一種基於後置處理五軸刀具半徑補償方法
2023-09-21 18:10:20
一種基於後置處理五軸刀具半徑補償方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於後置處理五軸刀具半徑補償方法。首先研究五軸刀具半徑補償的基本原理，針對常用的三種類型端銑刀，分別推導出其刀具半徑補償方向和補償後刀位點的矢量。然後，建立前置刀位數據與工具機各軸運動數據之間的關係方程，並結合補償後刀位點的矢量，推導出補償後的刀位數據與工具機各坐標軸之間的關係方程。最後，利用VisualC++6.0開發出一套帶有刀具半徑補償功能的後置處理軟體。本發明能夠解決不具備五軸半徑補償功能工具機的刀具半徑補償問題，避免刀具半徑尺寸改變後必須返回CAM系統重新生成刀軌和再次進行後置處理的繁瑣過程，從而縮短零件總加工時間和提高了數控加工程序可重用性，具有較強的工程應用價值。
【專利說明】一種基於後置處理五軸刀具半徑補償方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種多軸數控工具機刀具半徑補償方法，尤其涉及一種基於後置處理五 軸刀具半徑補償方法，屬於五軸數控加工領域。
【背景技術】
[0002] 刀具補償是現代計算機數控（CNC)系統所具有的重要功能之一，可分為刀具半徑 補償和刀具長度補償兩種。針對二維輪廓加工，目前數控系統都具備刀具長度和刀具半徑 補償的功能。然而在五軸數控加工過程中，由於刀觸點和刀軸矢量方向都不斷變化，因此刀 具半徑補償功能較難實現。國內外學者已對五軸數控加工中刀具半徑補償技術進行了大量 研究，目前已在一些國外商用數控系統中進行了部分應用。總的來說，五軸刀具半徑補償功 能實現主要有兩種途徑： 現有技術一，數控系統本身具有五軸刀具半徑補償功能，並支持帶刀具半徑補償向量 的程序段格式，此時數控程序需要提供刀具半徑補償向量。
[0003] 現有技術二是在後置處理程序中進行刀具半徑補償，生成刀具半徑補償後的數控 程序，這時數控系統不需要提供專門的程序段格式。
[0004] 上述現有技術至少存在以下缺點： 現有技術一，將需要數控系統提供五軸刀具半徑補償功能，對於不具備五軸半徑補償 的數控系統來說，則需要購買相應的軟體包對數控系統進行升級改造，將大幅增加工具機的 使用成本，從而提高了零件的加工費用。同時，還需要CAM軟體能夠生成帶有補償向量的刀 位文件，然後利用專用後置處理軟體生成帶有刀具半徑補償向量的數控加工程序。
[0005] 現有技術二，是在對刀位文件進行後置處理時，考慮到刀具半徑補償值，進行了相 應計算，並輸出到數控加工程序中。但當刀具半徑發生變化時，需要重新對原有刀位文件進 行後置處理，並得到新的補償後數控加工程序。這個過程非常繁瑣，且數控加工程序的可重 用性較差，必將大幅增加工藝人員的工作量，以及零件的總加工時間，從而提升零件的製造 成本。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是提出一種基於後置處理五軸刀具半徑補償方法，解決不具備五軸 刀具半徑補償功能工具機的刀具長度補償問題。
[0007] 本發明的目的是通過以下技術方案實現的： 本發明的基於後置處理五軸刀具長度補償方法，包括步驟： A、 研究了五軸刀具半徑補償的基本原理，針對常用的三種類型端銑刀，如球頭刀、平底 刀和環形刀，分別推導出其刀具半徑補償方向和補償後刀位點的矢量方程； B、 以擺頭轉臺類五軸數控工具機為例，建立前置刀位數據與工具機各軸運動數據之間的關 系方程，結合補償後刀位點的矢量方程，推導出補償後的刀位數據與工具機各軸運動數據之 間的關係方程，並對其進行求解計算； C、 利用步驟B中計算結果，基於Visual C++ 6. O開發出一套帶有刀具半徑補償功能的 後置處理軟體，該軟體不僅可以直接生成半徑補償後的數控加工程序，而且可以生成帶有 半徑補償宏變量的數控加工程序； D、 利用該軟體將刀具半徑作為宏變量寫入後置處理後的數控加工程序中，進而通過修 改數控加工程序中半徑宏變量就可以方便實現五軸刀具半徑的補償。
[0008] 由上述發明技術方案可以看出，本發明的基於後置處理五軸刀具長度補償方法， 首先，研究了五軸刀具半徑補償的基本原理，針對常用的三種類型端銑刀，如球頭刀、平底 刀和環形刀，分別推導出其刀具半徑補償方向和補償後刀位點的矢量方程；然後，以擺頭轉 臺類五軸數控工具機為例，建立前置刀位數據與工具機各軸運動數據之間的關係方程，結合補 償後刀位點的矢量方程，推導出補償後的刀位數據與工具機各軸運動數據之間的關係方程， 並對其進行求解計算；之後，利用步驟B中計算結果，基於Visual C++ 6.0開發出一套帶 有刀具半徑補償功能的後置處理軟體，該軟體不僅可以直接生成半徑補償後的數控加工程 序，而且可以生成帶有半徑補償宏變量的數控加工程序；最後，利用該軟體將刀具半徑作為 宏變量寫入後置處理後的數控加工程序中，進而通過修改數控加工程序中半徑宏變量就可 以方便實現五軸刀具半徑的補償。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009] 圖1為球頭刀半徑補償原理示意圖； 圖2為平底刀半徑補償原理示意圖； 圖3為環形刀半徑補償原理示意圖； 圖4為五軸聯動葉片工具機； 圖5為後置處理軟體界面； 圖6為含切觸點信息的刀位文件； 圖7為帶半徑補償宏變量的數控程序。
【具體實施方式】
[0010] 本發明的基於後置處理五軸刀具長度補償方法，其較佳的【具體實施方式】是，包 括： A、研究了五軸刀具半徑補償的基本原理，針對常用的三種類型端銑刀，如球頭刀、平底 刀和環形刀，分別推導出其刀具半徑補償方向和補償後刀位點的矢量方程； 在五軸端銑加工曲面過程中，常用刀具類型有球頭刀、平底刀和環形刀等，為研究五軸 刀具半徑補償的基本原理，下文將針對以上三種類型刀具分別推導其半徑補償方向和補償 後刀位點矢量方程。
[0011] 1、球頭刀半徑補償方向和補償後刀位點矢量 如圖1所示，為設計曲面，Z7為曲面上的切觸點，球頭刀在點Z7處與曲面相 切，球頭刀的半徑為A 0為刀心點，％。3為刀尖點，i為切觸點/7處刀位的刀軸矢量， 為切觸點/ 7處曲面的法矢量，以上兩矢量均為單位矢量。假設球頭刀半徑發生改 變，即半徑由W變為V時，為保持球頭刀在切觸點/ 7處與曲面S相切，則刀心點0必 須沿切觸點/^處的法矢方向進行平移。因此，為球頭刀半徑補償方向矢量，補償量 ΔΛ= IT-J?。於是,在工件坐標系^yffYwZw中補償後的刀心點?Τ的位置矢量為
【權利要求】
1. 一種基於後置處理五軸刀具半徑補償方法，其特徵在於，包括步驟： A、 研究了五軸刀具半徑補償的基本原理，針對常用的H種類型端就刀，如球頭刀、平底 刀和環形刀，分別推導出其刀具半徑補償方向和補償後刀位點的矢量方程； B、 W擺頭轉臺類五軸數控工具機為例，建立前置刀位數據與工具機各軸運動數據之間的關 系方程，結合補償後刀位點的矢量方程，推導出補償後的刀位數據與工具機各軸運動數據之 間的關係方程，並對其進行求解計算； C、 利用步驟B中計算結果，基於Visual C++ 6.0開發出一套帶有刀具半徑補償功能的 後置處理軟體，該軟體不僅可W直接生成半徑補償後的數控加工程序，而且可W生成帶有 半徑補償宏變量的數控加工程序； D、 利用該軟體將刀具半徑作為宏變量寫入後置處理後的數控加工程序中，進而通過修 改數控加工程序中半徑宏變量就可W方便實現五軸刀具半徑的補償。
2. 據權利要求1所述的基於後置處理五軸刀具半徑補償方法，其特徵在於，所述步驟A 中，首先，研究了五軸刀具半徑補償的基本原理；然後，針對常用的H種類型端就刀，如球頭 刀、平底刀和環形刀，分別推導出其刀具半徑補償方向和補償後刀位點的矢量方程。
3. 根據權利要求1和2所述的基於後置處理五軸刀具半徑補償方法，其特徵在於，所述 步驟B中，首先，W擺頭轉臺類五軸數控工具機為例；然後，建立前置刀位數據與工具機各軸運 動數據之間的關係方程，W及結合補償後刀位點的矢量方程，推導出補償後的刀位數據與 工具機各軸運動數據之間的關係方程；最後對上述方程進行求解計算。
4. 根據權利要求1和3所述的基於後置處理五軸刀具半徑補償方法，其特徵在於，所述 步驟C中，利用步驟B中計算結果，基於Visual C++ 6.0開發出一套帶有刀具半徑補償功 能的後置處理軟體；該軟體不僅可W直接生成半徑補償後的數控加工程序，而且可W生成 帶有半徑補償宏變量的數控加工程序。
5. 根據權利要求4所述的基於後置處理五軸刀具半徑補償方法，其特徵在於，所述步 驟D中，利用該軟體將刀具半徑作為宏變量寫入後置處理後的數控加工程序中，進而通過 修改數控加工程序中半徑宏變量就可W方便實現五軸刀具半徑的補償。
【文檔編號】G05B19/404GK104460516SQ201310440414
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年9月25日 優先權日:2013年9月25日
【發明者】徐汝鋒, 陳志同, 程祥 申請人:山東理工大學