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五坐標數控後置（zhì）處理算法研究

2014-5-17 來源：陝西鼓風機（集團）有限公司作者：徐小查

摘要：從（cóng）數控（kòng）編程的後處理任務出發（fā），以特定五坐（zuò）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)*+,- 為研究及模擬工具，闡述了五坐（zuò）標數控機床控製係統（tǒng）./00 的數控程（chéng）序（xù）坐標計算方法。

1、後置處理概述

數（shù）控機床種類繁多，要想開發通用的後處理軟件是（shì）不可能的，也是沒有必要的。可根據現（xiàn）有多軸機床的（de）特點（diǎn），開發性能（néng）可靠，使用方便（biàn）的專用（yòng）後處理軟件。數控機床的所有運（yùn）動和操作都是執行特定的數控指令的結果，完（wán）成一個零件的數控加工一般需要連（lián）續執行一連串的數控（kòng）指令，即（jí）數控程（chéng）序。在自動編程中，一般先（xiān）計算出刀位數據文件（@B），它由點坐標及其法矢量（liàng）等組成，它還不是數控程序。還需要（yào）進（jìn）一步把刀位源文件轉換成指定機床能執行（háng）的數控程（chéng）序，輸入到數控係統，才能（néng）進行零件的數控加工（gōng）。

在數控編程中，把刀位數據的計算過程稱為前置處理。把（bǎ）刀位數據文件轉換（huàn）成指定機床能執行的數控程序的過程稱（chēng）為後置處理（ POST PROCESSING）。

2、後置處理的主要任務（wù）

後置處理的任務（wù）就是把刀位（wèi）文件轉換成指定數控機床能（néng）執行的數（shù）控程（chéng）序。通常多軸後置（zhì）處理（lǐ）是根據具（jù）體機床運動結（jié）構和其數控係統能夠接（jiē）受的控製指令格式，將（jiāng）前置處理（lǐ）中計算的刀（dāo）位數據變成機床各軸的運動數據，並按其控製指令格式轉換成（chéng）為數控機床的加工程序。

後置處理過程原則上是解釋執行，即每讀出（chū）刀（dāo）位（wèi）源文件中的一個完整記錄（行（háng）），便分析該記錄類型，根據（jù）記錄類型確定是進行坐標變換還是進行文件代碼（mǎ）轉換，然後根據所選數控（kòng）機床進行坐標變（biàn）換或者文件代碼轉換，生（shēng）成一（yī）個完整的數控程序段，並寫到數控程序文件（jiàn）中去，直（zhí）到刀位源（yuán）文件結束。"

3、後置處理算法研究（jiū）

一般來說，五軸（zhóu）聯動是（shì）指數控機床（chuáng）的X、Y、Z 三個移動坐標和繞X、Y、Z 軸旋轉的（de）三個坐標A、B、C中的任意兩（liǎng）個坐標的線性（xìng）插補（bǔ）運動（dòng）。

五軸機（jī）床中的五個坐標（biāo）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（huí）轉工作台的轉動或刀具的擺動來實現。不同類型的（de）數控機床，其運動方式不一（yī）致，故其後置處理（lǐ）算法（fǎ）也（yě）各不相（xiàng）同。

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

後處理算法（fǎ）工作的開展以機床編程手冊為參考（kǎo），以刀具路（lù）徑（jìng）模擬軟（ruǎn）件PLO3D 為研究及（jí）模擬工具。是C. B.Ferran 公司開（kāi）發的一種工具軟件，用於模擬演示、驗證和修改符合ISO標準的（de）數（shù）控銑程序。它在（zài）屏幕上顯示刀具中心（xīn）的路徑，還可以顯示刀軸（zhóu）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（shì）其對應的法矢量。

本文以PLO3D 為工具，研究了某機床後處理程（chéng）序的算法。首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（biāo）關係，最後對已有的刀位數據進行後（hòu）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（zhuǎn）台坐標和繞Y軸的擺頭坐標，在該機床的控製係統（tǒng）中，其相應旋轉運動（dòng）字地址分別是A 和C。根據機床特（tè）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（shù）值沒有影響，C角的零點與Z軸重合。根據該機床的特點，設（shè）擺角C 坐標中心在刀具中心，繞Y軸（zhóu）順時針轉動角度值為正，逆時針角度為負；轉角A 在其轉動平麵內的角（jiǎo）度如（rú）圖A 所（suǒ）示。

經分析（xī）得到機（jī）床A、C 轉角與刀軸矢量的關係如圖B所示，從圖中，得出（chū）A、C 轉（zhuǎn）角的（de）坐（zuò）標計算公式（shì）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計算出來，再按照該控製係統程序代碼格式將其插入程序中，就是數控程序了。注意（yì）旋轉擺（bǎi）頭雖不影響X1、Y1值，但與之相關的實際運動（dòng）坐標將隨其繞刀尖點的轉動而產生相應的平（píng）移。" 算法驗證把一個葉片表麵的環形刀（dāo）位數據用上述方法轉換成數控程（chéng）序，在PLO3D得到圖3所示的圖形。

表1的數據進一步證明了（le）刀軸矢量和轉角關係算法的正確性（xìng）。數據來源於經（jīng）過驗證的（de）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（zuò）標（biāo）是以（yǐ）刀軸矢量和機床（chuáng）轉角關係為依據計算得到的，是進一（yī）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（jì）算得到的刀位數據（包括位置及其矢量）換算成加工（gōng）坐標並進而（ér）生成加（jiā）工程序，用PLO3D軟件進（jìn）行刀具（jù）模擬，得到了正確的（de）結果。

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