一種基於後置處理五軸刀具長度補償方法
2023-05-27 03:39:46
一種基於後置處理五軸刀具長度補償方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於後置處理五軸刀具長度補償方法。首先通過分析給定五軸數控工具機的結構，建立該工具機運動學模型並進行求解。然後，利用數控系統提供的宏變量和數學運算功能，基於VisualC++平臺開發出一套帶五軸刀具補償功能的後置處理軟體。最後，利用該軟體將刀具擺長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擺長宏變量就可以方便實現五軸刀具長度的補償。本發明能夠解決不具備五軸刀具長度補償功能工具機的刀具補償問題，避免了重新對前置刀位數據文件再次進行後置處理，從而提高了數控加工程序的可重用性。實踐證明，該方法能方便實現五軸刀具長度補償功能，且成本低廉，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長度補償方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種多軸數控工具機刀具長度補償方法，尤其涉及一種基於後置處理五 軸刀具長度補償方法，屬於五軸數控加工領域。
【背景技術】
[0002] 刀具長度補償是現代計算機數控系統（CNC)所具有的重要功能之一。在三軸數控 加工過程中，當刀具長度發生變化，即刀具磨損或更換新刀，此時通過修改數控系統寄存器 中刀具長度值，並利用數控系統提供的刀具補償功能來實現刀具長度補償，而原有的數控 加工程序仍然可以繼續使用。而在五軸數控加工過程中，由於刀軸矢量方向不斷變化，刀具 長度補償方法相對較難實現。目前國外著名的數控系統公司所開發的五軸數控系統都已經 具備五軸刀具長度補償功能。因此，可以採用通用的五軸後置處理軟體或CAM軟體自帶的 後置處理器對刀位數據文件進行後置處理，並得到相應的數控加工程序。
[0003] 針對不具備五軸刀具長度補償功能的數控工具機，尤其是航空、航天等企業擁有國 外早期的數控工具機。現有技術中，能夠實現五軸刀具長度補償功能的技術途徑主要有兩 種： 現有技術一，在五軸數控加工過程中，若刀具長度發生變化，則原有的數控加工程序將 無法繼續使用。此時只能通過修改刀具長度值來對原刀位數據文件進行後置處理，並得到 新的數控加工程序。
[0004] 現有技術二，可以通過購買五軸功能模塊對原有的數控系統進行升級改造。
[0005] 上述現有技術至少存在以下缺點： 現有技術一將大幅增加工藝人員的工作量，以及零件的總加工時間，從而提高了零件 的製造成本。而現有技術二對五軸數控工具機的升級改造費用較高，將大幅增加工具機的使用 成本，從而提高了零件的製造成本。由此可見，以上兩種技術不是額外增加工具機使用費用， 就是增加工藝員的工作量和零件實際加工時間。
【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長度補償方法，解決不具備五軸 刀具長度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、 分析指定擺頭轉臺類五軸數控工具機的結構； B、 根據擺頭轉臺類五軸數控工具機的結構，建立該五軸數控工具機的運動學模型，並進行 相應的逆運動學求解計算； C、 根據上述五軸數控工具機的運動學模型計算結果，利用數控系統提供的宏變量和數學 運算功能，基於Visual C++平臺開發出一套帶五軸刀具補償功能的後置處理軟體； D、 利用該軟體將刀具擺長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 改數控加工程序中擺長宏變量就可以方便實現五軸刀具長度的補償。
[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， 首先分析指定擺頭轉臺類五軸數控工具機的結構；其次，根據擺頭轉臺類五軸數控工具機的結 構，建立該五軸數控工具機的運動學模型，並進行相應的逆運動學求解計算；然後，根據上述 五軸數控工具機的運動學模型計算結果，利用數控系統提供的宏變量和數學運算功能，基於 Visual C++平臺開發出一套帶五軸刀具補償功能的後置處理軟體；最後，利用該軟體將刀 具擺長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擺長 宏變量就可以方便實現五軸刀具長度的補償。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009] 圖1為五軸刀具長度補償示意圖； 圖2為工具機的結構不意圖； 圖3為擺頭轉臺類五軸數控工具機運動鏈； 圖4為擺頭轉臺類五軸數控工具機坐標系； 圖5為後置處理軟體的界面； 圖6為刀位數據文件； 圖7為帶宏變量的數控加工程序。
【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、分析指定擺頭轉臺類五軸數控工具機的結構； 通過分析該工具機的具體結構(參見圖2)，得出該工具機各坐標軸之間的運動關係，即工具機 運動鏈。它是由迴轉工作檯、平動工作檯、床身、主軸和刀具等單元按順序串聯而成，如圖3 所示。
[0011] B、根據擺頭轉臺類五軸數控工具機的結構，建立該五軸數控工具機的運動學模型，並 進行相應的逆運動學求解計算； 為描述工具機各坐標軸之間的運動，建立圖4所示工具機坐標系統。其中OnZ1Z1Z m為機 床坐標系，工具機原點久位於X軸右端面中心此A1ZmlZml為與旋轉軸沒固連的坐標系， 原點O ml為主軸中心線與沒軸迴轉中心線的交點，其各坐標軸方向與工具機坐標系一致； 乂為與工件固連的工件坐標系，其各坐標軸方向與工具機坐標系一致，前置刀位數 據是在該坐標系下給出為與刀具固連的刀具坐標系，其原點設在刀心或刀尖 點上，其各坐標軸方向與工具機坐標系一致。在工具機初始狀態時，假設刀具軸線平行於Z 軸，坐標系H7mlzml與又的原點重合，點仏在工具機坐標系O1Z 1Z1Zm中的位置矢量 QlQw為Crtl, jvg τ;在刀具坐標系下，刀心點的位置矢量和刀軸矢量分別為（0， 0，0)1P(0，0，1)τ;設刀具原擺長值為Z，實際刀具擺長值為廠，Ρ=￡+Δ￡,ΛΖ為刀具 長度變化量，則刀心點A在坐標系ivr ml7mlzml中的位置矢量為（〇，〇，- ζ 〇τ。假設 工具機平動軸相對於初始狀態的平移矢量為rs(Z，7，Z) τ，旋轉軸相對於初始狀態的轉角分 別為沒和J (其正方向如圖4所示)，此時在工件坐標系中，刀位點和刀軸矢量分別 為Cr, _7, W 7和（i，^幻τ。其運動變換的過程是由刀具坐標系轉換到工具機坐標系，再 由工具機坐標系轉換到工件坐標系，最後通過工具機各坐標軸的運動得到工件坐標系下的刀位 點和刀軸矢量。
[0012] 由工具機各坐標軸的運動關係進行相應的坐標變換，可得：
【權利要求】
1. 一種基於後置處理五軸刀具長度補償方法，其特徵在於，包括步驟： A、 分析指定擺頭轉臺類五軸數控工具機的結構； B、 根據擺頭轉臺類五軸數控工具機的結構，建立該五軸數控工具機的運動學模型，並進行 相應的逆運動學求解計算； C、 根據上述五軸數控工具機的運動學模型計算結果，利用數控系統提供的宏變量和數學 運算功能，基於Visual C++平臺開發出一套帶五軸刀具補償功能的後置處理軟體； D、 利用該軟體將刀具擺長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 改數控加工程序中擺長宏變量就可W方便實現五軸刀具長度的補償。
2. 根據權利要求1所述的基於後置處理五軸刀具長度補償方法，其特徵在於，所述步 驟A中，通過分析指定五軸數控工具機的具體結構，得出該工具機各坐標軸之間的運動關係，即 工具機運動鏈，通常它由迴轉工作檯、平動工作檯、床身、主軸和刀具等單元按順序串聯而成。
3. 根據權利要求1和2所述的基於後置處理五軸刀具長度補償方法，其特徵在於，所述 步驟B中，首先，要利用步驟A中得到的五軸數控工具機運動鏈，建立工具機坐標系統；然後，建 立前置刀位數據與工具機各坐標軸之間的關係方程，即工具機的運動學模型；最後，對上述模型 進行計算求解，得出工具機各坐標軸的數值。
4. 根據權利要求3所述的基於後置處理五軸刀具長度補償方法，其特徵在於，所述步 驟C中，首先，要利用步驟B中運動學模型的求解結果得到的工具機各坐標軸與前置刀位數 據之間的關係式；然後，結合數控系統提供的宏變量和數學運算功能，利用C++語言基於 Visual C++平臺開發出一套帶五軸刀具補償功能的後置處理軟體。
5. 根據權利要求4所述的基於後置處理五軸刀具長度補償方法，其特徵在於，所述步 驟D中，利用該軟體將刀具長度或刀具擺長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擺長宏變量就可W方便實現五軸刀具長度的補償。
【文檔編號】G05B19/404GK104460515SQ201310440378
【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, 郭前建 申請人:山東理工大學