基於五軸（zhóu）機床空（kōng）間運動分析的後處理研究-數控機床市（shì）場網

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基於五軸機（jī）床空間運動分析（xī）的後處理研究

2013-12-22 來源（yuán）：數（shù）控機床市場網作者：陳良驥劉元朋（péng）

摘（zhāi）要!針對五軸加工時從刀（dāo）位文件到數（shù）控程序的（de）後處理（lǐ）問題"以雙轉台類型的五軸機床（chuáng）為（wéi）例建立了由參考坐標係到（dào）工（gōng）件（jiàn）坐標係之間的中間坐標係"基於對各坐標係運動情況的分析最終得到了（le）由（yóu）參考（kǎo）坐標係（xì）到工件（jiàn）坐標係的坐標變換矩陣"從而將（jiāng）五軸後處理過程簡化為求解一個關於機床（chuáng）控製坐標的（de）線性方（fāng）程組#,實際計算結果表明所提出方法是正確可行的而且適用於其他任（rèn）何類型的（de）五軸機床.

關鍵詞:數控五軸加工坐（zuò）標變換後處理

五軸聯動（dòng）的刀位文件中的刀位數據既包含刀心點坐標（biāo）也（yě）包含刀軸方（fāng）位的單位矢量"這種刀位文件通常是以工件固定&刀具運動的方式得到的% 而實際加工中"五軸機床結構類型有很多種"不同類型機床所（suǒ）需要的數（shù）控代碼也不同.因此（cǐ）"五軸聯動刀位文（wén）件（jiàn）隻（zhī）是一種中性文件"它能為各（gè）種類型的機床提供同一的刀具運動軌跡的數據% 要完成曲麵的五軸加工（gōng）還必須對刀位文（wén）件進行後處理成（chéng）適合於各（gè）種類型五軸機床的（de）數控（kòng）代碼（mǎ）.為解決從刀位到數控（kòng）代碼（mǎ）的轉換問題"現行的後處理方法一般根據圖形的方法進行分析但具（jù）體實現這些方法時卻往（wǎng）往感到不容易直觀理解而且極易出錯.區（qū）別於現（xiàn）行的後處理（lǐ）方法本文將對雙轉（zhuǎn）台（tái）型五軸數控機床進行運動學分析和建模並進行後處（chù）理的研究.

1、雙轉台型五軸機床及其坐標係

圖1為（wéi）一種回轉坐標均由工作台實（shí）現的立式（shì）五軸銑床"如MIKRON公司的ucp係列五軸機床.其中：機床坐（zuò）標係X Y 軸由工作台實現Z軸平動由主軸帶動刀具（jù）上（shàng）下移動實現.擺動台(Tilting Table TT) 可以繞X軸（zhóu）擺動" 是為A軸( 一般進行上下90度範圍內的擺動) TT中間有一個回轉（zhuǎn）台(Rotating Table ，RT) " 在（zài）圖示位置上繞Z軸360度（dù）自由回轉"定義為C軸. 通過A軸與C軸的組合" 固定在RE上的工件除了底麵之外"其餘的W 個麵都可以由立式主（zhǔ）軸進行加工. 如(A C 軸與X Y Z三個直線軸實現聯動" 就可加工出複雜的（de）空間曲麵. Z Y Z A C 軸的運（yùn）動坐標分別為X' ( 加' , 表示運動由工作台實現) Y Z 不加' 表示運動由主軸實現A C 如圖1 所示.

如（rú）圖2 所示"在（zài）加工初始時C軸軸線與（yǔ）刀具軸（zhóu）線( 刀軸單位矢量為T 共線且與A軸軸線（xiàn） RT台（tái）上表麵分別相交於L和U( 距離為b= L-U ,Z軸方向可測出刀心點（diǎn）O與U的（de）距離 a=O-U.分別建立（lì）如下各坐標係:機床坐標係在（zài）出（chū）廠（chǎng）時已確定;參考坐標係XR - YR - ZR,RCS 原點R與L點重合,各軸方向與機床坐標係一（yī）致(RCS係在加工過程中固定) ；擺動（dòng）台坐標係( XTT -YTT-ZTT TTCS) 與RCS係重（chóng）合(TTCS係不隨（suí）TT擺動,隻做X Y 方向的平動) ;轉動台坐標係( XRT-YRT-ZRT RTCS )建在（zài）U處各軸方向與RCS係一致（zhì）(RTCS係不隨RT轉動（dòng）但隨TT台一起擺動)

工件裝夾在RT上,定義工件的坐標係(XW-YW-ZW,WCS) 隨RT運動而運動( 本文假定工件裝夾完畢WCS係與RTCS係重合).

2、雙轉台型五軸機床運動分析（xī）

機床空間運動分析的目的是根據前麵建立的坐標係及其運動方式"計算出在加工過程中某時刻( 假定此時機床各軸的（de）坐標為

各坐標係之（zhī）間（jiān）的（de）坐標變換矩陣。

至此，整個後處理過程可以歸（guī）納為如圖3所示算法流（liú）程.

4、實例計算與結果驗（yàn）證分析

圖2 中假定a=450mm如圖4所示"假定在工件（jiàn）坐標係下有兩個相（xiàng）鄰刀位’刀位：1(01，T1)和刀位2(02，T2) "現應用（yòng）前麵介（jiè）紹的後（hòu）處理算法分別對兩個刀位計算其對應的加工代

碼.

定出三個平移坐標分別（bié）為 X1=50 Y1=50 Z1=-340.2與計算出來的結果完全一致.

5 結語

本文（wén）以旋轉運動均由工（gōng）作台實現的雙轉台類（lèi）型五軸機床為例進（jìn）行了後（hòu）處（chù）理研究, 該方法同樣可以擴（kuò）展至其他類型的機床"進（jìn）行後處理（lǐ）時"可以先針對具體機床結構建立起相應的運動坐標係"然後給定機床各（gè）聯動軸的運動（dòng）坐標分析其各坐標係之間的坐標變化關係"最終（zhōng）建立起機床運動模型, 基於該模型可以給出機床運動坐標和刀（dāo）位文件中刀位的（de）關（guān）係"先（xiān）討論出轉動坐標"然後可通過解（jiě）一個線性方程組來求解（jiě）三個平動坐標, 通（tōng）過（guò）實際計算及結果（guǒ）分（fèn）析"能充分驗（yàn）證本文（wén）方法的正確性和可行性.（文自：鄭州航空工（gōng）業管理學院機電工（gōng）程係（xì））

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