CN108705684B - 一种五轴石材桥切机三维加工圆盘锯位姿获取方法 - Google Patents

一种五轴石材桥切机三维加工圆盘锯位姿获取方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种五轴石材桥切机三维加工圆盘锯位姿获取方法，包括圆盘锯姿态角获取和圆盘锯偏置位置获取方法，具体的：根据从DXF文件中获取的三维多段线的点坐标Pi，及其所在平面的法线
Figure DDA0001638861140000011
计算既垂直于PiPi+1又垂直于
Figure DDA0001638861140000012
的单位向量
Figure DDA0001638861140000013
根据
Figure DDA0001638861140000014
在XY平面的投影
Figure DDA0001638861140000015
与X轴的正向所成的角，计算C轴旋转角度
Figure DDA0001638861140000016
根据
Figure DDA0001638861140000017
与Z轴的正向所成的角，计算B轴旋转角度
Figure DDA0001638861140000018
根据
Figure DDA0001638861140000019
的方向和B、C轴旋转角度
Figure DDA00016388611400000110
计算摆长偏置，根据
Figure DDA00016388611400000111
的方向以及
Figure DDA00016388611400000112
在XY平面的投影
Figure DDA00016388611400000113
与X轴正向的夹角α，
Figure DDA00016388611400000114
与Z轴正向的夹角β，计算刀具偏置。本发明通过对圆盘锯姿态角和圆盘锯偏置位置的获取，使得圆盘锯能够跟随三维曲线调整位姿并正确的加工出目标曲线轮廓。

Description

一种五轴石材桥切机三维加工圆盘锯位姿获取方法
技术领域
本发明涉及石材数控自动化加工领域，尤其涉及一种五轴石材桥切机三维加工圆盘锯位姿获取方法。
背景技术
石材制品正在逐渐异形化和艺术化，同时，石材艺术品和异形产品应用范围越来越广泛，市场需求量日益增加，从而促进异形石材加工设备——五轴石材桥切机的发展。由于圆盘锯在石材加工中以线接触成型，在切削点处的速度较高，故而有较高的加工效率，因此其在石材加工中使用较为广泛。五轴石材桥切机不仅能实现圆盘锯相对于工件进行任意位置移动，而且能够实现圆盘锯轴向相对于工件在一定范围内进行任意方向转动，通过旋转能够保证刀具相对于工件处于最佳的加工位姿。因此，在石材数控自动化加工过程中，实时获取圆盘锯姿态角和圆盘锯偏置位置，从而使得圆盘锯能够跟随三维曲线调整位姿并正确的加工出目标曲线轮廓是十分有必要的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种五轴石材桥切机三维加工圆盘锯位姿获取方法，通过对圆盘锯姿态角和圆盘锯偏置位置的获取，使得圆盘锯能够跟随三维曲线调整位姿并正确的加工出目标曲线轮廓。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种五轴石材桥切机三维加工圆盘锯位姿获取方法，包括：
从DXF文件中获取三维曲线信息；所述三维曲线信息包括三维多段线的点坐标Pi和三维多段线所在平面的法线
Figure BDA0001638861120000011
其中，i为非负整数，i∈0,1,2…；
获取圆盘锯姿态角：计算既垂直于PiPi+1又垂直于
Figure BDA0001638861120000012
的单位向量
Figure BDA0001638861120000013
根据
Figure BDA0001638861120000014
在XY平面的投影
Figure BDA0001638861120000015
与X轴的正向所成的角，计算C轴旋转角度
Figure BDA0001638861120000016
根据
Figure BDA0001638861120000017
与Z轴的正向所成的角，计算B轴旋转角度
Figure BDA0001638861120000018
获取圆盘锯偏置位置：根据
Figure BDA0001638861120000019
的方向、
Figure BDA00016388611200000110
和
Figure BDA00016388611200000111
计算摆长偏置；根据
Figure BDA00016388611200000112
的方向以及
Figure BDA00016388611200000113
在XY平面的投影
Figure BDA00016388611200000114
与X轴正向的夹角α及
Figure BDA00016388611200000115
与Z轴正向的夹角β，计算刀具偏置。
优选的，所述从DXF文件中获取三维曲线信息，包括：
从DXF文件中获取三维多段线的点坐标Pi(xi,yi,zi)，及其所在平面的法线
Figure BDA0001638861120000021
优选的，所述获取圆盘锯姿态角，具体包括：
根据所述Pi(xi,yi,zi)和
Figure BDA0001638861120000022
计算既垂直于PiPi+1又垂直于
Figure BDA0001638861120000023
的单位向量
Figure BDA0001638861120000024
如下：
Figure BDA0001638861120000025
根据
Figure BDA0001638861120000026
在XY平面的投影
Figure BDA0001638861120000027
与X轴的正向所成的角，计算C轴旋转角度
Figure BDA0001638861120000028
如下：
Figure BDA0001638861120000029
根据
Figure BDA00016388611200000210
与Z轴的正向所成的角，计算B轴旋转角度
Figure BDA00016388611200000211
如下：
Figure BDA00016388611200000212
优选的，所述获取圆盘锯偏置位置，具体包括：
根据所述
Figure BDA00016388611200000213
的方向、
Figure BDA00016388611200000214
和
Figure BDA00016388611200000215
计算摆长偏置，如下：
Figure BDA00016388611200000216
其中，(xi,yi,zi)为Pi点坐标，(x′i,y′i,z′i)为Pi点偏置后的坐标，H为摆长长度，S为主轴长度；
根据所述
Figure BDA00016388611200000217
的方向，计算刀具偏置，如下：
Figure BDA00016388611200000218
其中，(x″i,y″i,z″i)为刀具偏置后的点坐标，T为圆盘锯半径，α为
Figure BDA00016388611200000219
在XY平面的投影
Figure BDA00016388611200000220
与X轴正向的夹角，β为
Figure BDA00016388611200000221
与Z轴正向的夹角。
优选的，所述摆长的长度为主轴长度加刀柄长度。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明通过获取圆盘锯姿态角，圆盘锯能够跟随三维曲线调整角度，实现圆盘锯的刀面与三维曲线所在的平面垂直的同时圆盘锯的轴向与曲线上的直线段垂直；
(2)本发明通过获取圆盘锯偏置位置，圆盘锯的切割点能够运动到目标加工点，正确加工出目标轮廓。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的一种五轴石材桥切机三维加工圆盘锯位姿获取方法不局限于实施例。
附图说明
图1是本发明的方法流程图；
图2是本发明的主轴旋转到
Figure BDA0001638861120000031
方向示意图；
图3是本发明的C轴旋转角度的0位置示意图；
图4是本发明的B轴旋转角度的0位置示意图；
图5是本发明的摆长偏置示意图；
图6是本发明的刀具偏置示意图；
图7是本发明的圆盘锯加工三维曲线动作示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
如图1所示，本发明一种五轴石材桥切机三维加工圆盘锯位姿获取方法，具体包括如下步骤：
步骤101，从DXF文件中获取三维曲线信息
从DXF文件中获取三维多段线的点坐标Pi(xi,yi,zi)，及其所在平面的法线
Figure BDA0001638861120000032
其中，i为非负整数，i∈0,1,2…；
步骤102，获取圆盘锯姿态角；
根据步骤101中所得Pi(xi,yi,zi)、
Figure BDA0001638861120000033
如图2所示，PiPi+1是三维多段线的第i条直线段，
Figure BDA0001638861120000034
是即垂直于PiPi+1又垂直于
Figure BDA0001638861120000035
的单位向量；根据机床的结构特点，使主轴的轴向(
Figure BDA0001638861120000036
方向)旋转到
Figure BDA0001638861120000037
的方向，可实现圆盘锯的刀面与曲线所在的平面垂直的同时圆盘锯的轴向与直线段垂直；根据向量的运算关系，
Figure BDA0001638861120000038
的计算公式为：
Figure BDA0001638861120000039
如图3所示，在机床***中C轴旋转角度的0位置在X轴正向，主轴轴向向Y轴正向旋转为正角度，根据
Figure BDA0001638861120000041
在XY平面的投影
Figure BDA0001638861120000042
与X轴的正向所成的角，计算C轴旋转角度
Figure BDA0001638861120000043
计算公式为：
Figure BDA0001638861120000044
如图4所示，在机床***中B轴旋转角度的0位置在Z轴正向，主轴轴向向X轴正向旋转为正角度。根据
Figure BDA0001638861120000045
与Z轴的正向所成的角，计算B轴旋转角度
Figure BDA0001638861120000046
计算公式为：
Figure BDA0001638861120000047
步骤103，获取圆盘锯偏置位置
如图5所示，根据步骤102中主轴旋转到
Figure BDA0001638861120000048
的方向，摆长(摆长的长度为主轴长度加刀柄长度)偏置的方向为
Figure BDA0001638861120000049
方向；偏置的过程可分解为XY平面的偏置和Z轴方向的偏置，XY平面上需要偏置的距离为|OD′|，Z方向上需要偏置的距离为|PiD″|，根据步骤102中B、C轴旋转角度
Figure BDA00016388611200000410
摆长偏置计算公式为：
Figure BDA00016388611200000411
其中，(xi,yi,zi)为Pi点坐标，(x′i,y′i,z′i)为Pi点偏置后的坐标，H为摆长长度，S为主轴长度。
如图6所示，由于圆盘锯的刀面与三维曲线所在的平面垂直，所以圆盘锯刀具偏置的方向为
Figure BDA00016388611200000412
方向，同样偏置的过程可分解为XY平面的偏置和Z轴方向的偏置，XY平面上需要偏置的距离为|PiD1|，Z方向上需要偏置的距离为|PiD2|，刀具偏置的计算公式为：
Figure BDA00016388611200000413
其中，(x′i,y′i,z′i)为Pi点摆长偏置后的点坐标，(x″i,y″i,z″i)为刀具偏置后的点坐标，T为圆盘锯半径，α为
Figure BDA00016388611200000414
在XY平面的投影
Figure BDA00016388611200000415
与X轴正向的夹角，β为
Figure BDA00016388611200000416
与Z轴正向的夹角。
下面结合图7对本发明做进一步说明：
将步骤102中的旋转角度
Figure BDA0001638861120000051
步骤103中偏置后的点坐标(x″i,y″i,z″i)用G01指令重构，生成数控G代码；使用VeriCut软件搭建的五轴仿真机床，加载生成的G代码，进行圆盘锯加工三维曲线仿真，仿真结果如图7所示；
由仿真结果可见，加工三维曲线的过程中，圆盘锯能够跟随三维曲线调整位姿并正确的加工出目标曲线轮廓，从而验证了前文刀具姿态角计算及刀具偏置位置计算的正确性。
以上仅为本发明实例中一个较佳的实施方案。但是，本发明并不限于上述实施方案，凡按本发明所做的任何均等变化和修饰，所产生的功能作用未超出本方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种五轴石材桥切机三维加工圆盘锯位姿获取方法，其特征在于，包括：
从DXF文件中获取三维曲线信息；所述三维曲线信息包括三维多段线的点坐标Pi和三维多段线所在平面的法线
Figure FDA0002324050260000011
其中，i为非负整数，i∈0,1,2…；
获取圆盘锯姿态角：计算既垂直于PiPi+1又垂直于
Figure FDA0002324050260000012
的单位向量
Figure FDA0002324050260000013
根据
Figure FDA0002324050260000014
在XY平面的投影
Figure FDA0002324050260000015
与X轴的正向所成的角，计算C轴旋转角度
Figure FDA0002324050260000016
根据
Figure FDA0002324050260000017
与Z轴的正向所成的角，计算B轴旋转角度
Figure FDA0002324050260000018
获取圆盘锯偏置位置：根据
Figure FDA0002324050260000019
的方向、
Figure FDA00023240502600000110
和
Figure FDA00023240502600000111
计算摆长偏置；根据
Figure FDA00023240502600000112
的方向以及
Figure FDA00023240502600000113
在XY平面的投影
Figure FDA00023240502600000114
与X轴正向的夹角α及
Figure FDA00023240502600000115
与Z轴正向的夹角β，计算刀具偏置；
所述从DXF文件中获取三维曲线信息，包括：
从DXF文件中获取三维多段线的点坐标Pi(xi,yi,zi)，及其所在平面的法线
Figure FDA00023240502600000116
所述获取圆盘锯姿态角，具体包括：
根据所述Pi(xi,yi,zi)和
Figure FDA00023240502600000117
计算既垂直于PiPi+1又垂直于
Figure FDA00023240502600000118
的单位向量
Figure FDA00023240502600000119
如下：
Figure FDA00023240502600000120
根据
Figure FDA00023240502600000121
在XY平面的投影
Figure FDA00023240502600000122
与X轴的正向所成的角，计算C轴旋转角度
Figure FDA00023240502600000123
如下：
Figure FDA00023240502600000124
根据
Figure FDA00023240502600000125
与Z轴的正向所成的角，计算B轴旋转角度
Figure FDA00023240502600000126
如下：
Figure FDA00023240502600000127
所述获取圆盘锯偏置位置，具体包括：
根据所述
Figure FDA00023240502600000128
的方向、
Figure FDA00023240502600000129
和
Figure FDA00023240502600000130
计算摆长偏置，如下：
Figure FDA0002324050260000021
其中，(xi,yi,zi)为Pi点坐标，(x′i,y′i,z′i)为Pi点偏置后的坐标，H为摆长长度，S为主轴长度；
根据所述
Figure FDA0002324050260000022
的方向，计算刀具偏置，如下：
Figure FDA0002324050260000023
其中，(x″i,y″i,z″i)为刀具偏置后的点坐标，T为圆盘锯半径，α为
Figure FDA0002324050260000024
在XY平面的投影
Figure FDA0002324050260000025
与X轴正向的夹角，β为
Figure FDA0002324050260000026
与Z轴正向的夹角。
2.根据权利要求1所述的五轴石材桥切机三维加工圆盘锯位姿获取方法，其特征在于，所述摆长的长度为主轴长度加刀柄长度。
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