tǒng)對工件進行數(shù)控加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于球坐標的CNC系統(tǒng)插補算法，，其特征在于在走刀路徑規(guī)劃之后增設(shè)球面調(diào)和步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于球坐標的CNC系統(tǒng)插補算法，，其特征在于走刀路徑規(guī)劃在球面調(diào)和函數(shù)的基礎(chǔ)上，采用球坐標空間螺旋規(guī)劃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于球坐標的CNC系統(tǒng)插補算法，，其特征在于所述曲面直接插補算法為球坐標雙向霍曼過渡曲面插補算法，以使其實際產(chǎn)生的插補軌跡為橢圓軌道，其包括單向霍曼插補算法和雙向霍曼插補算法，所述雙向霍曼插補算法包括球基插補和空間任意兩點間插補，其中， 所述單向霍曼插補算法:根據(jù)霍曼轉(zhuǎn)移軌道轉(zhuǎn)移過程中角動量和能量守恒，得出共面軌道轉(zhuǎn)移公式:
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于球坐標的CNC系統(tǒng)插補算法，其特征在于所述球面調(diào)和函數(shù)的具體算法為:根據(jù)球面調(diào)和函數(shù)規(guī)則，首先需將壁厚值進行規(guī)范化，使之滿足|i (武_|<1，再利用球面調(diào)和方法，進行壁厚建模，根據(jù)式(6) Κ(θ,ψ)函數(shù)，利用一系列球面調(diào)和函數(shù)乃(武(泛勸，再線性近似表示定義在球面上的連續(xù)函數(shù)5(氐#:
6.一種實現(xiàn)該算法的裝置，其特征在于包括工件驅(qū)動裝置、直線軌道、驅(qū)動導(dǎo)軌、平臺、刀架支撐裝置、補償?shù)都苎b置和控制系統(tǒng)，所述工件驅(qū)動裝置包括主軸箱、Θ軸伺服電機、周向碼盤和真空吸盤夾具，刀架支撐裝置包括靠模、母線碼盤、定位裝置、Φ軸伺服電機、刀架導(dǎo)向軌道和蝸桿，補償?shù)都苎b置包括刀座、刀架、刀具、P軸伺服電機、滾珠絲杠和劃線筆，所述刀架導(dǎo)向軌道和靠模分別呈弧形曲面，刀架導(dǎo)向軌道上端面中心設(shè)有導(dǎo)向槽，所述主軸箱固定在直線軌道一端，并經(jīng)Θ軸伺服電機驅(qū)動，主軸箱輸出軸端設(shè)有真空吸盤夾具，輸出軸一側(cè)的主軸箱上設(shè)有周向碼盤，周向碼盤與真空吸盤夾具經(jīng)連接桿相連接，驅(qū)動導(dǎo)軌下端與直線軌道滑動連接，上端與平臺固定連接，一側(cè)經(jīng)定位裝置與直線軌道定位，刀架導(dǎo)向軌道固定在平臺上，刀架導(dǎo)向軌道外壁一側(cè)經(jīng)連接桿與靠模平行固定連接，另一側(cè)設(shè)有渦輪齒，母線碼盤經(jīng)蝸桿與刀架導(dǎo)向軌道中的渦輪齒相嚙合，蝸桿經(jīng)Φ軸伺服電機驅(qū)動，母線碼盤上端固定設(shè)有刀架，刀架底面一端經(jīng)滑軌與刀架導(dǎo)向軌道中的導(dǎo)向槽滑動連接，另一端經(jīng)滑軌與靠?；瑒舆B接，刀架上端中心設(shè)有滾珠絲杠，兩側(cè)分別設(shè)有導(dǎo)向滑道，刀座上端設(shè)有劃線筆和刀具，下端經(jīng)螺母與滾珠絲杠相鉸接，下端兩側(cè)分別經(jīng)導(dǎo)向滑軌與導(dǎo)向滑道滑動連接，滾珠絲杠經(jīng)固定在刀架上的P軸伺服電機驅(qū)動，Θ軸伺服電機、φ軸伺服電機和P軸伺服電機分別由伺服控制系統(tǒng)控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種實現(xiàn)該算法的裝置，其特征在于刀架下端設(shè)有光柵尺，光柵尺經(jīng)導(dǎo)線與CNC系統(tǒng)相連接，通過將刀架位移輸出的數(shù)字脈沖信號傳輸?shù)紺NC系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及程序控制機床技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種基于球坐標的CNC系統(tǒng)插補算法，其特征在于包括測量點規(guī)劃、走刀路徑規(guī)劃和曲面直接插補算法，規(guī)劃待加工工件的測量點，通過測厚儀測量工件各位置壁厚參數(shù)的測量值，將測量的測量值輸入計算機中進行厚度曲面建模，針對壁厚曲面模型，通過劃線筆規(guī)劃走刀路徑的加工軌跡，根據(jù)加工軌跡，采用消元法和曲面直接插補算法對壁厚模型進行采樣、計算，在計算機中形成基于球坐標的薄壁工件壁厚模型，生成球坐標數(shù)控加工程序，并將加工程序指令輸入CNC系統(tǒng)，通過CNC系統(tǒng)控制伺服系統(tǒng)對工件進行數(shù)控加工，具有結(jié)構(gòu)新穎、算法簡單、弓高誤差小、加工精度高、工作效率高、生產(chǎn)成本低、工件重量輕等優(yōu)點。
文檔編號G05B19/41GK103176428SQ20131013016
公開日2013年6月26日 申請日期2013年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月16日
發(fā)明者易興, 杜清府 申請人:易興, 杜清府