基于五軸機(jī)床空間運(yùn)動(dòng)分析的后處理研究
2013-12-22 來源：數(shù)控機(jī)床市場網(wǎng) 作者：陳良驥劉元朋
摘要!針對(duì)五軸加工時(shí)從刀位文件到數(shù)控程序的后處理問題"以雙轉(zhuǎn)臺(tái)類型的五軸機(jī)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(duì)各坐標(biāo)系運(yùn)動(dòng)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(gè)關(guān)于機(jī)床控制坐標(biāo)的線性方程組#,實(shí)際計(jì)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(jī)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(dòng)的刀位文件中的刀位數(shù)據(jù)既包含刀心點(diǎn)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(yùn)動(dòng)的方式得到的% 而實(shí)際加工中"五軸機(jī)床結(jié)構(gòu)類型有很多種"不同類型機(jī)床所需要的數(shù)控代碼也不同.因此"五軸聯(lián)動(dòng)刀位文件只是一種中性文件"它能為各種類型的機(jī)床提供同一的刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的數(shù)據(jù)% 要完成曲面的五軸加工還必須對(duì)刀位文件進(jìn)行后處理成適合于各種類型五軸機(jī)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(jìn)行分析 但具體實(shí)現(xiàn)這些方法時(shí)卻往往感到不容易直觀理解而且極易出錯(cuò).區(qū)別于現(xiàn)行的后處理方法本文將對(duì)雙轉(zhuǎn)臺(tái)型五軸數(shù)控機(jī)床進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和建模并進(jìn)行后處理的研究.
1、雙轉(zhuǎn)臺(tái)型五軸機(jī)床及其坐標(biāo)系
圖1為一種回轉(zhuǎn)坐標(biāo)均由工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)的立式五軸銑床"如MIKRON公司的ucp系列五軸機(jī)床.其中：機(jī)床坐標(biāo)系X Y 軸由工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)Z軸平動(dòng)由主軸帶動(dòng)刀具上下移動(dòng)實(shí)現(xiàn).擺動(dòng)臺(tái)(Tilting Table TT) 可以繞X軸擺動(dòng)" 是為A軸( 一般進(jìn)行上下90度范圍內(nèi)的擺動(dòng)) TT中間有一個(gè)回轉(zhuǎn)臺(tái)(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(gè)面都可以由立式主軸進(jìn)行加工. 如(A C 軸與X Y Z三個(gè)直線軸實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)" 就可加工出復(fù)雜的空間曲面. Z Y Z A C 軸的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)分別為X' ( 加' , 表示運(yùn)動(dòng)由工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)) Y Z 不加' 表示運(yùn)動(dòng)由主軸實(shí)現(xiàn)A C 如圖1 所示.
如圖2 所示"在加工初始時(shí)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(tái)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(diǎn)O與U的距離 a=O-U.分別建立如下各坐標(biāo)系:機(jī)床坐標(biāo)系在出廠時(shí)已確定;參考坐標(biāo)系XR - YR - ZR,RCS 原點(diǎn)R與L點(diǎn)重合,各軸方向與機(jī)床坐標(biāo)系一致(RCS系在加工過程中固定) ；擺動(dòng)臺(tái)坐標(biāo)系( XTT -YTT-ZTT TTCS) 與RCS系重合(TTCS系不隨TT擺動(dòng),只做X Y 方向的平動(dòng)) ;轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)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(dòng)但隨TT臺(tái)一起擺動(dòng))
工件裝夾在RT上,定義工件的坐標(biāo)系(XW-YW-ZW,WCS) 隨RT運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)( 本文假定工件裝夾完畢WCS系與RTCS系重合).
2、 雙轉(zhuǎn)臺(tái)型五軸機(jī)床運(yùn)動(dòng)分析
機(jī)床空間運(yùn)動(dòng)分析的目的是根據(jù)前面建立的坐標(biāo)系及其運(yùn)動(dòng)方式"計(jì)算出在加工過程中某時(shí)刻( 假定此時(shí)機(jī)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(gè)后處理過程可以歸納為如圖3所示算法流程.
4、實(shí)例計(jì)算與結(jié)果驗(yàn)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(gè)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(duì)兩個(gè)刀位計(jì)算其對(duì)應(yīng)的加工代
碼.
定出三個(gè)平移坐標(biāo)分別為 X1=50 Y1=50 Z1=-340.2與計(jì)算出來的結(jié)果完全一致.
5 結(jié)語
本文以旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)均由工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)的雙轉(zhuǎn)臺(tái)類型五軸機(jī)床為例進(jìn)行了后處理研究, 該方法同樣可以擴(kuò)展至其他類型的機(jī)床"進(jìn)行后處理時(shí)"可以先針對(duì)具體機(jī)床結(jié)構(gòu)建立起相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系"然后給定機(jī)床各聯(lián)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)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(jī)床運(yùn)動(dòng)模型, 基于該模型可以給出機(jī)床運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)和刀位文件中刀位的關(guān)系"先討論出轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)"然后可通過解一個(gè)線性方程組來求解三個(gè)平動(dòng)坐標(biāo), 通過實(shí)際計(jì)算及結(jié)果分析"能充分驗(yàn)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(jī)電工程系 ）
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