一种用三轴机床系统实现五轴机床系统加工的方法

摘要

一种用三轴机床系统实现五轴机床系统加工的方法，首先将三维立体空间控制数据x，y，z转换为三维球面坐标系下数据r，θ，Ψ，然后由三维球面坐标系下数据r，θ，Ψ得到三轴控制数据A，B，C；最后将三轴控制数据A，B，C输入到三轴机床中进行工件加工。其中上述的三轴机床，包括一个旋转轴，一个摆动轴，一个平动轴；旋转轴可以托着加工工件顺时针，逆时针旋转；摆动轴可以控制刀具切割工件时与转动轴轴心的夹角；平动轴可以控制刀具切割工件的深度。本发明所述的三轴机床结构简单，操作简便，对各方面的要求都比较低，使用本发明所述的方法可以达到需要五轴机床加工才能得到的效果，大大降低了加工工件的成本。

说明书

技术领域

本发明涉及数控机床系统领域，特别涉及数控机床系统位置控制技术领域。

背景技术

制造业是国民经济的基础产业，制造业的水平高低是衡量一个国家工业发达程度的重要标志。数控机床质量水平高低，关系着国家制造业水平的高低。

通常说的五轴机床代指五坐标联动数控机床。该类机床在传统X/Y/Z三向之外另加A/B旋转轴联动加工，主要用于复杂曲面加工，例如汽轮机叶片、航空发动机零件等在现有技术领域，五轴机床已经能够加工具有复杂外形的工件，如船舶用螺旋桨，并且能够做到很好的加工精度，但是五轴系统成本高，价格昂贵，操作复杂，各方面的要求都极为严格；在对工件精度要求不很严格，并且加工工件外形比较接近球面的时候，可以用三轴机床完成需要五轴机床才能完成的加工。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种用三轴机床系统实现五轴机床系统加工的方法。

为了解决上述问题本发明的技术方案是这样的：

一种用三轴机床系统实现五轴机床系统加工的方法，

首先将三维立体空间控制数据x，y，z转换为三维球面坐标系下数据r，θ，Ψ，具体转换公式如下：

$r=\sqrt{x^2+y^2+z^2};$

$\theta =\mathrm{arctg}\frac{\sqrt{x^2+y^2}}{z};$

$\psi =\mathrm{arctg}\frac{y}{x};$

然后由三维球面坐标系下数据r，θ，Ψ得到三轴控制数据A，B，C；

最后将三轴控制数据A，B，C输入到三轴机床中进行工件加工。

其中上述的三轴机床，包括一个旋转轴，一个摆动轴，一个平动轴；旋转轴可以托着加工工件顺时针，逆时针旋转；摆动轴可以控制刀具切割工件时与转动轴轴心的夹角；平动轴可以控制刀具切割工件的深度。

有益效果，本发明所述的三轴机床结构简单，操作简便，对各方面的要求都比较低，使用本发明所述的方法可以达到需要五轴机床加工才能得到的效果，大大降低了加工工件的成本。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为本发明所述的三轴机床的三轴结构示意图；

图2为本发明所述的三维立体空间控制数据转换为三维球面坐标数据的转换示意图。

图3为本发明所述的B轴控制数据转换示意图。

图4为本发明所述的C轴控制数据转换示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参看图1

对机床进行结构上的设计，设置一个旋转轴A轴，摆动轴B轴，平动轴C轴，旋转轴可以托着加工工件顺时针，逆时针旋转；摆动轴可以控制刀具切割工件时与转动轴轴心的夹角；平动轴可以控制刀具切割工件的深度。

图1中A轴可以顺时针，逆时针旋转；B轴可以摆动以增加和减小同A轴夹角；C轴可以沿着B轴上下平动。

参看图2

加工过程中主要为：

1、当得到一组三维立体空间控制数据(x，y，z)后，先将三维正交坐标系下的数据转换成三维球面坐标系(r，θ，ψ)

a由三维正交坐标系(x，y，z)计算得到球面坐标系半径r值；

$r=\sqrt{x^2+y^2+z^2}$

b由三维正交坐标系(x，y，z)计算得到球面坐标系θ值；

$\theta =\mathrm{arctg}\frac{\sqrt{x^2+y^2}}{z}$

c由三维正交坐标系(x，y，z)计算得到球面坐标系ψ值。

$\psi =\mathrm{arctg}\frac{y}{x}$

2、由三维球面坐标系数据(r，θ，ψ)得到三轴控制数据(A，B，C)

2a、由三维球面坐标系数据(r，θ，ψ)得到A轴控制数据，由于ψ取值范围为[0，360)，而机床A轴转动角度范围为(-∞，+∞)为预防角度突变，在0°与360°连接处要做角度平滑处理，除了要记录当前角度位置以外，还要记录当前圈数，由圈数和角度一起决定A轴转动的角度，如果逆时针转动，圈数为正，如果顺时针转动圈数为负，即

A轴角度＝ψ+圈数×360；

2b、由三维球面坐标系数据(r，θ，ψ)得到B轴控制数据，根据机械结构图和实际B轴与A轴夹角计算出B轴达到要求夹角时实际给予的控制量，此控制量根据机床具体结构来实现，当前的一种实现方式是利用三角形进行转换，将B轴与A轴夹角的控制转换成一个距离的控制，示意图参看图3。

当B轴与A轴夹角由σ变化成τ时，只要控制量由L1变成L2就可以实现，具体由角度到长度的转换利用平面三角形知识就可以得到

2c、由三维球面坐标系数据(r，θ，ψ)得到C轴控制数据，根据实际切割点和加工深度计算得到C轴控制数据，具体转换示意图如图4。

C轴控制数据转换公式为

最后将得到的三轴控制数据(A，B，C)输入到具有图1中所述三轴的机床中进行零部件加工。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。