激光五轴联动

激光五轴联动第一页，共三十页，编辑于2023年，星期日飞行光束导光柔性加工系统第二页，共三十页，编辑于2023年，星期日焦点漂移对加工质量的影响第三页，共三十页，编辑于2023年，星期日第四页，共三十页，编辑于2023年，星期日五轴加工头的几种形式

在五轴机床中，3个移动轴和2个旋转轴分别控制刀具相对加工表面的位移和指向该布局具体分为两种:①两旋转轴共同驱动工件，即双转盘结构;②两旋转轴共同驱动刀具，其结构类似机械臂。前者的刀轴安装简单、刚性好，多用于机加工；而后者可获得更高的转角速度、更灵便，多用于激光切割等领域而被称为导向头第五页，共三十页，编辑于2023年，星期日，轴C按常规布置，另一旋转轴φ与轴C成45°角相交，刀轴T绕轴φ旋转并与之保持45°。其光路与字符三形似，∑结构夹角角度、尺寸共同决定俯仰角第六页，共三十页，编辑于2023年，星期日在∑结构中，轴C、轴φ和刀轴T相交于一点，并且在安装时保证刀尖(或激光焦点)精确位于该几何交点处。这就使得轴C和轴φ进行任意旋转时，刀尖位置不会被改变，因而在五轴联动过程中，加工轨迹的位置精度仅取决于三移动轴，而与两旋转轴元关。第七页，共三十页，编辑于2023年，星期日

通过与传统的Ω结构进行优点主要体现在:①由于三系统的位置控制独立于转角控制，其位置精度的可靠性更高，这一点对于激光切割等加工尤其重要。②∑结构中各导轨行程得以完全利用，而Ω结构中移动轴的加工范围通常小于其导轨行程。③传统的Ω导向头与∑结构相比，对于同样的加工对象，耗时和耗能更多，而且移动轴被迫以更高的速度运行，这对于半径很小的圆弧(包括整圆)的加工尤为不利，通常V≈15mm/s(薄板的对应速度更高)。在图4中，设R=10mm,Lr=295mm，由几何关系可知，Ω导向头加工该半圆时，移动轴合成线速度为:VΩ=(Lr+R)V/R=450mm/s④该结构应用于机床的示教编程时特别方便。在曲面的任意点位上，∑系统均可直接获取移动轴坐标，而Ω结构则必须进行刀具半径补偿的逆运算。而在两旋转轴方面，情况却相反。∑结构需要额外地对水平转角进行补偿。这是因为轴φ在改变刀轴的俯仰角α时，也同时改变了刀轴的水平转角θ，产生的附加水平转角偏移为△c(见图4)，轴C必须对此偏移进行补偿。第八页，共三十页，编辑于2023年，星期日在点II处，现已知曲面法矢为IIM，其角度坐标为(θ，α)，需求解轴C和轴φ的转角位置(c，φ)。

由图中几何关系可得，

转角φ对水平转角θ产生的附加偏移为△c，图中对△c有如下关系：

在水平面SIIQ内可得轴C位置为：C=θ+(-△c)，其中，第九页，共三十页，编辑于2023年，星期日三维激光头RCP（RotationCenterPoint）与TCP（ToolCenterPoint）编程第十页，共三十页，编辑于2023年，星期日第十一页，共三十页，编辑于2023年，星期日RCP旋转轴单轴B角度TCP下X、Z轴圆弧插补两个轴

C角度X,Y轴圆弧插补XYC第十二页，共三十页，编辑于2023年，星期日在同一平面内旋转轴B、X,Z轴直线插补联动旋转轴B，X,Z轴圆弧插补联动第十三页，共三十页，编辑于2023年，星期日直线和圆弧的逐点比较法插补逐点比较法是通过逐点地比较刀具与所需插补曲线之间的相对位置，确定刀具的进给

方向，进而加工出工件轮廓的插补方法。刀具从加工起点开始，按照“靠近曲线，指向终点”的进给方向确定原则，控制刀具依次进给，直至到插补曲线终点，从而获得一个近似于数控加工程序规定的轮廓轨迹。

逐点比较法插补过程中每进给一步都要经过以下四个节拍：

(1)偏差判别。判别刀具当前位置相对于给定轮廓的偏离情况，并以此决定刀具进给方向。

(2)坐标进给。根据偏差判别结果，控制刀具沿工件轮廓向减少偏差的方向进给一步。

(3)偏差计算。计算出进给后的新偏差值，作为下一步偏差判别的依据。

(4)终点判别。刀具每进给一步均要判别刀具是否到达被加工轮廓的终点，若到达则结束，否则继续循环，直至终点。

逐点比较法即可实现平面直线插补，也可实现圆弧插补。其特点是运算简单，插补误差小于一个脉冲当量，输出脉冲均匀，而且输出脉冲速度变化不大，调节方便。第十四页，共三十页，编辑于2023年，星期日G01的实现（采用比较算法)第十五页，共三十页，编辑于2023年，星期日第十六页，共三十页，编辑于2023年，星期日第十七页，共三十页，编辑于2023年，星期日第十八页，共三十页，编辑于2023年，星期日第十九页，共三十页，编辑于2023年，星期日插补硬件与软件实现第二十页，共三十页，编辑于2023年，星期日第二十一页，共三十页，编辑于2023年，星期日离散化在选择关键点(x,y,z)时，要计算相应的去向矢量L（lx,ly,lz)直线插补第二十二页，共三十页，编辑于2023年，星期日（x,y,x)与X,Y,Z轴位值的转换第二十三页，共三十页，编辑于2023年，星期日第二十四页，共三十页，编辑于2023年，星期日第二十五页，共三十页，编辑于2023年，星期日连续性原则第二十六页，共三十页，