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五坐標數控後置處理算法研究

2014-5-17 來源：陝（shǎn）西鼓風機（集團）有限公司作者：徐小查

摘要：從數控編程的後處（chù）理任務出發，以特定五坐標機床! ( 為研究（jiū）對象（xiàng），以機床編程手冊（cè）為參考，以刀具路徑模擬軟件)*+,- 為研究（jiū）及（jí）模擬工具，闡述了五坐標數控機床控製係統（tǒng）./00 的數控程序坐標計算方法。

1、後置處理概述

數控機床種（zhǒng）類繁多，要想開發通用的後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（yòng）方便的專用後處理軟件。數控機床的所（suǒ）有運（yùn）動和操作都是執行特定的數控指令的結果，完成一個零件（jiàn）的數控加工一般需要連續（xù）執行一連串的數控指令，即（jí）數控程序。在自動編程（chéng）中，一（yī）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（chéng），它還不是數控程序。還需要進一步把（bǎ）刀位源文件轉換成（chéng）指定機床能執行的數控程序，輸入到數控係統，才能（néng）進行零件的數控加（jiā）工。

在（zài）數控編程中（zhōng），把刀位數據的計算過程稱（chēng）為前置處理（lǐ）。把刀位（wèi）數據文件轉換（huàn）成（chéng）指（zhǐ）定機床能（néng）執行的數控程序的過程稱為後置處理（ POST PROCESSING）。

2、後置處理的主要任務

後置處理（lǐ）的任務就是把刀（dāo）位文件轉換成指定數（shù）控機床能執行（háng）的數控（kòng）程序。通常多軸後置處理是根據具體機床運動結（jié）構和（hé）其數控係統能夠接（jiē）受的控（kòng）製指令格式，將前置處理中（zhōng）計算的刀（dāo）位數據變成機床各軸的運動數據（jù），並按其控製指令格式轉換成為數控機床的加工程序。

後置處理過程原則上是解釋執行（háng），即每讀出刀位源文件中的一（yī）個完整記錄（行），便分析該記錄類型，根（gēn）據記錄類型確定是進行（háng）坐標變換還是進行文件代碼轉（zhuǎn）換，然後根據所選數控機床進行坐標變換或者文件（jiàn）代碼轉換，生成一個完整的（de）數控程序段，並寫到數控程序（xù）文件中去，直到刀位源（yuán）文（wén）件結束。"

3、後（hòu）置（zhì）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（sān）個移動坐標和繞X、Y、Z 軸旋轉（zhuǎn）的三個坐標A、B、C中的任（rèn）意（yì）兩個坐標的線性（xìng）插補運動。

五軸機床中的五個坐標通常是由三（sān）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台的轉動或刀具的擺動來實現。不同類型的數控機（jī）床，其運動方式不一致，故其後置處（chù）理（lǐ）算法也各不相同。

4、以下介（jiè）紹我公司五坐標數（shù）控機床C. B.Ferran 的控製係統CNC E500 的數控程序的（de）坐標處理算法。

後處理算法工作的開展以機床編（biān）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，用於模擬演示、驗證和修改符（fú）合ISO標（biāo）準的數控銑程序。它在屏幕上顯（xiǎn）示刀具中心的路徑，還可以顯示刀軸方（fāng）向和程序原點（diǎn）坐標，在五坐標模擬加工中不僅顯示程序坐標（biāo）而且顯示其對應的（de）法矢量。

本文以PLO3D 為工具，研究了某（mǒu）機床後處理（lǐ）程序的算法。首先研究了（le）機床（chuáng）五個坐標的確定方（fāng）法，然後研究了已有程序中的坐標（biāo）關係，最後對已有的刀位數據（jù）進（jìn）行後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軸的轉台坐標和繞Y軸的擺（bǎi）頭坐標，在該機床的控製係統中，其相應旋（xuán）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（zhōng）心在刀尖點或刀心點上，對三個平動（dòng）坐標的數值沒有影響，C角的零點與Z軸重合。根據（jù）該（gāi）機床的特點，設擺角C 坐標中心在刀（dāo）具中心（xīn），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（qí）轉動平（píng）麵內的角（jiǎo）度（dù）如圖A 所示。

經（jīng）分析得到機床A、C 轉（zhuǎn）角與刀軸矢量的關係如圖B所示，從圖中，得出A、C 轉角（jiǎo）的坐標計算公式如下：由圖A、B 得（dé）到A 轉角與法矢量的關係，其計算公式為（wéi）：

至此，數控加工程序的五個運動坐標全部計算出來，再按照該控製係統（tǒng）程序代碼格式將其插入程序中，就是數控程序（xù）了（le）。注意旋轉擺頭雖不影（yǐng）響X1、Y1值（zhí），但與之相關的實際運動坐標將（jiāng）隨其繞刀尖點（diǎn）的轉動而產生相應的平移。" 算法驗證把一個葉片表麵的環形刀位數據用上述方法轉換成數控（kòng）程序，在PLO3D得到圖3所示的圖（tú）形。

表1的數據進一步證明了刀軸矢量和轉角關係算法的正（zhèng）確性。數據來源（yuán）於經過驗證的C.B.Ferrari程序中（zhōng）的數（shù）據（jù），計算結（jié）果與軟件中顯（xiǎn）示的結（jié）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（hé）機（jī）床轉角關係為依據計算得（dé）到的（de），是（shì）進一（yī）步計算三（sān）個平動坐標位置的基礎。根據本文總結出的關係，將計算得到的刀位數據（jù）（包（bāo）括位置及其矢量）換算成加工坐標並進而生成（chéng）加工程序，用PLO3D軟件進行（háng）刀具模擬，得到（dào）了正確的結果。

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