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2017年5月19日

五軸加工中心后置處理算法

五軸加工中心后置處理算法 1. 加工坐標系與編程坐標系在三軸加工中心，加工坐標系和編程坐標系是同一概念，沒有區別。對于五軸聯動加工中心，如果加工中心控制系統不具有RTCP功能，則加工坐標系（即NC程序所用的坐標系）原點一般只能置于工作臺的旋轉中心商；編程坐標系（即到位文件所用的坐標系）原點為了編程方便，通常位于工件上，與五軸加工中心無關，故又稱為工件坐標系。如圖3所示，帶M下標的是加工坐標系，其原點置于工作臺上表面中心：帶P下標的是編程坐標系：其原點置于工件上表面中心。工件在工作臺上裝夾位置可以隨意。初始狀態下，操作者除了通過對到找到加工坐標系原點，還要得出編程坐標系原點在加工坐標系中的坐標，以備后置處理程序使用。2.A. C角的計算假設從到位文件中讀入任一行記錄的刀軸向量為[i0,j0,k0],則A、C角與這個向量有關。為了計算簡便起見，假設工件不動，刀具軸分別經過A軸旋轉和C軸旋轉這兩步后與[i0,j0,k0]一致。A角的取值范圍應為[-120,0],C角的取值范圍限定在[0,360]。3.2.1刀具軸線進行A軸旋轉如圖4所示，—刀具軸初始單位向量即[0,0,1],一繞X軸順時針旋轉A角后的向量，一繞Z軸逆時針旋轉C角后的向量即[i0, j0,k0]。顯然，與的夾角（即A的絕對值）等于與的夾角，因此有： A=arccosk0 (1)3.刀具軸再進行C軸旋轉容易得到如下的公式：i0＞0， j0≥0時：C=270+arctan(j0/ i0) （2）i0≤0， j0＞0時：C=-arctan( i0/j0) （3）i0＜0，j0≤0時：C=90+arctan(j0/ i0 ) （4）i0≥0，j0＜0時：C=180-arctan(i0/j0 ) ( 5)4.RTCP的實現RTCP功能的實現，分為以下兩步：加工坐標系始終固定在工作臺上表面旋轉中心，編程坐標系和刀軌跟隨工件進行C軸旋轉運動（即相對工件靜止），此時進行刀軌坐標從編程坐標系向加工坐標系的轉換運算；接著進行A軸旋轉，刀位點將偏離原來的位置，此時對該偏置進行補償運算。5.C軸旋轉的坐標轉換編程坐標系跟隨工件旋轉了C角，如圖5所示。假設在圖3初始狀態下，編程坐標系原點在加工坐標系中的坐標為[x0 ，y0，Z0] ,經過C角旋轉后的坐標為[x1，y1，Z1]。從刀位文件中讀入任一行記錄的刀軌坐標為[x2， y2，Z2]，從編程坐標系轉換到加工坐標系的坐標為[x3，y3，Z3]。則有如下的 6. A軸旋轉偏置的補償主軸繞X軸順時針旋轉了A角（A為負值），如圖所示。假設擺頭總擺長為L，其等于擺頭旋轉點到主軸斷面的距離（本加工中心為425.35mm）加上主軸斷面到刀位點的距離，則由于A軸旋轉造成的刀位點[X4,y4 ,Z4] 公式如下：[X4,y4 ,Z4]=[ 0 LsinA L(1-cos A)] (8)為了讓刀位點在A軸旋轉后回到原來的點，則讀入的刀軌坐標最終經過RTCP補償的坐標[x ,y, z]為：[x ,y, z]=[ X3 y 3 Z3]- [X4 y 4 Z4] (9)7. C軸最短距離旋轉的實現在一般情況下，五軸聯動加工中心的兩個旋轉軸中：一個旋轉軸不能360°任意旋轉，只能在一定的范圍內旋轉，比如上述A軸，旋轉特性與線性軸一樣，不存在最短距離旋轉的問題：另一個旋轉軸可以360°任意旋轉，比如上述C軸，刀具繞Z軸既可以順時針旋轉到目標位置，也可以逆時針旋轉到目標位置，因此存在最短距離旋轉的問題。在五軸聯動加工中，360°旋轉的那個軸必須具有最短距離旋轉功能。一些高級五軸加工中心控制系統具有最短距離旋轉的指令，比如海德漢iTNC530的M126指令。機床控制系統沒有內置的最短距離旋轉的指令，因此后置處理程序還要能夠實現C軸最短距離旋轉功能。如上所述，C軸旋轉特性為EIA (360°絕對)，即C轉角的正負號定義旋轉方向（正號逆時針旋轉，符號順時針旋轉），C角的絕對值定義絕對位置。3.2.3計算出來的C角顯然只確定了刀具軸從初始向量[0,0，1]繞Z軸旋轉到達的絕對目標位置，沒有考慮相對于上一個C角的旋轉方向。因此，2.計算出來的C轉角必須經過符號處理，以確保最短距離旋轉方向。假設從刀位文件中讀入本行記錄由3.2計算出來的C轉角為C2，經過符號處理后變為C3.讀入上一行記錄計算并經過符號處理的C轉角位C1，則容易有如下的公式： 0≤C2-︱C1︱＜180時：C3=C2 ( 10) C2-︱C1︱≥180時，C3=-C2 ( 11) C≤C1-︱C2︱＜180時：C3=-C2 ( 12)︱C1︱-C2≥180時：C3=C2 ( 13) 8后置處理程序后置處理的過程原則上是一個解釋執行的過程，即讀入刀位文件中的一個完整的記錄（行），然后根據上述算法進行坐標變換與文件代碼轉換，生成一個完整的精工程序段，直到整個刀位文件結束，輸出一個NC程序文件。后置處理程序的流程，如圖所示。后置處理程序在其運行前必須輸入初始狀態數據，如圖所示。其中，刀具長度指刀位點到主軸端面的距離。這些數據又操作者測得，即后處理生成NC程序必須在工件、刀具裝夾完成后進行。