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CN107942942B - 一种应用于机床设备的相交倾斜面的倾斜坐标系建立方法 - Google Patents

一种应用于机床设备的相交倾斜面的倾斜坐标系建立方法 Download PDF

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CN107942942B CN201711318588.5A CN201711318588A CN107942942B CN 107942942 B CN107942942 B CN 107942942B CN 201711318588 A CN201711318588 A CN 201711318588A CN 107942942 B CN107942942 B CN 107942942B
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黄玉彤
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Dalian Kede Numerical Control Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种机床设备应用于相交倾斜面的倾斜坐标系建立方法，包括如下步骤：S1、相邻倾斜面信息的输入：S2、左倾斜面的法矢和右倾斜面的法矢；S3、交线矢量的计算；S4、倾斜工件坐标系的计算；S5、生产时坐标系的选用：若要加工左倾斜面，则选用左倾斜面所在的坐标系；若要加工右倾斜面，则选用右倾斜面所在的坐标系；将用的坐标系或中的点的坐标，换算到数控机床通用的坐标系中，从而指导数控机床对斜平面的加工。本发明应用于五轴加工中心的斜面加工场合，能够方便的设置适用于相交斜面的倾斜坐标系，从而降低操作人员的工作难度，减轻工作量，提高加工精度，达到提高五轴加工中心加工倾斜面的加工效率和加工质量的目的。

Description

一种应用于机床设备的相交倾斜面的倾斜坐标系建立方法
技术领域
本发明涉及一种机床设备，更具体地说，涉及五轴加工中心及类似机床设备中相交倾斜面的加工。
背景技术
五轴加工中心主要用铣刀对固定的工件进行铣削加工。铣削是指使用旋转的多刃刀具切削工件。五轴加工中心包含有三个直线轴和两个旋转轴的加工中心。可以在一次装卡工件后，加工工件的多个面。五轴加工中心具有应用灵活，加工效率高的特点。
当五轴加工中心对工件的多个面进行加工时，有些加工面是倾斜的，即加工面的法矢和机床坐标系的XYZ轴的方向矢量非正交，而这些加工面之间又是有交线的。这些加工面称之为倾斜面，相交的两个倾斜面称为相交倾斜面，如图1所示，L表示左倾斜面，R表示右倾斜面。
目前主要的倾斜坐标系设置方法有旋转角法、RPY角法、投影角法、两矢量法、三点法等。这些方法主要是根据单一倾斜面的信息来设置倾斜坐标。
目前数控系统加工相交倾斜面时是针对每个倾斜面来单独设置倾斜坐标系N进行加工的，如图2所示，然后数控系统会控制机床在这个倾斜坐标系下进行加工，其中M表示机床坐标系。
当需要加工两个倾斜面的交线及其相邻部分时，要么后处理软件计算出在单一倾斜面坐标系上可以加工交线的复杂加工刀路轨迹，要么操作人员自己计算出包含两个倾斜面交线的坐标系进行简单编程加工。这就增加了操作人员的工作难度和工作量，并且当操作人员需要自己计算出包含交线的坐标系时由于相关信息的精度问题造成计算出的倾斜坐标系的角度精度下降。
例如，当一个A45°的面和一个B45°的面相交时，需要加工交线时，就需要设置一个合适的倾斜坐标系。通常状况下，需要根据设计图纸找到这个斜线的上下两个点的坐标，计算出一个矢量，再根据倾斜面的法矢，通过两矢量法来设置倾斜坐标系。然后机床可以沿着这个倾斜坐标系的X轴加工交线以及附近区域。
此方法操作计算比较繁琐复杂，同时由于给定上下点的坐标精度为小数点后四位，造成了计算出的倾斜坐标系的Z轴矢量与左或者右倾斜面的法向矢量并不完全重合，有一定的角度偏差。现场操作人员需要一种更加简单直接精确的方法来设定需要的坐标系。
发明内容
本发明针对五轴加工中心斜面加工存在的如下问题：相邻倾斜面信息的获取、交线矢量的计算，以及倾斜坐标系的计算和设置，提供一种倾斜坐标系建立方法，旨在达到方便设置倾斜坐标系、降低工作难度，减轻工作量，提高加工精度的目的。
为了达到上述目的，本发明提供了一种应用于机床设备的相交倾斜面的倾斜坐标系建立方法，包括如下步骤：
S1、相邻倾斜面信息的输入：
倾斜面的信息由G代码输入A,B,C实现，其中，A是倾斜坐标系由机床的世界坐标系绕着其X轴旋转A角度得到，B是倾斜坐标系由机床的世界坐标系绕着其Y轴旋转B角度得到，C是倾斜坐标系由机床的世界坐标系绕着其Z轴旋转C角度得到；
左倾斜面输入A1，B1，C1；右倾斜面输入A2，B2，C2；
S2、左倾斜面的法矢
Figure GDA0002364076390000021
和右倾斜面的法矢
Figure GDA0002364076390000022
Figure GDA0002364076390000023
Figure GDA0002364076390000024
S3、交线矢量的计算：
Figure GDA0002364076390000025
S4、倾斜工件坐标系的计算
设置左右两种倾斜坐标系，一个坐标系在左倾斜面上，一个坐标系在右倾斜面上；在左倾斜面上的坐标系使用
Figure GDA0002364076390000026
和
Figure GDA0002364076390000027
根据两矢量法来构建坐标系ML；在右倾斜面上的坐标系使用
Figure GDA0002364076390000028
和
Figure GDA0002364076390000029
根据两矢量法来构建坐标系MR；
Figure GDA00023640763900000210
其中，
Figure GDA0002364076390000031
Figure GDA0002364076390000032
其中，
Figure GDA0002364076390000033
S5、生产时坐标系的选用：
若要加工左倾斜面，则选用左倾斜面所在的坐标系ML；若要加工右倾斜面，则选用右倾斜面所在的坐标系MR；
将用的坐标系ML或MR中的点的坐标，换算到数控机床通用的坐标系中，从而指导数控机床对斜平面的加工。
本发明应用于五轴加工中心的斜面加工场合，能够方便的设置适用于相交斜面的倾斜坐标系，从而降低操作人员的工作难度，减轻工作量，提高加工精度，达到提高五轴加工中心加工倾斜面的加工效率和加工质量的目的。
附图说明
图1是相交倾斜面示意图。
图2是倾斜坐标系示意图。
图3是相交倾斜面定义图。
图4是左倾斜坐标系定义图。
图5是右倾斜坐标系定义图。
图6是本发明流程示意图。
具体实施方式
本发明的技术方案是数控系统根据相邻两倾斜面的信息，自动计算出以两倾斜面交线为X轴，以左右倾斜面的法向矢量为Z轴分别建立两个倾斜坐标系，具体如图3-5所示。
一、相邻倾斜面信息的输入
相邻倾斜面信息的输入由G代码实现，使用G代码输入A1，B1，C1，A2，B2，C2。其中A1，B1，C1为定义相邻两倾斜面中左倾斜坐标系的角度，A2，B2，C2位定义相邻两倾斜面中右倾斜坐标系的角度。
相邻倾斜面信息的输入由G代码实现，使用G代码输入A,B,C来实现。这里A的含义是倾斜坐标系由机床的世界坐标系绕着其X轴旋转A角度得到，B的含义是倾斜坐标系由机床的世界坐标系绕着其Y轴旋转B角度得到，C的含义是倾斜坐标系由机床的世界坐标系绕着其Z轴旋转C角度得到。
计算出左倾斜面的法矢
Figure GDA0002364076390000041
Figure GDA0002364076390000042
同理可以计算得到右倾斜面的法矢
Figure GDA0002364076390000043
Figure GDA0002364076390000044
二、交线矢量的计算
倾斜面的交线矢量由相邻两斜面的法矢计算得到，由于该交线同时在左右两个斜面上，所以它与两个斜面的法矢都正交，故可以用两个法矢进行叉乘得到交线的矢量
Figure GDA0002364076390000045
Figure GDA0002364076390000046
三、倾斜工件坐标系的计算
本发明根据需求需要可以设置左右两种倾斜坐标系，一个坐标系在左倾斜面上，一个坐标系在右倾斜面上。
在左倾斜面上的坐标系使用
Figure GDA0002364076390000047
和
Figure GDA0002364076390000048
根据两矢量法来构建坐标系ML。在右倾斜面上的坐标系使用
Figure GDA0002364076390000049
和
Figure GDA00023640763900000410
根据两矢量法来构建坐标系MR。
Figure GDA00023640763900000411
其中，
Figure GDA00023640763900000412
Figure GDA00023640763900000413
其中，
Figure GDA00023640763900000414
四、坐标系的选用
选用上一步骤中生成的坐标系，在生产时，若要加工左倾斜面，则选用左倾斜面所在的坐标系ML；若要加工右倾斜面，则选用右倾斜面所在的坐标系MR。五、利用建立的坐标系来指导加工生产：
将所述上一步骤中选用的坐标系ML或MR中的点的坐标，换算到数控机床通用的坐标系中，这样选用的坐标系ML或MR中所包含的点的坐标也换算到了数控机床通用的坐标系中，以此指导数控机床对此左倾斜平面或右倾斜平面进行加工生产。
在GNC61数控系统中，使用G代码G522A_B_C_D_E_F_P_来设置相交倾斜面的倾斜坐标系。其中A_B_C_用来输入左倾斜面的A1,B1,C1角度，D_E_F_用来输入右倾斜面的A2,B2,C2角度。P的值只有0或1，用来指定左倾斜面坐标系还是右倾斜面坐标系。流程图如图6所示：
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种应用于机床设备的相交倾斜面的倾斜坐标系建立方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、相邻倾斜面信息的输入：
倾斜面的信息由G代码输入A,B,C实现，其中，A是倾斜坐标系由机床的世界坐标系绕着其X轴旋转A角度得到，B是倾斜坐标系由机床的世界坐标系绕着其Y轴旋转B角度得到，C是倾斜坐标系由机床的世界坐标系绕着其Z轴旋转C角度得到；
左倾斜面输入A1，B1，C1；右倾斜面输入A2，B2，C2；
S2、左倾斜面的法矢
Figure FDA0002364076380000011
和右倾斜面的法矢
Figure FDA0002364076380000012
Figure FDA0002364076380000013
Figure FDA0002364076380000014
S3、交线矢量的计算：
Figure FDA0002364076380000015
S4、倾斜工件坐标系的计算
设置左右两种倾斜坐标系，一个坐标系在左倾斜面上，一个坐标系在右倾斜面上；在左倾斜面上的坐标系使用
Figure FDA0002364076380000016
和
Figure FDA0002364076380000017
根据两矢量法来构建坐标系ML；在右倾斜面上的坐标系使用
Figure FDA0002364076380000018
和
Figure FDA0002364076380000019
根据两矢量法来构建坐标系MR；
Figure FDA00023640763800000110
;
其中，
Figure 1
;
Figure FDA00023640763800000112
;
其中，
Figure 2
;
S5、生产时坐标系的选用：
若要加工左倾斜面，则选用左倾斜面所在的坐标系ML；若要加工右倾斜面，则选用右倾斜面所在的坐标系MR；
将用的坐标系ML或MR中的点的坐标，换算到数控机床通用的坐标系中，从而指导数控机床对斜平面的加工。
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