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五坐標數控後置處理算法研究

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

摘要：從數控（kòng）編程的後處理任務出發，以特定五坐標（biāo）機床（chuáng）! ( 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（wéi）研（yán）究及模擬工具（jù），闡述了五坐標數控（kòng）機床控製係統./00 的數控程序坐標計算方法（fǎ）。

1、後置處理概（gài）述

數控機床（chuáng）種類繁多，要想開發通用的後處理軟件是不（bú）可能的，也是沒有必要的。可根據現有多軸機床的（de）特點，開發性能可靠，使（shǐ）用（yòng）方便的專用後處理（lǐ）軟件。數控機床的所有（yǒu）運動和操作都是執（zhí）行特定的數控指令的結果（guǒ），完成一個零件的數（shù）控加工一般需要連續執（zhí）行一連串的數控指令，即數控程序（xù）。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（chéng）序。還需要（yào）進一步把刀位源文件轉換成指定機床能執行的數控程序，輸入到數控係統，才能進行零件的數控（kòng）加工。

在數控編程（chéng）中，把刀（dāo）位數據的計算過程稱為前置（zhì）處理。把（bǎ）刀位數據文件（jiàn）轉換成指定（dìng）機床（chuáng）能執行的數控程序的過程稱為後（hòu）置處理（ POST PROCESSING）。

2、後置處理（lǐ）的主要（yào）任務

後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（de）數控程序。通常多軸後置處理（lǐ）是根（gēn）據具（jù）體（tǐ）機床運動結（jié）構和其數控係統能夠接受的（de）控製指令格式，將前置處理（lǐ）中計算的刀位數據變成（chéng）機床各軸（zhóu）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（zhì）處理過程原（yuán）則上是解釋執行，即每讀出刀位源文件中的一（yī）個完整記錄（行），便分（fèn）析該記錄類型，根（gēn）據記錄類型確定是進行坐標變換還是進行（háng）文件代碼轉換，然後根據所選數控機床進行坐（zuò）標變換或者文件代碼（mǎ）轉換，生成一個完整的數（shù）控程（chéng）序段，並寫到數控程序文件中去，直到刀位源文件結（jié）束。"

3、後置處（chù）理算法研究

一般來說，五軸聯動是指數控機（jī）床的X、Y、Z 三個移動坐標和繞X、Y、Z 軸旋（xuán）轉的三個坐標A、B、C中的任（rèn）意兩個坐標的線性插補運（yùn）動（dòng）。

五軸機床中的五個坐標通常是由三個移（yí）動坐標X、Y、Z 與三個轉動坐標A、B、C 中的任意兩個組成（chéng）。轉動坐（zuò）標A、B、C 的運（yùn）動（dòng）可由回（huí）轉工作台（tái）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，故其後置處理算法也各（gè）不（bú）相同。

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

後處理算法工作（zuò）的開展以機床編程手（shǒu）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（gōng）具軟件，用於模擬演示、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（hé）程序原點（diǎn）坐標，在五坐標模（mó）擬加工中不僅顯示程（chéng）序坐標而且顯示其對應的法矢量（liàng）。

本（běn）文以PLO3D 為工具，研究了某機床後處（chù）理程（chéng）序的算法。首（shǒu）先研究了機床五個坐標的確定方法，然後研究了已有程序中的坐標關係，最（zuì）後對已有的刀位數據進行後處理生成了五軸加（jiā）工數控程序。

C.B.Ferrari機床（chuáng）的兩個轉動坐標是：繞x軸的轉台坐標和繞Y軸的擺頭坐（zuò）標（biāo），在該機床的控製係統中，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（wǔ）個（gè）坐（zuò）標運動字地址的（de）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（xiǎng），C角的零點與（yǔ）Z軸重合。根據該機床的特點，設（shè）擺角C 坐（zuò）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（zài）其轉動平麵內的（de）角度如（rú）圖A 所示。

經分析得到機床A、C 轉角與刀軸矢量的關係如（rú）圖B所示，從（cóng）圖中，得出A、C 轉角（jiǎo）的坐標計算公式如下：由圖A、B 得到A 轉角與法矢量的關係，其計算公式為：

至此，數控加工程序的五個運動坐標全部（bù）計算出來，再按照該控製（zhì）係統（tǒng）程序代碼格（gé）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（zhī）相關的實際運動坐標將隨其繞（rào）刀尖點的轉動（dòng）而產生相（xiàng）應的平移。" 算法驗證把一個葉片（piàn）表（biǎo）麵的環（huán）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係算法的正（zhèng）確性。數據來（lái）源於（yú）經過驗證的C.B.Ferrari程序中的數據，計算結果與軟件中顯（xiǎn）示的結（jié）果基本吻合。

5 結語（yǔ）

在五坐標加工中，角度坐標是以刀軸矢量和機床轉角關係為（wéi）依據計算得到（dào）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係，將計算得到的刀位數（shù）據（包括位置及其矢量）換算成加工坐標並進而（ér）生成加（jiā）工程（chéng）序，用PLO3D軟件進行刀具（jù）模擬，得到了正確的結果。

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