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基於（yú）五軸機床空（kōng）間運動分析的後處理研究

2013-12-22 來源：數控機床（chuáng）市場網作者：陳良驥劉元朋

摘要!針對五軸加工時從（cóng）刀位文件到數控（kòng）程序（xù）的後處理問題"以（yǐ）雙轉台（tái）類型的五軸機床為例建立了由參考坐標（biāo）係到工（gōng）件坐標係之間的中（zhōng）間坐標係"基於對各坐標係運動情況的分析最終得到了由（yóu）參考坐標係到工件坐標係的坐標變換矩陣"從而將五軸後處理過程（chéng）簡化為求解一個關於（yú）機床控製（zhì）坐標的線性方程組#,實際計算結果表明所提出方法是（shì）正確（què）可行的而且適用於其他任何類（lèi）型（xíng）的五軸機（jī）床.

關鍵詞:數控五軸加工坐標變換後處理

五軸聯動的（de）刀位文件中的刀位數據既包含刀心點坐（zuò）標也包含刀軸方位（wèi）的單（dān）位矢量"這種刀（dāo）位文件通常是以工件（jiàn）固定&刀具運動的方式（shì）得到的% 而實際加工中"五軸機床結構類型有很多種"不同類型機床所需要的（de）數控代碼也不同.因此"五軸聯動刀位（wèi）文（wén）件（jiàn）隻是一種中性文件"它（tā）能為各種類型的機床提供同一的（de）刀具運動軌跡的數據% 要完成曲（qǔ）麵的五軸加工還必須對刀位文件進行後處理成適合於各種類型五（wǔ）軸機床的數控代碼.為解決從刀位到數控代碼的轉換問題"現行的後處理方法一般根據圖形的（de）方法進行分析但具體實現這些方法時卻往往感到不容易直觀理解（jiě）而且極易出錯.區別於現行的後處理方法本文將對雙（shuāng）轉台型（xíng）五軸數控機床進（jìn）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（qí）坐標係

圖1為一種回轉坐標均由工作台實現的立式五軸銑床"如MIKRON公司的ucp係列五軸機床.其中：機床坐標係X Y 軸由工（gōng）作台實現Z軸平動由主軸帶動刀具上下移動實現.擺動台(Tilting Table TT) 可以繞X軸擺動" 是為A軸( 一（yī）般進行上下90度範圍內的擺動) TT中間有一個回轉台(Rotating Table ，RT) " 在圖示位置（zhì）上繞Z軸（zhóu）360度自由回轉"定義為C軸. 通過A軸與C軸的（de）組合" 固定在RE上的工（gōng）件除了底麵之外"其餘的（de）W 個麵都可以由立式主軸進行加工. 如(A C 軸與X Y Z三個直線軸（zhóu）實現聯（lián）動" 就可加工出（chū）複雜的空間曲（qǔ）麵. Z Y Z A C 軸的運動（dòng）坐標分別為（wéi）X' ( 加' , 表示運動（dòng）由工作台（tái）實現) Y Z 不加' 表示運動由主軸實（shí）現A C 如圖1 所示.

如圖（tú）2 所示"在加（jiā）工初始時C軸軸線與刀（dāo）具軸線( 刀軸單位矢量為T 共線且與A軸軸線 RT台上表（biǎo）麵分別（bié）相（xiàng）交於L和U( 距離為b= L-U ,Z軸方（fāng）向可測出刀心點O與U的（de）距離 a=O-U.分別建立（lì）如下各坐標（biāo）係:機床坐標係在出（chū）廠時已（yǐ）確定;參考坐標係XR - YR - ZR,RCS 原點R與L點重合（hé）,各軸方向與機床坐標係一致（zhì）(RCS係（xì）在加工過程中固定) ；擺動（dòng）台坐標係( XTT -YTT-ZTT TTCS) 與RCS係重合(TTCS係（xì）不隨TT擺動,隻做X Y 方向的平動) ;轉動台坐標係( XRT-YRT-ZRT RTCS )建在U處各軸（zhóu）方向與（yǔ）RCS係一致(RTCS係不隨RT轉動但隨TT台一起擺動（dòng）)

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

2、雙轉台型五（wǔ）軸機床運動分（fèn）析

機（jī）床空間運動（dòng）分析的（de）目的是（shì）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（mǒu）時刻( 假定此（cǐ）時（shí）機床各軸（zhóu）的坐標為

各坐標係之間的坐標變換矩陣。

至此，整個後處理過程可以歸納（nà）為如圖（tú）3所示算法流程.

4、實例計算與結果驗證分析

圖2 中假定a=450mm如（rú）圖4所示"假定在工件坐標係下（xià）有（yǒu）兩個相鄰刀位’刀位：1(01，T1)和刀位2(02，T2) "現應用前麵介紹的（de）後處理算法分別對（duì）兩個刀（dāo）位計算其對（duì）應的（de）加（jiā）工代

碼.

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

5 結語

本文以旋轉運動（dòng）均由工作台實現（xiàn）的雙轉台類型五軸機床為例進行了後處理研究, 該方法同樣可以擴展至其他（tā）類（lèi）型的機床"進行（háng）後處理時"可以（yǐ）先針對具體機床結構建立起相應的運（yùn）動坐標係"然後給（gěi）定（dìng）機床（chuáng）各聯動軸的運動坐標分析其（qí）各坐（zuò）標係（xì）之間的坐（zuò）標變化關係"最終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（wèi）的關係"先（xiān）討論出轉動坐標"然後可通過解一個線性方程組（zǔ）來求解三個平動坐標, 通過實際計算及結果（guǒ）分析"能充分（fèn）驗證本文方法的正（zhèng）確性和可行（háng）性.（文自：鄭州航（háng）空工業管理學院機電工程係）

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