橢圓曲線數控加工成型方法技術

本發明專利技術涉及一種橢圓曲線的數控加工成型方法，以裝有加工零件的機械傳動鏈的物理軸為真實軸，以存在于控制系統中的機床參數為虛擬軸，設圓Ａ、Ｂ于以加工工件中心為圓心的真實軸和虛擬軸上，通過圓Ａ在真實軸Ｘ方向均勻縮小某一倍數或通過圓Ｂ在真實軸Ｙ方向均勻擴大某一倍數形成橢圓曲線；其虛擬軸與實際存在于數控裝置上的物理軸之間的比例變換關系：如式Ⅰ、Ⅱ其中：ｂ＞ａ＞０。本發明專利技術具有計算量少、編程簡單、精度高等優點。（*該技術在2020年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及數控加工、擺臂式機械手的運動控制，具體是一種在通用數控設備上或擺臂式機械手運動軌跡中實現的。在機械制造業中，具有橢圓形外型輪廓的工件是二維工件加工中比較常見也是比較難以加工的，目前橢圓形工件的加工方法主要有根據橢圓的形成定理設計專用加工裝置進行加工或在數控機床上進行數控加工。由于一般數控機床的編程代碼只具有直線插補和圓弧插補功能，且系統不對用戶開放，因此對于橢圓這類非圓形曲線的數控加工大多采用小段直線或小段圓弧去逼近輪廓曲線，控制最大偏離度在公差允許范圍內，然后計算出每段直線或圓弧的起點坐標、終點坐標及圓弧半徑，再編制數控加工程序進行加工。由于必須按照允許的精度要求計算各小段直線或圓弧的起點和終點，當工件輪廓較長而精度要求很高時，逼近段直線或圓弧必須分得很細，因而計算量大，給編程帶來很大的不便，同時這種按逼近曲線或近似畫法進行編程的方法從原理上就已存在誤差，因而無法加工出高精度的橢圓形工件。為了克服上述不足，本專利技術的目的是提供一種計算量少、精度高、編程簡單、能在通用型數控設備上實現的。為了實現上述目的，本專利技術的技術方案是以裝有加工工件的機械傳動鏈的物理軸為真實軸，以存在于控制系統中的機床參數為虛擬軸，設圓A、B于以加工工件中心為圓心的真實軸和虛擬軸上，通過圓A在真實軸X方向均勻縮小某一倍數或通過圓B在真實軸Y方向均勻擴大某一倍數形成橢圓曲線；所述圓A在真實軸X方向均勻縮小某一倍數或圓B在真實軸Y方向均勻擴大某—倍數是基于虛擬軸與實際存在于數控裝置上的物理軸之間的比例變換關系SrealSvirtual=ba]]>或SrealSvirtual=ab]]>其中b＞a＞0具體為在具有半閉環位置伺服系統結構的數控機床上進行橢圓曲線的數控加工時，利用半閉環位置伺服系統將機床本身的機械傳動鏈排除在位置閉環之外，伺服系統的電氣控制部分和執行機械相對獨立這一特點，首先以機床參數形式構造一存在于控制系統參數中的虛擬軸；然后通過虛擬軸與實際存在于數控裝置上的物理軸之間的比例變換關系，編寫圓形曲線的數控加工代碼，實現兩個軸上的圓A在真實軸X方向均勻縮小某—倍數或圓B在真實軸Y方向均勻擴大某—倍數，從而精確形成橢圓曲線。所述圓形曲線可以為以橢圓長軸為直徑的圓，也可以為以橢圓短軸為直徑的圓；所述虛擬軸以機床參數形式存在于數控系統中，與其對應的真實軸存在與機床本身的機械傳動鏈中。本專利技術具有如下優點1．本專利技術從原理上避免了各種逼近方法編程所造成的加工誤差，具有計算量小，編程簡單，精度高等特點；2．應用范圍廣。本專利技術除適用于半閉環位置伺服系統結構的數控機床，也適用于以步進電機作為執行部件的開環位置伺服系統型數控系統；除數控加工外，還可以應用于擺臂式機械手的運動學控制中，實現平直的水平運動。 附圖說明圖1為本專利技術原理圖。圖2為本專利技術一個實施例原理圖。下面結合附圖對本專利技術做進一步詳細說明。如圖1所示，其中圓A1為Y向進給軸與構造的X向虛擬軸的圓形插補運動軌跡，其直徑為橢圓曲線2的長軸，橢圓曲線2為待形成的橢圓形加工曲線，圓B3為X向進給軸(即進給軸)與構造的Y向虛擬軸的圓形插補運動軌跡，其直徑為橢圓曲線2的短軸，X向進給軸由伺服電機A4驅動，Y向進給軸由伺服電機B6驅動，設5為機床數控系統，7為Y向進給軸絲杠，8為X向進給軸絲杠，9為工件坐標系XOY。待加工工件的外形輪廓曲線如圖1中橢圓曲線2所示，方程表示如下x2a2+y2b2=1]]>(b＞a＞0) (1)令x′=bax,]]>y＇=y則(1)式變為x＇2+y′2=b2(2)令x＂=x，y″″=aby]]>則(1)式變為x″2+y″2=a2(3)式(1)到式(2)的變換表明圓A1在x軸方向上均勻壓縮b/倍成為橢圓曲線2；式(1)到式(3)的變換表明圓B3在y軸方向上均勻擴大b/a倍成為橢圓曲線2。半閉環位置伺服系統將機床本身的機械傳動鏈排除在位置閉環之外，伺服系統的電氣控制部分和執行機械是相對獨立的。機床機械傳動鏈節的有關參數(如速比、絲杠導程、極限行程及脈沖當量等)均以機床參數的形式存儲在數控系統的存儲器中，對控制系統而言，改變某一進給軸機床參數的數值相當于改變了機床機械傳動鏈節相應部分的結構，由于伺服電機實際驅動的進給軸結構并未改變，即與改動后的機床參數所對應的進給軸實際上并不存在，故稱其為虛擬軸。如果在數控程序中對虛擬軸編程，則程序執行后伺服電機所驅動的真實進給軸的實際進給量并非為實際編程值，兩者之間存在一比例關系。若Sreal為機床實際連接絲杠導程，Svirtual為虛擬軸絲杠導程，為進行橢圓曲線加工可取其比例關系為SrealSvirtual=ba]]>或SrealSvirtual=ab]]>(b＞a＞0)并修改相關機床參數，則在數控指令執行過程中執行機構自動實現在某一坐標軸方向的放大或壓縮，完成從圓到橢圓的變換，實現橢圓形曲線的數控加工。本專利技術加工方法通過編程實現，編程內容包括以下2部分1．修改某一進給軸的部分機床參數，構造一個與其對應的虛擬軸；2．編寫圓形曲線數控加工代碼。實施例1橢圓形二維輪廓工件的數控加工需加工的橢圓如圖1中橢圓曲線2所示，長、短軸分別為150mm和75mm，構造X向虛擬軸，Y向真實軸與X向虛擬軸之間按圓A1進行插補運動，取則刀具處形成的加工曲線即為橢圓曲線2。數控程序如下SrealSvirtual=ba=15075=2]]>1．修改機床參數，構造X向虛擬軸，將X軸的以下6組共10個機床數據擴大2倍(1)MD11,MD12 脈沖當量(2)MD27,MD28 加速度、減速度(3)MD31 進給軸最高速度(4)MD20,MD21 負、正向軟極限(5)MD6,MD36 回參考點終、初速度(6)MD3 參考點坐標 2．編寫數控加工代碼N1 G00 X150000 Y0 M1=6(快速進給至加工起點)N5 G02 G171150000 F6000 (以工進速度進行半徑為150mm的全圓加工N10 G00 X200000 Y200000 (加工結束，返回)N15 M1=30 (程序結束)實施例2擺臂式機械手的水平運動軌跡控制如圖2所示，為本專利技術應用在一種2自由度擺臂式機械手的實例。其中儲氣罐10位于機械手的安裝支架11上，機械手具有垂直軸12和水平軸15，支架11上裝有擺臂14，端拾器13位于擺臂14末端，16為橢圓形運動軌跡，17為水平直線運動軌跡。該機械手的機械結構決定了當水平軸15單獨驅動時，與擺臂14連接的端拾器13上任一點C的空間軌跡為一橢圓形運動軌跡16。為保持C點沿水平直線運動軌跡17運動，必須對水平軸15和垂直軸12進行與橢圓形運動軌跡16垂直對稱的橢圓曲線插補，補償因水平軸15運動帶來的C點在垂直方向上的位移量。采用本專利技術所述的橢圓曲線的形成方法，以機床參數形式構造一水平虛擬軸，垂直軸12與X向虛擬軸之間按圓形曲線進行插補運動，則端拾器13上任一點C的合成空間軌跡即為水平直線運動軌跡17。程序結構形式與實施例1相同。權利要求1．一種，其特征在于以裝有加工零件的機械傳動鏈的物理軸為真實軸，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種橢圓曲線數控加工成型方法，其特征在于：以裝有加工零件的機械傳動鏈的物理軸為真實軸，以存在于控制系統中的機床參數為虛擬軸，設圓Ａ、Ｂ（１、３）于以加工工件中心為圓心的真實軸和虛擬軸上，通過圓Ａ（１）在真實軸Ｘ方向均勻縮小某一倍數或通過圓Ｂ（３）在真實軸Ｙ方向均勻擴大某一倍數形成橢圓曲線（２）。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：邱繼紅，
申請(專利權)人：沈陽新松機器人自動化股份有限公司，
類型：發明
國別省市：89[中國|沈陽]