五轴数控加工中刀具干涉处理的特征投影法.doc

五轴数控加工中刀具干涉处理的特征投影法.doc五轴数控加工中***干涉处理的特征投影法|第1
随着现代工业中零件复杂曲面设计的增加,五轴加工在数控加工中所占比重将愈来愈大。由于五轴数控加工加入了两个旋转自由度,增加了数控加工运动模拟计算和***干涉检查的难度,特别是在加工形状极其复杂的零件表面时,更是如此。因此,为了确保五轴数控机床进行高效率和高质量的切削加工,开发五轴加工***轨迹生成及其干涉检查的软件将成为研究者面临的重大课题。
笔者提出了一种适用于五轴数控加工***干涉处理的特征投影法,即将加工曲面离散成一系列曲面特征点,是否发生***干涉可由特征点是否进入***表面内部来判断。同时将加工曲面和***表面投影到一个特定平面上,仅将包络***投影图形的曲面区域内的特征检测点进行干涉检查,提高干涉检测的效率。


图1 坐标系的建立

图2 环形刀加工时干涉检查方法
1 干涉检查方法

如图1 所示,五轴环行刀NC加工的局部坐标系L表示为XL轴、YL轴和ZL轴,YL轴总是指向该刀触点(Cutter Contact Points,点)OL的走刀方向f,ZL轴指向曲面外法线方向n,而XL轴则由YL轴和ZL轴的右手法则确定。***一般绕XL轴由ZL轴向YL轴方向旋转一个导前角(后跟角) ,和绕ZL轴旋转一个又一个侧偏角。另外,在刀位点(Cutter LocationPoints,简称CL点)OT处还可定义***坐标系T(XT,YT,ZT),点连线方向,ZT轴为刀轴矢量方向,XT轴是由YT轴和ZT轴的右手法则确定的方向,坐标原点位于***中心点(即CL点)OT。为了简化干涉检查,以形状较为规则的***表面作为基准进行干涉检测,加工曲面经过离散后以一组特征点的形式来表示曲面形状,这些特征点的原始数据均在世界坐标系W中表示,因此首先必须将特征点数据从世界坐标系W(OW-XW,YW,ZW)变换到局部坐标系L(OL-XL,YL,ZL),再由局部坐标系L 变换到***坐标系T(OT-XT,YT,ZT)中来表示。

如果***和动力头已选定,则***系(***和动力头)的尺寸即为已知,***系与加工曲面是否发生干涉,可由判别特征点P 是否进入***表面内部来确定。如图2 所示,为环形刀加工时***系与加工曲面的位置关系,在***坐标系中,设特征点P 的坐标为PI(Xpt,Ypt,Zpt),根据***系的不同组合部分,将特征点P的坐标值Zpt分为4段进行判别,具体情况如下:
处于u1 段范围内,则不会发生干涉。
处于u2 范围内,有两种情况,将圆环体分成两部分:小圆柱部分P1和圆环部分P2。当特征点涉入圆柱部分P1时,发生***干涉,即满足
(1)
表示***半径,R1 表示环行刀的圆环半径。
,也发生***干涉,即满足
(2)