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基於五軸機床空間運動分析的後處理研究

2013-12-22 來源：數控機床市場網作者：陳良（liáng）驥劉元朋

摘要!針對五軸（zhóu）加（jiā）工時（shí）從刀位文件到數控（kòng）程序的後處理問題"以雙轉台類型的五軸機床為例建立了（le）由參（cān）考坐標係到工件坐標係（xì）之間的中間坐標係"基於對各坐（zuò）標係運動情況（kuàng）的分析最終得到（dào）了由參考坐標係到工件坐標係的坐標（biāo）變換矩（jǔ）陣"從而將五（wǔ）軸後處理過程（chéng）簡化為求解一（yī）個關於機床（chuáng）控製坐標的線性方程組#,實際計算結果表明所提出方法是正確可行的而且（qiě）適用於其他任何類型（xíng）的五軸機床.

關鍵（jiàn）詞:數（shù）控五軸加工坐標變換後處理

五軸聯動（dòng）的刀位（wèi）文（wén）件（jiàn）中的刀位（wèi）數據既包含刀心點坐（zuò）標也包含刀軸方位的單位矢量"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"不同類型機床所需要的數控代碼也不同.因此"五軸聯動刀位文件隻是一種中性文件"它能為各種類型的機床提供同（tóng）一的刀具運動軌跡的（de）數據% 要完成曲麵的五軸加工還必須對刀位（wèi）文件進（jìn）行後處理成適合於各種類型五軸機床的數控代碼.為（wéi）解決從刀位到（dào）數控代碼（mǎ）的轉換問題"現行的後處理方法一般根據（jù）圖形的方法進行分析但具體實現這些方法時卻往往感（gǎn）到不容易直觀理解而且極易出錯.區別於現行（háng）的後處理方法本文將對雙轉台型五軸數控機床進行運動學分析（xī）和建模並進行後處理的研究.

1、雙轉台（tái）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（zhóu）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（xiàn）.擺動台(Tilting Table TT) 可（kě）以繞X軸擺（bǎi）動" 是為A軸( 一般進行上下90度範圍內的擺動) TT中間有一個回轉台(Rotating Table ，RT) " 在圖示位置上（shàng）繞Z軸360度自由回轉"定義為C軸. 通過A軸（zhóu）與C軸（zhóu）的（de）組合" 固（gù）定在RE上的工件（jiàn）除了底麵之外"其餘的W 個麵都可以由立（lì）式主（zhǔ）軸進行加工. 如(A C 軸與X Y Z三（sān）個直線軸實現聯動" 就可加工出複雜的空間（jiān）曲麵. Z Y Z A C 軸（zhóu）的運動坐標分別為X' ( 加' , 表示運動由工作台實現) Y Z 不加' 表（biǎo）示運動由（yóu）主軸實現（xiàn）A C 如圖1 所示（shì）.

如（rú）圖2 所示"在加工（gōng）初（chū）始時C軸軸線與刀具軸線( 刀軸單位矢量為（wéi）T 共線且與A軸軸線 RT台上（shàng）表麵（miàn）分別相交於（yú）L和U( 距（jù）離（lí）為b= L-U ,Z軸方向可（kě）測出刀（dāo）心點O與U的距離（lí） a=O-U.分（fèn）別建立（lì）如下各坐標係:機床坐標係在出廠時已確定;參考坐標係XR - YR - ZR,RCS 原（yuán）點R與L點重合,各軸方向與機床坐標係一致(RCS係在加工過（guò）程中固定) ；擺動台坐標係( XTT -YTT-ZTT TTCS) 與（yǔ）RCS係重合(TTCS係不隨（suí）TT擺動,隻做X Y 方向的平動) ;轉動（dòng）台坐標係( XRT-YRT-ZRT RTCS )建在U處各軸方（fāng）向與RCS係一致(RTCS係不隨RT轉動但隨TT台一起擺動)

工件（jiàn）裝夾在（zài）RT上,定義工件的坐標（biāo）係(XW-YW-ZW,WCS) 隨RT運動而運動( 本（běn）文假定工件裝夾完畢WCS係（xì）與RTCS係重合).

2、雙轉台型五軸機床運動分析

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

各坐標係之間的坐標變換矩陣。

至此，整個後處理（lǐ）過程可以歸納為如圖3所示算法流程.

4、實例計算與（yǔ）結果驗證分析

圖2 中假定a=450mm如圖4所（suǒ）示"假定在工件坐標係下有兩個相鄰刀位’刀位：1(01，T1)和刀位2(02，T2) "現應用前麵介紹的（de）後處（chù）理算法分別對兩個刀位計算其對應的加工代

碼.

定（dìng）出三個平移坐（zuò）標分別為 X1=50 Y1=50 Z1=-340.2與計算出（chū）來的結果完全一（yī）致.

5 結語

本文以（yǐ）旋轉運動均由工作台實現（xiàn）的雙轉台類型五軸機床（chuáng）為例進行了後處理研究, 該方法同樣可以擴展至其他類型的機床"進行後處（chù）理時"可以先針對（duì）具（jù）體機床結構建立（lì）起相應的運動坐標係"然後給定機床各聯動軸的（de）運動坐標分析（xī）其各坐標（biāo）係之間的坐標變化（huà）關係"最終建立起機床運動模型, 基於該模型可以給出（chū）機床運動坐標和刀位文件中刀位的關係"先討論出轉（zhuǎn）動坐標（biāo）"然後可通過解一（yī）個線性方程組來求解（jiě）三個平動坐標（biāo）, 通過實（shí）際計（jì）算及結果分析"能充分驗證本文方（fāng）法的正確性和可行性.（文（wén）自：鄭州航空工業管理學（xué）院機（jī）電工程係）

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