基于五軸機床空間運動分析的后處理研究
2013-12-22 來源：數(shù)控機床市場網(wǎng) 作者：陳良驥劉元朋
摘要!針對五軸加工時從刀位文件到數(shù)控程序的后處理問題"以雙轉(zhuǎn)臺類型的五軸機床為例建立了由參考坐標(biāo)系到工件坐標(biāo)系之間的中間坐標(biāo)系"基于對各坐標(biāo)系運動情況的分析最終得到了由參考坐標(biāo)系到工件坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換矩陣"從而將五軸后處理過程簡化為求解一個關(guān)于機床控制坐標(biāo)的線性方程組#,實際計算結(jié)果表明所提出方法是正確可行的而且適用于其他任何類型的五軸機床.
關(guān)鍵詞:數(shù)控五軸加工坐標(biāo)變換后處理
五軸聯(lián)動的刀位文件中的刀位數(shù)據(jù)既包含刀心點坐標(biāo)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(jié)構(gòu)類型有很多種"不同類型機床所需要的數(shù)控代碼也不同.因此"五軸聯(lián)動刀位文件只是一種中性文件"它能為各種類型的機床提供同一的刀具運動軌跡的數(shù)據(jù)% 要完成曲面的五軸加工還必須對刀位文件進行后處理成適合于各種類型五軸機床的數(shù)控代碼.為解決從刀位到數(shù)控代碼的轉(zhuǎn)換問題"現(xiàn)行的后處理方法一般根據(jù)圖形的方法進行分析 但具體實現(xiàn)這些方法時卻往往感到不容易直觀理解而且極易出錯.區(qū)別于現(xiàn)行的后處理方法本文將對雙轉(zhuǎn)臺型五軸數(shù)控機床進行運動學(xué)分析和建模并進行后處理的研究.
1、雙轉(zhuǎn)臺型五軸機床及其坐標(biāo)系
圖1為一種回轉(zhuǎn)坐標(biāo)均由工作臺實現(xiàn)的立式五軸銑床"如MIKRON公司的ucp系列五軸機床.其中：機床坐標(biāo)系X Y 軸由工作臺實現(xiàn)Z軸平動由主軸帶動刀具上下移動實現(xiàn).擺動臺(Tilting Table TT) 可以繞X軸擺動" 是為A軸( 一般進行上下90度范圍內(nèi)的擺動) TT中間有一個回轉(zhuǎn)臺(Rotating Table ，RT) " 在圖示位置上繞Z軸360度自由回轉(zhuǎn)"定義為C軸. 通過A軸與C軸的組合" 固定在RE上的工件除了底面之外"其余的W 個面都可以由立式主軸進行加工. 如(A C 軸與X Y Z三個直線軸實現(xiàn)聯(lián)動" 就可加工出復(fù)雜的空間曲面. Z Y Z A C 軸的運動坐標(biāo)分別為X' ( 加' , 表示運動由工作臺實現(xiàn)) Y Z 不加' 表示運動由主軸實現(xiàn)A C 如圖1 所示.
如圖2 所示"在加工初始時C軸軸線與刀具軸線( 刀軸單位矢量為T 共線且與A軸軸線 RT臺上表面分別相交于L和U( 距離為b= L-U ,Z軸方向可測出刀心點O與U的距離 a=O-U.分別建立如下各坐標(biāo)系:機床坐標(biāo)系在出廠時已確定;參考坐標(biāo)系XR - YR - ZR,RCS 原點R與L點重合,各軸方向與機床坐標(biāo)系一致(RCS系在加工過程中固定) ；擺動臺坐標(biāo)系( XTT -YTT-ZTT TTCS) 與RCS系重合(TTCS系不隨TT擺動,只做X Y 方向的平動) ;轉(zhuǎn)動臺坐標(biāo)系( XRT-YRT-ZRT RTCS )建在U處各軸方向與RCS系一致(RTCS系不隨RT轉(zhuǎn)動但隨TT臺一起擺動)
工件裝夾在RT上,定義工件的坐標(biāo)系(XW-YW-ZW,WCS) 隨RT運動而運動( 本文假定工件裝夾完畢WCS系與RTCS系重合).
2、 雙轉(zhuǎn)臺型五軸機床運動分析
機床空間運動分析的目的是根據(jù)前面建立的坐標(biāo)系及其運動方式"計算出在加工過程中某時刻( 假定此時機床各軸的坐標(biāo)為 
各坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)變換矩陣。
各坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)變換矩陣。
至此， 整個后處理過程可以歸納為如圖3所示算法流程.
4、實例計算與結(jié)果驗證分析
圖2 中假定a=450mm如圖4所示"假定在工件坐標(biāo)系下有兩個相鄰刀位’刀位：1(01，T1)和刀位2(02，T2) "現(xiàn)應(yīng)用前面介紹的后處理算法分別對兩個刀位計算其對應(yīng)的加工代
碼.
定出三個平移坐標(biāo)分別為 X1=50 Y1=50 Z1=-340.2與計算出來的結(jié)果完全一致.
5 結(jié)語
本文以旋轉(zhuǎn)運動均由工作臺實現(xiàn)的雙轉(zhuǎn)臺類型五軸機床為例進行了后處理研究, 該方法同樣可以擴展至其他類型的機床"進行后處理時"可以先針對具體機床結(jié)構(gòu)建立起相應(yīng)的運動坐標(biāo)系"然后給定機床各聯(lián)動軸的運動坐標(biāo)分析其各坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)變化關(guān)系"最終建立起機床運動模型, 基于該模型可以給出機床運動坐標(biāo)和刀位文件中刀位的關(guān)系"先討論出轉(zhuǎn)動坐標(biāo)"然后可通過解一個線性方程組來求解三個平動坐標(biāo), 通過實際計算及結(jié)果分析"能充分驗證本文方法的正確性和可行性.（文自：鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院機電工程系 ）
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