一种卧式五轴机床加工三元叶轮的防止机床超程的方法

摘要

本发明公开了一种卧式五轴机床加工三元叶轮的防止机床超程的方法，在刀具的初始加工位置和结束加工位置，调整刀具的姿态，使刀具的刀轴矢量与第Y轴及Z轴所构成的平面之间形成第一夹角，且刀轴矢量与Y轴之间形成第二夹角；然后通过计算得到机床主轴的空间坐标并结合仿真结果，判断主轴箱立柱与工作台之间的距离不小于预设距离，若主轴箱立柱与工作台之间的距离小于所述预设距离，则增加第一夹角的角度，直至主轴箱立柱与工作台之间的距离不小于预设距离，从而刀具的空间加工位置不会造成卧式机床主轴箱立柱与工作台超程而碰撞的情况发生，也无需更换刀具，提高了加工效率。

说明书

技术领域

本发明涉及叶轮加工领域，特别涉及一种卧式五轴机床加工三元叶轮的防止机床超程的方法。

背景技术

直纹面三元叶轮精加工时，通过刀具侧刃与叶片贴合，沿着轴、盖盘对应点连线进行加工。当利用卧式五轴数控机床上进行加工时，针对叶轮叶片的出风口空间扭曲在特定角度，刀具的空间加工位置会造成卧式机床主轴箱立柱立柱与工作台超程，无法进行侧刃精加工。这时需要更改为自由曲面点铣加工，刀具路径由原来一刀轨迹变成几十刀甚至更多，加工效率大大降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种卧式五轴机床加工三元叶轮的防止机床超程的方法，主要目的在于解决以上现有技术中至少一项技术问题。

根据本发明的实施例，提供了一种卧式五轴机床加工三元叶轮的防止机床超程的方法，包括：

S11：确定刀具的初始加工位置和结束加工位置；

S12：在机床坐标系中，调整所述刀具在所述初始加工位置和结束加工位置的姿态，使所述刀具的刀轴矢量与第一平面之间形成第一夹角，且所述刀轴矢量与Y轴之间形成第二夹角，所述第一平面为Y轴及Z轴所构成的平面；

S13：根据所述刀具的长度、刀具的直径、刀具矢量至叶轮中心点的距离、叶轮半径、第一夹角及第二夹角，分别得到所述刀具的初始加工位置和结束加工位置对应的机床主轴的空间坐标；

S14：根据所述机床主轴的空间坐标，对刀具路径进行仿真；

S15：根据仿真结果，判断主轴箱立柱与工作台之间的距离是否小于预设距离，若所述主轴箱立柱与所述工作台之间的距离小于所述预设距离，则增加所述第一夹角的角度并重复步骤S13-S14，直至所述主轴箱立柱与所述工作台之间的距离不小于所述预设距离。

具体地，所述根据所述刀具的长度、刀具的直径、叶轮半径、刀具矢量至叶轮中心点的距离、第一夹角及第二夹角，分别得到所述刀具的初始加工位置和结束加工位置对应的机床主轴的空间坐标包括：

根据所述刀具的直径、刀具矢量至叶轮中心点的距离、叶轮半径及所述第二夹角，分别得到所述刀具的初始加工位置和结束加工位置对应的刀心点的空间坐标；

根据所述刀具的初始加工位置和结束加工位置对应的刀心点的空间坐标、刀具的直径、叶轮半径、刀具的长度、第一夹角及第二夹角，分别得到所述刀具的初始加工位置和结束加工位置对应的机床主轴的空间坐标。

具体地，根据所述刀具的直径、刀具矢量至叶轮中心点的距离、叶轮半径及所述第二夹角，得到所述刀具的初始加工位置对应的刀心点的空间坐标包括：

根据所述刀具的直径、刀具矢量至叶轮中心点的距离、叶轮半径及所述第二夹角，按照如下公式，得到所述刀具的初始加工位置对应的刀心点的空间坐标，

其中，(x

根据所述刀具的初始加工位置对应的刀心点的空间坐标、刀具的直径、叶轮半径、刀具的长度、第一夹角及第二夹角，得到所述刀具的初始加工位置对应的机床主轴的空间坐标包括：

根据所述刀具的初始加工位置对应的刀心点的空间坐标、刀具的直径、叶轮半径、刀具的长度、第一夹角及第二夹角，按照如下公式，得到所述刀具的初始加工位置对应的机床主轴的空间坐标；

其中，(x

具体地，根据所述刀具的直径、刀具矢量至叶轮中心点的距离、叶轮半径及所述第二夹角，得到所述刀具的结束加工位置对应的刀心点的空间坐标包括：

根据所述刀具的直径、刀具矢量至叶轮中心点的距离、叶轮半径及所述第二夹角，按照如下公式，得到所述刀具的结束加工位置对应的刀心点的空间坐标；

其中，(x

根据所述刀具的结束加工位置对应的刀心点的空间坐标、刀具的直径、叶轮半径、刀具的长度、第一夹角及第二夹角，得到所述刀具的结束加工位置对应的机床主轴的空间坐标包括：

根据所述刀具的结束加工位置对应的刀心点的空间坐标、刀具的直径、叶轮半径、刀具的长度、第一夹角及第二夹角，按照如下公式，得到所述刀具的结束加工位置对应的机床主轴的空间坐标；

其中，(x

具体地，所述第一夹角的范围为5°-45°，所述第二夹角的范围为0°-20°。

本发明实施例提供了一种卧式五轴机床加工三元叶轮的防止机床超程的方法，在刀具的初始加工位置和结束加工位置，调整刀具的姿态，使刀具的刀轴矢量与第Y轴及Z轴所构成的平面之间形成第一夹角，且刀轴矢量与Y轴之间形成第二夹角；然后通过计算得到机床主轴的空间坐标并结合仿真结果，判断主轴箱立柱与工作台之间的距离不小于预设距离，若主轴箱立柱与工作台之间的距离小于所述预设距离，则增加第一夹角的角度，直至主轴箱立柱与工作台之间的距离不小于预设距离，从而刀具的空间加工位置不会造成卧式机床主轴箱立柱与工作台超程而碰撞的情况发生，也无需更换刀具，提高了加工效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种卧式五轴机床加工三元叶轮的防止机床超程的方法流程图；

图2为应用场景图；

图3为刀具的初始加工位置的示意图；

图4为刀具的结束加工位置的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明的实施例，如图1所示，提供了一种卧式五轴机床加工三元叶轮的防止机床超程的方法，包括：

S11：确定刀具的初始加工位置和结束加工位置。

图2示出了卧式五轴机床加工三元叶轮的加工状态图，刀具与工作台相对设置，刀具通过主轴箱与主轴箱立柱连接，三元叶轮在加工前固定在工作台的中部。通过仿真软件可以发现，机床主轴箱立柱与工作台的碰撞主要发生在直纹面叶轮叶片的外径位置(叶轮流道出风口处)，精加工叶片时，刀具的切削刃与叶轮叶片直纹面的母线平行贴合。在刀长固定、机床行程固定的情况下，刀轴加工起始和结束位置会有两个固定刀轴矢量可以实现，发生碰撞的情况是刀具的初始加工位置和结束加工位置在机床X轴正负矢量叶轮半径坐标附近，刀轴加工初始位置的两个固定刀轴矢量位置B轴上相差180度，刀轴加工结束位置的两个固定刀轴矢量位置B轴上相差180度。此时，工作台与主轴箱立柱距离最近，容易发生碰撞。

S12：在机床坐标系中，调整刀具在初始加工位置和结束加工位置的姿态，使刀具的刀轴矢量与第一平面之间形成第一夹角，且刀轴矢量与Y轴之间形成第二夹角，第一平面为Y轴及Z轴所构成的平面。

机床坐标系是机床上固有的坐标系，并设有固定的坐标原点，具体可参见图2，Y轴的方向与X轴及Z轴所构成的平面。参见图3，刀具的起始位置在机床X轴的负向，刀心点R距离工件零点O为叶轮的半径,r，刀轴矢量与YZ平面成夹角为第一夹角B，同时与Y轴夹角为第二夹角A。参见图4，刀具的起始位置在机床X轴的负向，刀心点R距离工件零点O为叶轮的半径r，刀轴矢量与YZ平面成夹角为第一夹角B，同时与Y轴夹角为第二夹角A。其中，工件零点O为三元叶轮的中轴线与底面的交点。第一夹角B的范围为5°-45°，第二夹角A的范围为0°-20°。

S13：根据刀具的长度、刀具的直径、刀具矢量至叶轮中心点的距离、叶轮半径、第一夹角及第二夹角，分别得到刀具的初始加工位置和结束加工位置对应的机床主轴的空间坐标。

该步骤具体包括如下步骤：

S131：根据刀具的直径、刀具矢量至叶轮中心点的距离、叶轮半径及第二夹角，分别得到刀具的初始加工位置和结束加工位置对应的刀心点的空间坐标。

S132：根据刀具的初始加工位置和结束加工位置对应的刀心点的空间坐标、刀具的直径、叶轮半径、刀具的长度、第一夹角及第二夹角，分别得到刀具的初始加工位置和结束加工位置对应的机床主轴的空间坐标。

具体地，针对刀具的初始加工位置对应的机床主轴Q点的空间坐标，包括如下步骤：

根据刀具的直径、刀具矢量至叶轮中心点的距离、叶轮半径及第二夹角，按照如下公式，得到刀具的初始加工位置对应的刀心点的空间坐标，

其中，(x

根据刀具的初始加工位置对应的刀心点的空间坐标、刀具的直径、叶轮半径、刀具的长度、第一夹角及第二夹角，按照如下公式，得到刀具的初始加工位置对应的机床主轴的空间坐标包括：

其中，(x

具体地，针对刀具的初始加工位置对应的机床主轴Q点的空间坐标，包括如下步骤：

根据刀具的直径、刀具矢量至叶轮中心点的距离、叶轮半径及第二夹角，得到刀具的结束加工位置对应的刀心点的空间坐标包括：

根据刀具的直径、刀具矢量至叶轮中心点的距离、叶轮半径及第二夹角，按照如下公式，得到刀具的结束加工位置对应的刀心点的空间坐标，

其中，(x

根据刀具的结束加工位置对应的刀心点的空间坐标、刀具的直径、叶轮半径、刀具的长度、第一夹角及第二夹角，按照如下公式，得到刀具的结束加工位置对应的机床主轴的空间坐标包括：

其中，(x

由以上技术方案可以看出，将刀具在初始加工位置和结束加工位置的姿态，使刀具的刀轴矢量与Y轴及Z轴所构成的平面之间形成第一夹角，且刀轴矢量与Y轴之间形成第二夹角，从而可以增加机床主轴Q点在X轴及Z轴所构成的平面上的投影点到工件零点的距离，进而增加工作台与主轴箱立柱之间的距离。

S14：根据机床主轴的空间坐标，对刀具路径进行仿真。仿真可采用现有的软件来进行。

S15：根据仿真结果，判断主轴箱立柱与工作台之间的距离是否小于预设距离，若主轴箱立柱与工作台之间的距离小于预设距离，则增加第一夹角的角度并重复步骤S13-S14，直至主轴箱立柱与工作台之间的距离不小于预设距离。

本发明实施例提供了一种卧式五轴机床加工三元叶轮的防止机床超程的方法，在刀具的初始加工位置和结束加工位置，调整刀具的姿态，使刀具的刀轴矢量与第Y轴及Z轴所构成的平面之间形成第一夹角，且刀轴矢量与Y轴之间形成第二夹角；然后通过计算得到机床主轴的空间坐标并结合仿真结果，判断主轴箱立柱与工作台之间的距离不小于预设距离，若主轴箱立柱与工作台之间的距离小于预设距离，则增加第一夹角的角度，直至主轴箱立柱与工作台之间的距离不小于预设距离，从而刀具的空间加工位置不会造成卧式机床主轴箱立柱与工作台超程而碰撞的情况发生，也无需更换刀具，提高了加工效率。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。