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機(jī)械制造

雙轉(zhuǎn)臺五軸數(shù)控機(jī)床后置處理算法研究

星之球科技 來源:http://www.si-gang.com/news/ji2014-07-07 我要評論(0 )   

雙轉(zhuǎn)臺五軸數(shù)控機(jī)床后置處理算法研究摘要:兩相交銑削平面的數(shù)學(xué)處理斯賓納三款產(chǎn)品首次亮相展會改造普通機(jī)床成為虛擬軸機(jī)床 數(shù)控車床的布局 中國靠什么能自主創(chuàng)新?數(shù)...

 雙轉(zhuǎn)臺五軸數(shù)控機(jī)床后置處理算法研究摘要:兩相交銑削平面的數(shù)學(xué)處理斯賓納三款產(chǎn)品首次亮相展會改造普通機(jī)床成為虛擬軸機(jī)床 數(shù)控車床的布局 中國靠什么能自主創(chuàng)新?數(shù)控車削編程技巧數(shù)控沖床程序設(shè)計工藝過程分析與處理超長刀具新概念刀具材料牌號競爭力之源干燥裝置熱泵式低溫的研制分析工具刃磨機(jī)床發(fā)展的新趨勢Cimatron CAD/CAM 在五面體加工中心上的應(yīng)用通用機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 英漢對照表(三)高速走絲電火花線切割工作液的性能要求數(shù)控車床的選用與安裝美國歐洲日本的PLC產(chǎn)品介紹——世界PLC產(chǎn)品三大流派軸類零件1采用單循環(huán)加工,G81指令編程源程序淺談虛擬檢測--虛擬檢測的分類印刷機(jī)械的無軸——數(shù)控——自動化德馬吉舉行新產(chǎn)品發(fā)布會 [標(biāo)簽:tag] 數(shù)控編程是CAD/CAM系統(tǒng)中最能明顯發(fā)揮效益的環(huán)節(jié)之一。對于復(fù)雜形狀零件,數(shù)控編程通常采用自動編程系統(tǒng),在實現(xiàn)設(shè)計、加工自動化、提高加工精度和加工質(zhì)量、縮短產(chǎn)品研制周期等方面發(fā)揮著重要作用。后置處理是數(shù)控編程技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)之一,并作為CAD /CAM系統(tǒng)與機(jī)械制.

 

數(shù)控編程是CAD/CAM系統(tǒng)中最能明顯發(fā)揮效益的環(huán)節(jié)之一。對于復(fù)雜形狀零件,數(shù)控編程通常采用自動編程系統(tǒng),在實現(xiàn)設(shè)計、加工自動化、提高加工精度和加工質(zhì)量、縮短產(chǎn)品研制周期等方面發(fā)揮著重要作用。后置處理是數(shù)控編程技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)之一,并作為CAD /CAM系統(tǒng)與機(jī)械制造連接的紐帶。后置處理直接影響自動編程的使用效果、零件的加工質(zhì)量和機(jī)床的運行可靠性。 

國外對后置處理技術(shù)研究十分重視, 各CAD/CAM軟件廠家都研究開發(fā)了各自的通用后置處理系統(tǒng);國內(nèi)對后置處理理論與技術(shù)也進(jìn)行了深入研究,取得了一定的研究成果。但是,目前很多CAD/CAM系統(tǒng)的用戶對軟件的使用主要是CAD模塊,對CAM模快的應(yīng)用效率不高,其中一個關(guān)鍵的原因是軟件只配備通用后置處理而用戶沒有根據(jù)具體的數(shù)控機(jī)床特點進(jìn)行必要的二次開發(fā),由此生成的代碼還需要人工做大量的修改,嚴(yán)重影響了CAM模塊的應(yīng)用效果。

研究特定結(jié)構(gòu)機(jī)床的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換是開發(fā)該類機(jī)床專用后置處理程序必須解決的一項關(guān)鍵技術(shù)。本文在詳細(xì)分析雙轉(zhuǎn)臺五軸數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系及運動學(xué)的基礎(chǔ)上,推導(dǎo)出該類機(jī)床后置處理轉(zhuǎn)角計算公式、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計算公式,開發(fā)出UCP600五軸數(shù)控機(jī)床專用后置處理程序,并加工出慣性平臺臺體等復(fù)雜零件,證明了本文提出的方法是可行的。

一、后置處理程序的作用

用CAD/CAM軟件進(jìn)行編程時,按規(guī)定均視工件不動,而由刀具運動來完成加工動作,經(jīng)過處理可得到一個不針對具體機(jī)床的中性刀位文件。在多軸加工中,CAD/CAM軟件生成的刀位文件中包含刀具參考點坐標(biāo)值和刀軸矢量。

在實際機(jī)床上,運動的實現(xiàn)方式各異,有的運動由工作臺實現(xiàn),有的運動由刀具實現(xiàn)。在3直線軸(X、Y、Z )聯(lián)動情況下,編程員一般不需關(guān)心是工作臺運動還是刀具運動,因為機(jī)床廠家均按國際標(biāo)準(zhǔn)來定義機(jī)床的坐標(biāo)系及其運動方向。多軸聯(lián)動的回轉(zhuǎn)軸運動,包括刀具擺動、工作臺回轉(zhuǎn),這就要求后處理程序針對不同情況進(jìn)行不同的計算將刀位文件中刀具軌跡坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為機(jī)床坐標(biāo)及相應(yīng)的回轉(zhuǎn)角度,通過代碼轉(zhuǎn)換將它們轉(zhuǎn)換成指定數(shù)控機(jī)床能執(zhí)行的數(shù)控程序。

二、雙轉(zhuǎn)臺式五軸數(shù)控機(jī)床的機(jī)床運動學(xué)求解

機(jī)床運動學(xué)求解,主要包括轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動角度計算和經(jīng)過轉(zhuǎn)動后的3個移動坐標(biāo)X、Y、Z 值的求解。對于不同類型運動關(guān)系的數(shù)控機(jī)床, 運動學(xué)求解算法是不同的。下面以較復(fù)雜的雙轉(zhuǎn)臺式五軸數(shù)控機(jī)床(圖1)為例來討論后置處理坐標(biāo)轉(zhuǎn)換及回轉(zhuǎn)角度計算方法。

雙轉(zhuǎn)臺式五軸數(shù)控機(jī)床的運動坐標(biāo)包括3個移動坐標(biāo)X、Y、Z和2個轉(zhuǎn)動坐標(biāo)A、C, A、C回轉(zhuǎn)軸交于一點。

如圖2所示,CAM加工坐標(biāo)系為OmXYZ,機(jī)床加工坐標(biāo)系為OrXYZ, 工作臺C 回轉(zhuǎn)軸與Z 軸方向一致,工作臺A 回轉(zhuǎn)軸與X 軸方向一致,OrXYZ坐標(biāo)系原點設(shè)在A 、C回轉(zhuǎn)軸交點上。CAM加工坐標(biāo)系OmXYZ與機(jī)床加工坐標(biāo)系OrXYZ的Z軸的方向一致,其余二軸相互平行,OmOr=d工件可繞 坐標(biāo)系X 軸轉(zhuǎn)動A

1、A、C轉(zhuǎn)角的計算

工作臺(工件)相對刀具轉(zhuǎn)動,其轉(zhuǎn)角以順時針方向為正方向。將刀軸矢量a 繞軸順時針轉(zhuǎn)動C角到 平面上, 再將刀軸矢量繞Xc軸順時針轉(zhuǎn)動A角到與Zc坐標(biāo)方向一致,如圖2所示(這樣,轉(zhuǎn)動可以保證。這樣就完成了刀軸矢量的轉(zhuǎn)換,即刀具相對于工件的轉(zhuǎn)動或擺動。對于雙轉(zhuǎn)臺式五軸數(shù)控機(jī)床,為實現(xiàn)以上轉(zhuǎn)換,工作臺的動作為工作臺繞C回轉(zhuǎn)軸順時針轉(zhuǎn)動C角,工作臺A回轉(zhuǎn)軸順時針轉(zhuǎn)動A角。

 

2、機(jī)床運動坐標(biāo)X、Y、Z的計算

求刀具參考點 經(jīng)工作臺(工件)轉(zhuǎn)動后在機(jī)床加工坐標(biāo)系OrXYZ中的位置坐標(biāo),即機(jī)床的運動坐標(biāo)X、Y、Z。

(1)將CAM加工坐標(biāo)系OmXYZ平移到機(jī)床加工坐標(biāo)系OrXYZ,變換矩陣為

(2)刀軸矢量繞Z軸旋轉(zhuǎn)C角,變換矩陣為

(3)刀軸矢量繞X 軸旋轉(zhuǎn)A 角,變換矩陣為

 將式(6)展開可得

五坐標(biāo)加工的機(jī)床運動坐標(biāo)是刀具相對于機(jī)床加工坐標(biāo)系的坐標(biāo),而不是刀具相對于CAM加工坐標(biāo)系的坐標(biāo),這也是本步計算的依據(jù)。一般情況下,由于CAM加工坐標(biāo)系能夠較為方便地移動及設(shè)置,為了減少參數(shù)設(shè)置及計算方便,將CAM加工坐標(biāo)系OmXYZ 與機(jī)床加工坐標(biāo)系OrXYZ 設(shè)置為同一坐標(biāo)系,OmOr=d=0 即 。由此,式(7)便可簡化為式(8) ,亦即

三、CAM加工坐標(biāo)系設(shè)置與UCP600五軸數(shù)控機(jī)床專用后置處理程序?qū)崿F(xiàn)

1、CAM 加工坐標(biāo)系設(shè)置

刀位文件是相對CAM坐標(biāo)原點和坐標(biāo)軸生成的。CAM加工坐標(biāo)系的原點就是機(jī)床上的程序零點(對刀點),CAM加工坐標(biāo)系的3個軸的方向就是機(jī)床刀軌的方向,所以在確定CAM加工坐標(biāo)系的方向和原點位置時,應(yīng)當(dāng)從現(xiàn)場加工的實際需要出發(fā),保證毛坯在機(jī)床上的位置便于裝夾、找正和加工。

對于多軸(4軸或5軸)聯(lián)動加工,由于刀位文件數(shù)據(jù)需要通過后置處理程序進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,CAM加工坐標(biāo)系的設(shè)置需反映機(jī)床部分信息及數(shù)據(jù)。

后置處理數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換是圍繞機(jī)床加工坐標(biāo)系坐標(biāo)原點和坐標(biāo)軸進(jìn)行的,對于雙轉(zhuǎn)臺五軸加工中心,機(jī)床加工坐標(biāo)系原點只有設(shè)在A、C旋轉(zhuǎn)軸的交點,才能實現(xiàn)數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后加工程序的正確性。為保證與機(jī)床加工坐標(biāo)系一致,CAM加工坐標(biāo)系坐標(biāo)原點要設(shè)置在沿C旋轉(zhuǎn)軸、距工作臺端面向下一個旋轉(zhuǎn)軸偏置值處(見圖1) 。

2、UCP600五軸數(shù)控機(jī)床專用后置處理程序的實現(xiàn)

UCP600五軸數(shù)控機(jī)床屬雙轉(zhuǎn)臺五軸加工中心,配置了Heidenhain 430控制系統(tǒng)。根據(jù)解釋執(zhí)行的原則,后置處理程序采用面向?qū)ο蟮姆椒ㄩ_發(fā),采用公式(1)、(2)、(8)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部分程序設(shè)計;根據(jù)機(jī)床控制系統(tǒng)要求進(jìn)行代碼轉(zhuǎn)換部分程序設(shè)計。后置處理流程如圖3所示,程序讀入刀位文件中的數(shù)據(jù),經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和代碼轉(zhuǎn)換,將數(shù)控程序輸出到相應(yīng)文件中。

四、結(jié)語

本文對運動形式復(fù)雜的雙轉(zhuǎn)臺五軸數(shù)控機(jī)床運動學(xué)求解進(jìn)行了較為詳細(xì)的論述,推導(dǎo)出該類機(jī)床后置處理轉(zhuǎn)角計算公式和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計算公式。并且實現(xiàn)了UCP600五軸數(shù)控機(jī)床專用后置處理程序。在該設(shè)備上加工慣性平臺臺體等復(fù)雜零件的應(yīng)用表明,本文開發(fā)的專用后置處理程序生成的數(shù)控程序可以滿足UCP600五軸數(shù)控機(jī)床加

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