一种加工螺旋桨叶根部多干涉区五轴后置处理方法

技术领域

本发明涉及大型船用螺旋桨叶根区域数控加工方法，具体而言，涉及一种针对大型螺旋桨多重叠区域叶根部位特殊狭长悬臂铣头后置处理方法，在现有的逆运动学求解的基础上，通过迭代算法求解各个轴运动位置及角度，属于CAD/CAPP/CAM技术领域。

背景技术

部分大型军用螺旋桨结构复杂，桨叶较多，考虑到使用普通摆角铣头加工，自身滑枕和铣头会与螺旋桨发生干涉，因此采用普通摆角铣头无法完成整体螺旋桨的加工，故加工时会采用狭长悬臂结构的摆角铣头对空间小且干涉较多的叶根区域进行加工。考虑到大型螺旋桨直径可达9-10m并且为保证加工效率切削量较大，为了防止以龙门架移动为主的X方向直线轴精度是真和加工效率低，故采用三旋转两直线联动形式进行侧铣加工，其中采用C20转台代替龙门架X方向的位移。

加工螺旋桨的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

本发明的技术目的在于提出了一种特殊狭长悬臂形式铣头后置处理方法，以解决三旋转两直线YZACC20联动逆运动学求解时针对C轴和C20转台角度的分配问题，采用一种简单的迭代算法求解出机床各个轴的运动数值，解决现有后置处理算法中求解过程复杂的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种三回转两直线轴特殊联动五轴龙门铣床实现联动加工的后置处理方法，主要包括以下步骤：

步骤1，根据机床的结构建立运动学模型，运动学模型按照从刀具-摆角铣头-立柱-横梁-机床-转台的顺序进行建立；

步骤2，对机床和摆角铣头结构进行分析，建立刀位点与各个轴之间的对应关系，对每个轴进行具体数值求解；

所述步骤2包含以下步骤：

S1、根据在CAM软件上生成的刀路轨迹，读取每个点的刀位点坐标(x,y,z)和矢量(i,j,k)，对机床和摆角铣头结构进行分析，根据刀具到A轴、A轴到C轴和C轴到Z轴的偏置距离，建立运动学变换矩阵，得到CLS文件中刀触点坐标(p

S2、对逆运动学方程进行求解得

S3、由于机床X轴方向位移需要C20转台和Y轴进行插补，C20转台转动的同时被加工点的位置坐标和矢量投影均发生变化。因此提出一种迭代算法，由于机床X轴无法移动，因此第一次迭代，将被加工点转动到Y轴，此时根据对应的C20转台转角θ和被加工点位姿信息，依据S2算法求得摆角铣头A轴角度α和C轴角度β，第一次迭代C20转台角度θ如下所示。

S4、根据第一次迭代求得的摆角铣头A轴角度α、C轴角度β和C20转台角度θ，求得刀尖点距离X轴的值MPy和距离Y轴的值MPx，根据MPx和MPy求得被加工点向刀尖点逼近C20转台需要转动角度θ，然后多次迭代转动C20转台使被加工点逼近刀尖点直至被加工点和刀尖点之间距离在可接受范围之内，结束循环得到最终的YZACC20的数值，如下为刀尖点距离工件坐标系X和Y轴的距离M

S3、根据龙门机床和摆角铣头尺寸以及迭代完成后的摆角铣头A轴角度α、C轴角度β和C20转台角度θ，其中LT为刀具到A轴距离、LAC为A轴到C轴距离、LCZ为C轴到滑枕端面距离，建立与刀触点坐标方程式，得到Y轴运动距离Y和Z轴运动距离Z，建立如下变换关系：

S4、对逆运动学进行求解

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明提出一种针对狭长悬臂结构摆角铣头五轴联动加工的后置处理方法，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。应用于船用螺旋桨叶根区域加工，本发明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轴的角度分配问题，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。相比于现有的方法，该算法实现了全部叶根区域加工，提高了加工效率并且具有较高的精度。

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3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

下面结合附图对本发明的实施方式做详细的说明：

本发明提出了一种针对大型舰船用螺旋桨桨毂处复杂曲面加工特殊五轴后置处理方法，由于加工整体式船用螺旋桨桨毂部分干涉区较多，因此采用一种狭长悬臂结构摆角铣头加工。根据机床和狭长悬臂摆角铣头的结构建立运动学模型，对机床进行逆运动学求解，根据刀位点矩阵和刀轴矢量求解出摆角铣头每个运动轴的具体数值，建立迭代方程求解转台的转动轴角度。所提供的后置处理算法考虑到机床、摆角铣头尺寸链参数，解决长臂摆角头位姿问题避免加工过程出现干涉。

如图1、2所示，一种针对于长悬臂结构摆角铣头五轴联动加工的后置处理方法,包含以下步骤：

步骤1，根据机床结构建立运动学模型，运动学模型按照从刀具-摆角铣头-立柱-横梁-机床-转台的顺序进行建立；

步骤2，对机床和摆角铣头结构进行分析，建立刀位点与各个轴之间的对应关系，对每个轴进行具体数值求解；

其中步骤2主要包含以下子步骤：

S1、根据在CAM软件上生成的刀路轨迹，读取每个点的刀位点坐标(x,y,z)和矢量(i,j,k)，对机床和摆角铣头结构进行分析，根据刀具到A轴、A轴到C轴和C轴到Z轴的偏置距离，建立运动学变换矩阵，得到CLS文件中刀触点坐标(p

S2、对逆运动学方程进行求解得

S3、由于机床X轴方向位移需要C20转台和Y轴进行插补，C20转台转动的同时被加工点的位置坐标和矢量投影均发生变化。因此提出一种迭代算法，由于机床X轴无法移动，因此第一次迭代，将被加工点转动到Y轴，此时根据对应的C20转台转角θ和被加工点位姿信息，依据S2算法求得摆角铣头A轴角度α和C轴角度β，第一次迭代C20转台角度θ如下所示。

S4、根据第一次迭代求得的摆角铣头A轴角度α、C轴角度β和C20转台角度θ，求得刀尖点距离X轴的值MPy和距离Y轴的值MPx，根据MPx和MPy求得被加工点向刀尖点逼近C20转台需要转动角度θ，然后多次迭代转动C20转台使被加工点逼近刀尖点直至被加工点和刀尖点之间距离在可接受范围之内，结束循环得到最终的YZACC20的数值，如下为刀尖点距离工件坐标系X和Y轴的距离M

S3、根据龙门机床和摆角铣头尺寸以及迭代完成后的摆角铣头A轴角度α、C轴角度β和C20转台角度θ，其中LT为刀具到A轴距离、LAC为A轴到C轴距离、LCZ为C轴到滑枕端面距离，建立与刀触点坐标方程式，得到Y轴运动距离Y和Z轴运动距离Z，建立如下变换关系：

S4、对逆运动学进行求解

如图3所示，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。