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五坐標(biāo)數(shù)控后置處理算法研究

2014-5-17 來源：陜西鼓風(fēng)機(jī)（集團(tuán)）有限公司作者：徐小查

摘要：從數(shù)控編程的后處理任務(wù)出發(fā)，以特定五坐標(biāo)機(jī)床! ( 為研究對象，以機(jī)床編程手冊為參考，以刀具路徑模擬軟件)*+,- 為研究及模擬工具，闡述了五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)./00 的數(shù)控程序坐標(biāo)計(jì)算方法。

1、后置處理概述

數(shù)控機(jī)床種類繁多，要想開發(fā)通用的后處理軟件是不可能的，也是沒有必要的。可根據(jù)現(xiàn)有多軸機(jī)床的特點(diǎn)，開發(fā)性能可靠，使用方便的專用后處理軟件。數(shù)控機(jī)床的所有運(yùn)動和操作都是執(zhí)行特定的數(shù)控指令的結(jié)果，完成一個(gè)零件的數(shù)控加工一般需要連續(xù)執(zhí)行一連串的數(shù)控指令，即數(shù)控程序。在自動編程中，一般先計(jì)算出刀位數(shù)據(jù)文件（@B），它由點(diǎn)坐標(biāo)及其法矢量等組成，它還不是數(shù)控程序。還需要進(jìn)一步把刀位源文件轉(zhuǎn)換成指定機(jī)床能執(zhí)行的數(shù)控程序，輸入到數(shù)控系統(tǒng)，才能進(jìn)行零件的數(shù)控加工。

在數(shù)控編程中，把刀位數(shù)據(jù)的計(jì)算過程稱為前置處理。把刀位數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換成指定機(jī)床能執(zhí)行的數(shù)控程序的過程稱為后置處理（ POST PROCESSING）。

2、后置處理的主要任務(wù)

后置處理的任務(wù)就是把刀位文件轉(zhuǎn)換成指定數(shù)控機(jī)床能執(zhí)行的數(shù)控程序。通常多軸后置處理是根據(jù)具體機(jī)床運(yùn)動結(jié)構(gòu)和其數(shù)控系統(tǒng)能夠接受的控制指令格式，將前置處理中計(jì)算的刀位數(shù)據(jù)變成機(jī)床各軸的運(yùn)動數(shù)據(jù)，并按其控制指令格式轉(zhuǎn)換成為數(shù)控機(jī)床的加工程序。

后置處理過程原則上是解釋執(zhí)行，即每讀出刀位源文件中的一個(gè)完整記錄（行），便分析該記錄類型，根據(jù)記錄類型確定是進(jìn)行坐標(biāo)變換還是進(jìn)行文件代碼轉(zhuǎn)換，然后根據(jù)所選數(shù)控機(jī)床進(jìn)行坐標(biāo)變換或者文件代碼轉(zhuǎn)換，生成一個(gè)完整的數(shù)控程序段，并寫到數(shù)控程序文件中去，直到刀位源文件結(jié)束。"

3、后置處理算法研究

一般來說，五軸聯(lián)動是指數(shù)控機(jī)床的X、Y、Z 三個(gè)移動坐標(biāo)和繞X、Y、Z 軸旋轉(zhuǎn)的三個(gè)坐標(biāo)A、B、C中的任意兩個(gè)坐標(biāo)的線性插補(bǔ)運(yùn)動。

五軸機(jī)床中的五個(gè)坐標(biāo)通常是由三個(gè)移動坐標(biāo)X、Y、Z 與三個(gè)轉(zhuǎn)動坐標(biāo)A、B、C 中的任意兩個(gè)組成。轉(zhuǎn)動坐標(biāo)A、B、C 的運(yùn)動可由回轉(zhuǎn)工作臺的轉(zhuǎn)動或刀具的擺動來實(shí)現(xiàn)。不同類型的數(shù)控機(jī)床，其運(yùn)動方式不一致，故其后置處理算法也各不相同。

4、以下介紹我公司五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床C. B.Ferran 的控制系統(tǒng)CNC E500 的數(shù)控程序的坐標(biāo)處理算法。

后處理算法工作的開展以機(jī)床編程手冊為參考，以刀具路徑模擬軟件PLO3D 為研究及模擬工具。是C. B.Ferran 公司開發(fā)的一種工具軟件，用于模擬演示、驗(yàn)證和修改符合ISO標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)控銑程序。它在屏幕上顯示刀具中心的路徑，還可以顯示刀軸方向和程序原點(diǎn)坐標(biāo)，在五坐標(biāo)模擬加工中不僅顯示程序坐標(biāo)而且顯示其對應(yīng)的法矢量。

本文以PLO3D 為工具，研究了某機(jī)床后處理程序的算法。首先研究了機(jī)床五個(gè)坐標(biāo)的確定方法，然后研究了已有程序中的坐標(biāo)關(guān)系，最后對已有的刀位數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理生成了五軸加工數(shù)控程序。

C.B.Ferrari機(jī)床的兩個(gè)轉(zhuǎn)動坐標(biāo)是：繞x軸的轉(zhuǎn)臺坐標(biāo)和繞Y軸的擺頭坐標(biāo)，在該機(jī)床的控制系統(tǒng)中，其相應(yīng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動字地址分別是A 和C。根據(jù)機(jī)床特點(diǎn)，機(jī)床五個(gè)坐標(biāo)運(yùn)動字地址的順序?yàn)閄YZAC。

C.B.Ferrari的C轉(zhuǎn)角的編程中心在刀尖點(diǎn)或刀心點(diǎn)上，對三個(gè)平動坐標(biāo)的數(shù)值沒有影響，C角的零點(diǎn)與Z軸重合。根據(jù)該機(jī)床的特點(diǎn)，設(shè)擺角C 坐標(biāo)中心在刀具中心，繞Y軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動角度值為正，逆時(shí)針角度為負(fù)；轉(zhuǎn)角A 在其轉(zhuǎn)動平面內(nèi)的角度如圖A 所示。

經(jīng)分析得到機(jī)床A、C 轉(zhuǎn)角與刀軸矢量的關(guān)系如圖B所示，從圖中，得出A、C 轉(zhuǎn)角的坐標(biāo)計(jì)算公式如下：由圖A、B 得到A 轉(zhuǎn)角與法矢量的關(guān)系，其計(jì)算公式為：

至此，數(shù)控加工程序的五個(gè)運(yùn)動坐標(biāo)全部計(jì)算出來，再按照該控制系統(tǒng)程序代碼格式將其插入程序中，就是數(shù)控程序了。注意旋轉(zhuǎn)擺頭雖不影響X1、Y1值，但與之相關(guān)的實(shí)際運(yùn)動坐標(biāo)將隨其繞刀尖點(diǎn)的轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生相應(yīng)的平移。" 算法驗(yàn)證把一個(gè)葉片表面的環(huán)形刀位數(shù)據(jù)用上述方法轉(zhuǎn)換成數(shù)控程序，在PLO3D得到圖3所示的圖形。

表1的數(shù)據(jù)進(jìn)一步證明了刀軸矢量和轉(zhuǎn)角關(guān)系算法的正確性。數(shù)據(jù)來源于經(jīng)過驗(yàn)證的C.B.Ferrari程序中的數(shù)據(jù)，計(jì)算結(jié)果與軟件中顯示的結(jié)果基本吻合。

5 結(jié)語

在五坐標(biāo)加工中，角度坐標(biāo)是以刀軸矢量和機(jī)床轉(zhuǎn)角關(guān)系為依據(jù)計(jì)算得到的，是進(jìn)一步計(jì)算三個(gè)平動坐標(biāo)位置的基礎(chǔ)。根據(jù)本文總結(jié)出的關(guān)系，將計(jì)算得到的刀位數(shù)據(jù)（包括位置及其矢量）換算成加工坐標(biāo)并進(jìn)而生成加工程序，用PLO3D軟件進(jìn)行刀具模擬，得到了正確的結(jié)果。

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