基于五軸機床空間運動分析的后處理研究
2013-12-22 來源：數控機床市場網 作者：陳良驥劉元朋
摘要!針對五軸加工時從刀位文件到數控程序的后處理問題"以雙轉臺類型的五軸機床為例建立了由參考坐標系到工件坐標系之間的中間坐標系"基于對各坐標系運動情況的分析最終得到了由參考坐標系到工件坐標系的坐標變換矩陣"從而將五軸后處理過程簡化為求解一個關于機床控制坐標的線性方程組#,實際計算結果表明所提出方法是正確可行的而且適用于其他任何類型的五軸機床.
關鍵詞:數控五軸加工坐標變換后處理
五軸聯動的刀位文件中的刀位數據既包含刀心點坐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據% 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控代碼.為解決從刀位到數控代碼的轉換問題"現行的后處理方法一般根據圖形的方法進行分析 但具體實現這些方法時卻往往感到不容易直觀理解而且極易出錯.區別于現行的后處理方法本文將對雙轉臺型五軸數控機床進行運動學分析和建模并進行后處理的研究.
1、雙轉臺型五軸機床及其坐標系
圖1為一種回轉坐標均由工作臺實現的立式五軸銑床"如MIKRON公司的ucp系列五軸機床.其中：機床坐標系X Y 軸由工作臺實現Z軸平動由主軸帶動刀具上下移動實現.擺動臺(Tilting Table TT) 可以繞X軸擺動" 是為A軸( 一般進行上下90度范圍內的擺動) TT中間有一個回轉臺(Rotating Table ，RT) " 在圖示位置上繞Z軸360度自由回轉"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三個直線軸實現聯動" 就可加工出復雜的空間曲面. Z Y Z A C 軸的運動坐標分別為X' ( 加' , 表示運動由工作臺實現) Y Z 不加' 表示運動由主軸實現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系:機床坐標系在出廠時已確定;參考坐標系XR - YR - ZR,RCS 原點R與L點重合,各軸方向與機床坐標系一致(RCS系在加工過程中固定) ；擺動臺坐標系( 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) ;轉動臺坐標系( XRT-YRT-ZRT RTCS )建在U處各軸方向與RCS系一致(RTCS系不隨RT轉動但隨TT臺一起擺動)
工件裝夾在RT上,定義工件的坐標系(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、 雙轉臺型五軸機床運動分析
機床空間運動分析的目的是根據前面建立的坐標系及其運動方式"計算出在加工過程中某時刻( 假定此時機床各軸的坐標為 
各坐標系之間的坐標變換矩陣。
各坐標系之間的坐標變換矩陣。
至此， 整個后處理過程可以歸納為如圖3所示算法流程.
4、實例計算與結果驗證分析
圖2 中假定a=450mm如圖4所示"假定在工件坐標系下有兩個相鄰刀位’刀位：1(01，T1)和刀位2(02，T2) "現應用前面介紹的后處理算法分別對兩個刀位計算其對應的加工代
碼.
定出三個平移坐標分別為 X1=50 Y1=50 Z1=-340.2與計算出來的結果完全一致.
5 結語
本文以旋轉運動均由工作臺實現的雙轉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構建立起相應的運動坐標系"然后給定機床各聯動軸的運動坐標分析其各坐標系之間的坐標變化關系"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和刀位文件中刀位的關系"先討論出轉動坐標"然后可通過解一個線性方程組來求解三個平動坐標, 通過實際計算及結果分析"能充分驗證本文方法的正確性和可行性.（文自：鄭州航空工業管理學院機電工程系 ）
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