一種非正交擺頭轉(zhuǎn)臺(tái)類五軸機(jī)床后置處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種數(shù)控機(jī)床后置處理方法，尤其涉及一種非正交擺頭轉(zhuǎn)臺(tái)類五軸機(jī) 床后置處理方法，屬于五軸數(shù)控加工機(jī)床領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 五軸數(shù)控機(jī)床通常由三平動(dòng)軸和兩回轉(zhuǎn)軸組成，通過平動(dòng)軸和回轉(zhuǎn)軸的不同配置 而構(gòu)成各種不同類型的五軸機(jī)床。一般可將其分為三種基本類型：1)雙擺頭類型，2)雙轉(zhuǎn) 臺(tái)類型，3)擺頭轉(zhuǎn)臺(tái)類型，而其他類型的五軸機(jī)床都是在其基礎(chǔ)上演化而來。因此，許多學(xué) 者針對(duì)各種類型五軸數(shù)控機(jī)床后置處理方法開展了大量研究工作，如雙擺頭類五軸機(jī)床、 雙轉(zhuǎn)臺(tái)類五軸機(jī)床、擺頭轉(zhuǎn)臺(tái)類五軸機(jī)床、非正交回轉(zhuǎn)軸雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸機(jī)床等?，F(xiàn)有技術(shù)中， 主要是針對(duì)非正交回轉(zhuǎn)軸的雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸機(jī)床開發(fā)的專用后置處理程序，其中非正交軸僅指 回轉(zhuǎn)軸，而沒有考慮平動(dòng)軸也為非正交軸的情況。因此，目前文獻(xiàn)對(duì)于非正交擺頭轉(zhuǎn)臺(tái)類五 軸機(jī)床，尤其平動(dòng)軸和回轉(zhuǎn)軸同時(shí)為非交情況研究較少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種具有在數(shù)控程序中進(jìn)行五軸刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償、工件原點(diǎn)偏 置補(bǔ)償和非正交軸角度修改功能的非正交擺頭轉(zhuǎn)臺(tái)類五軸機(jī)床后置處理方法。
[0004] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的： 一種非正交擺頭轉(zhuǎn)臺(tái)類五軸機(jī)床后置處理方法，該方法包括以下步驟： A、分析以平動(dòng)軸博P回轉(zhuǎn)軸M乍為傾斜軸的擺頭轉(zhuǎn)臺(tái)類五軸機(jī)床的結(jié)構(gòu)特征，分別將 傾斜軸辟由與ββ平面之間夾角和刀具擺長(zhǎng)作為變量，建立前置刀位數(shù)據(jù)與該類機(jī)床各坐 標(biāo)軸之間的運(yùn)動(dòng)變換方程，并推導(dǎo)出各坐標(biāo)軸的計(jì)算公式； Β、在機(jī)床各平動(dòng)軸和回轉(zhuǎn)軸的計(jì)算公式基礎(chǔ)上，結(jié)合西門子數(shù)控系統(tǒng)或其他數(shù)控系統(tǒng) 提供的宏變量(如R參數(shù)）功能，基于VC++6. 0平臺(tái)利用C++語言開發(fā)出一種適用于非正交 擺頭轉(zhuǎn)臺(tái)類五軸控機(jī)床的后置處理軟件；其中在該軟件界面中，刀具擺長(zhǎng)可以作為宏變量 或數(shù)值輸入，傾斜軸辟由與βΚ平面之間夾角作為數(shù)值輸入，工件原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的偏 置量作為數(shù)值輸入。
[0005] 由上述發(fā)明技術(shù)方案可以看出，該方法不僅能夠?qū)⒌段晃募D(zhuǎn)換為機(jī)床可以識(shí)別 的數(shù)控程序，而且具有在數(shù)控程序中進(jìn)行五軸刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償、工件原點(diǎn)偏置補(bǔ)償和非正交 軸角度修改功能。
【附圖說明】
[0006] 圖1為非正交擺頭轉(zhuǎn)臺(tái)類五軸機(jī)床； 圖2為非正交擺頭轉(zhuǎn)臺(tái)類五軸機(jī)床運(yùn)動(dòng)鏈； 圖3為非正交擺頭轉(zhuǎn)臺(tái)類五軸機(jī)床中的坐標(biāo)系； 圖4為后置處理軟件界面。
【具體實(shí)施方式】
[0007] 本發(fā)明的非正交擺頭轉(zhuǎn)臺(tái)類五軸機(jī)床后置處理方法，以平動(dòng)軸Y和回轉(zhuǎn)軸B作為 傾斜軸的擺頭轉(zhuǎn)臺(tái)類五軸機(jī)床為例進(jìn)行闡述，如圖1所示，其較佳的【具體實(shí)施方式】是，包 括： A、分析以平動(dòng)軸博P回轉(zhuǎn)軸M乍為傾斜軸的擺頭轉(zhuǎn)臺(tái)類五軸機(jī)床的結(jié)構(gòu)特征，分別將 傾斜軸辟由與ββ平面之間夾角和刀具擺長(zhǎng)作為變量，建立前置刀位數(shù)據(jù)與該類機(jī)床各坐 標(biāo)軸之間的運(yùn)動(dòng)變換方程，并推導(dǎo)出各坐標(biāo)軸的計(jì)算公式。
[0008] 首先，以平動(dòng)軸博P回轉(zhuǎn)軸萬作為傾斜軸的擺頭轉(zhuǎn)臺(tái)類五軸數(shù)控機(jī)床作為研究對(duì) 象，如圖1所示；該機(jī)床由三平動(dòng)軸Ζ、/、濟(jì)卩兩回轉(zhuǎn)軸A廣且成，其中肩ft和7、4由夾角都 等于90°，而片^與夾角小于90°，且回轉(zhuǎn)軸痛勺中心平行于片ft，與夾角亦小于 90°，回轉(zhuǎn)軸J的中心平行于4?，機(jī)床主軸與回轉(zhuǎn)軸萬夾角大于90°。方向的平動(dòng) 和繞4由的轉(zhuǎn)動(dòng)由機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)，而辟由方向的平動(dòng)和繞辟由的轉(zhuǎn)動(dòng)由機(jī)床主軸實(shí)現(xiàn)；根據(jù) 該機(jī)床的具體結(jié)構(gòu)，可以得到該機(jī)床各坐標(biāo)軸之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，即機(jī)床運(yùn)動(dòng)鏈，它由回轉(zhuǎn)工 作臺(tái)、平動(dòng)工作臺(tái)、床身、主軸和刀具等單元按順序串聯(lián)而成，如圖2所示。
[0009] 其次，為將由CAM得到的刀位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為機(jī)床數(shù)控加工程序，需要根據(jù)該機(jī)床的 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來確定機(jī)床的運(yùn)動(dòng)變化關(guān)系，然后再將刀位數(shù)據(jù)變換分解到機(jī)床各坐標(biāo)軸上，從 而獲得機(jī)床各坐標(biāo)軸的數(shù)值。為描述該機(jī)床運(yùn)動(dòng)，在該五軸機(jī)床上建立圖3所示各相關(guān) 坐標(biāo)系，其中為機(jī)床坐標(biāo)系，其原點(diǎn)Q 1位于肩ft轉(zhuǎn)臺(tái)右端面中心，尤軸方向平行 于肩ft回轉(zhuǎn)中心，4軸方向?yàn)樨Q直向上，軸方向則垂直于平面；QllH 1Znil為與 回轉(zhuǎn)軸_連的坐標(biāo)系，其原點(diǎn)為主軸回轉(zhuǎn)中心與辟由回轉(zhuǎn)中心的交點(diǎn)，各坐標(biāo)軸方向與 機(jī)床坐標(biāo)系一致；Q 12H厶為與回轉(zhuǎn)軸_連的坐標(biāo)系，是機(jī)床雄|、辟由實(shí)際運(yùn)動(dòng)的坐 標(biāo)系，其原點(diǎn)為主軸回轉(zhuǎn)中心與辟由回轉(zhuǎn)中心的交點(diǎn)，各坐標(biāo)軸方向由機(jī)床坐標(biāo)系繞尤軸 旋轉(zhuǎn)α角得到；為與工件固連的工件坐標(biāo)系，其原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置矢量 W=(么，<，<)，且各坐標(biāo)軸方向與機(jī)床坐標(biāo)系一致，而前置刀位數(shù)據(jù)是在該坐標(biāo)系下 表示；OtZt/tZt為與刀具固連的刀具坐標(biāo)系，其原點(diǎn)設(shè)在刀位點(diǎn)上，其各坐標(biāo)軸方向與機(jī)床 坐標(biāo)系一致。在機(jī)床初始狀態(tài)時(shí)，假設(shè)刀具軸線平行于4自，坐標(biāo)系仏x n2/n2zn2與機(jī)床坐標(biāo) 系(9ηΖ η/ηΖη的原點(diǎn)重合。假設(shè)坐標(biāo)系（9η1Ζη1/ η1Ζη1的原點(diǎn)到刀具坐標(biāo)系的原點(diǎn)At的距離為Z (即刀具擺長(zhǎng))，則刀位點(diǎn)G在坐標(biāo)系中的位置為（〇,〇，-Ζ);在刀具坐標(biāo)系中，刀 位點(diǎn)的位置矢量和刀軸矢量分別為（〇,〇,〇)和（〇,〇，1)。假設(shè)機(jī)床平動(dòng)軸相對(duì)于初始狀態(tài) 的移動(dòng)量為K刀，回轉(zhuǎn)軸相對(duì)于初始狀態(tài)的轉(zhuǎn)動(dòng)量分別為辟P J (其正方向如圖3所 示)，工件坐標(biāo)系中刀位點(diǎn)和刀軸矢量分別為Uj1S和（i，J，々)。
[0010] 根據(jù)該機(jī)床運(yùn)動(dòng)鏈和各坐標(biāo)系，可分別建立回轉(zhuǎn)軸和平動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)變換方程：

式中：7?Ρ #分別為平移和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的齊次變換矩陣：

是由編程坐標(biāo)系φζ到機(jī)床坐標(biāo)系 的變換矩陣：
[0011] 由式⑴可以得到：