五坐標數控后置處理算法研究
2014-5-17 來源：陜西鼓風機（集團）有限公司 作者：徐小查
摘要：從數控編程的后處理任務出發，以特定五坐標機床! ( 為研究對象，以機床編程手冊為參考，以刀具路徑模擬軟件)*+,- 為研究及模擬工具，闡述了五坐標數控機床控制系統./00 的數控程序坐標計算方法。
1、后置處理概述
數控機床種類繁多，要想開發通用的后處理軟件是不可能的，也是沒有必要的。可根據現有多軸機床的特點，開發性能可靠，使用方便的專用后處理軟件。數控機床的所有運動和操作都是執行特定的數控指令的結果，完成一個零件的數控加工一般需要連續執行一連串的數控指令，即數控程序。在自動編程中，一般先計算出刀位數據文件（@B），它由點坐標及其法矢量等組成，它還不是數控程序。還需要進一步把刀位源文件轉換成指定機床能執行的數控程序，輸入到數控系統，才能進行零件的數控加工。
在數控編程中，把刀位數據的計算過程稱為前置處理。把刀位數據文件轉換成指定機床能執行的數控程序的過程稱為后置處理（ POST PROCESSING）。
2、后置處理的主要任務
后置處理的任務就是把刀位文件轉換成指定數控機床能執行的數控程序。通常多軸后置處理是根據具體機床運動結構和其數控系統能夠接受的控制指令格式，將前置處理中計算的刀位數據變成機床各軸的運動數據，并按其控制指令格式轉換成為數控機床的加工程序。
后置處理過程原則上是解釋執行，即每讀出刀位源文件中的一個完整記錄（行），便分析該記錄類型，根據記錄類型確定是進行坐標變換還是進行文件代碼轉換，然后根據所選數控機床進行坐標變換或者文件代碼轉換，生成一個完整的數控程序段，并寫到數控程序文件中去，直到刀位源文件結束。"
3、后置處理算法研究
一般來說，五軸聯動是指數控機床的X、Y、Z 三個移動坐標和繞X、Y、Z 軸旋轉的三個坐標A、B、C中的任意兩個坐標的線性插補運動。
五軸機床中的五個坐標通常是由三個移動坐標X、Y、Z 與三個轉動坐標A、B、C 中的任意兩個組成。轉動坐標A、B、C 的運動可由回轉工作臺的轉動或刀具的擺動來實現。不同類型的數控機床，其運動方式不一致，故其后置處理算法也各不相同。
4、以下介紹我公司五坐標數控機床C. B.Ferran 的控制系統CNC E500 的數控程序的坐標處理算法。
后處理算法工作的開展以機床編程手冊為參考，以刀具路徑模擬軟件PLO3D 為研究及模擬工具。 是C. B.Ferran 公司開發的一種工具軟件，用于模擬演示、驗證和修改符合ISO標準的數控銑程序。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坐標，在五坐標模擬加工中不僅顯示程序坐標而且顯示其對應的法矢量。
本文以PLO3D 為工具，研究了某機床后處理程序的算法。首先研究了機床五個坐標的確定方法，然后研究了已有程序中的坐標關系，最后對已有的刀位數據進行后處理生成了五軸加工數控程序。
C.B.Ferrari機床的兩個轉動坐標是：繞x軸的轉臺坐標和繞Y軸的擺頭坐標，在該機床的控制系統中，其相應旋轉運動字地址分別是A 和C。根據機床特點，機床五個坐標運動字地址的順序為XYZAC。
C.B.Ferrari的C轉角的編程中心在刀尖點或刀心點上，對三個平動坐標的數值沒有影響，C角的零點與Z軸重合。根據該機床的特點，設擺角C 坐標中心在刀具中心，繞Y軸順時針轉動角度值為正，逆時針角度為負；轉角A 在其轉動平面內的角度如圖A 所示。
經分析得到機床A、C 轉角與刀軸矢量的關系如圖B所示，從圖中，得出A、C 轉角的坐標計算公式如下：由圖A、B 得到A 轉角與法矢量的關系，其計算公式為：
至此，數控加工程序的五個運動坐標全部計算出來，再按照該控制系統程序代碼格式將其插入程序中，就是數控程序了。注意旋轉擺頭雖不影響X1、Y1值，但與之相關的實際運動坐標將隨其繞刀尖點的轉動而產生相應的平移。" 算法驗證把一個葉片表面的環形刀位數據用上述方法轉換成數控程序，在PLO3D得到圖3所示的圖形。
表1的數據進一步證明了刀軸矢量和轉角關系算法的正確性。數據來源于經過驗證的C.B.Ferrari程序中的數據，計算結果與軟件中顯示的結果基本吻合。
5 結語
在五坐標加工中，角度坐標是以刀軸矢量和機床轉角關系為依據計算得到的，是進一步計算三個平動坐標位置的基礎。根據本文總結出的關系，將計算得到的刀位數據（包括位置及其矢量）換算成加工坐標并進而生成加工程序，用PLO3D軟件進行刀具模擬，得到了正確的結果。
投稿箱：
如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
