五軸聯動后置處理技術的應用

蔣道順， 雷蔓， 姚民菊

（貴陽險峰機床有限責任公司，貴州 惠水 550600）

0 引言

五軸聯動后置處理技術的應用是根據數控機床的結構特點及數控系統的要求進行代碼后續處理，通過刀觸點和刀位矢量的空間坐標轉換，最終生成五軸聯動數控機床能夠直接識別的NC代碼的過程。

1 五軸聯動的坐標轉換

空間坐標系包含3個平動自由度和3個轉動自由度，由于五軸聯動機床具有任意的兩個轉動軸，使得機床可以有很多種運動軸配置方式，其中包括工作臺回轉型、刀具擺動型和刀具與工作臺回轉/擺動型三大結構組合形式，本文以刀具與工作臺回轉/擺動型作為后置處理應用對象，即以［X、Y、Z、B、C］作為配置方式。

2 五軸機床后置處理算法

當以［X、Y、Z、B、C］為配置方式時，為了完成對此機床的后置處理，可以采取如下方式：

令工件的坐標系為OWXYZ；機床的運動坐標系為OrXYZ，由此可以推導出：工件坐標系OWXYZ相對于機床 OrXYZ 的相對坐標為（xd，yd，zd）；刀具中心 C0在工件坐標系中的位置為（xc0，yc0，cc0）；刀軸矢量C0（單位矢量）在工件中的坐標系為（ax，ay，az）；由機床運動關系可知，刀具可繞坐標軸Y擺動A（0°≤A≤90°）角；工件可繞坐標軸Z轉動C角。現在要解決的問題是求出機床運動坐標X、Y、Z和B、C的參數方程。

圖1 刀軸矢量轉動關系

1）假設刀軸矢量a為自由矢量，先將刀軸矢量的起點移動到工件原點上，然后將刀軸矢量繞Z軸順時針轉到（-Y）（+Z）平面上，再將刀軸矢量繞X軸順時針轉到與Z坐標一致的位置，這樣做可以確保當az≥0時，刀軸矢量繞X軸順時針轉動角在（90°～0°）范圍內變動。

2）讓刀軸相對于工件繞X軸逆時針轉動B角，然后讓刀具相對于工件繞Z軸逆時針旋轉C角，由B、C角的計算公式可知：

3）通過刀心C0經過工件轉動后在機床坐標系CrXYZ上的位置，可以求取機床坐標X、Y、Z的值。

（1）先將工件坐標系CwXYZ平移到機床坐標系CrXYZ上，其變換矩陣為

（3）刀具繞Y軸旋轉B角，其變換矩陣為

通過以上坐標處理后，采用MATLAB編程語言進行編程，可實現后置處理轉換和NC代碼的生成。

3 后置處理后的葉輪數控程序

主程序：

load DX.dat%刀心矢量

a=DZ;%刀軸矢量

c=DX;%刀心矢量

S=size(a);

n=S(1,1);%n算出點的總數

postprocessor(a,d,c,n);%a為刀軸矢量,c為刀心矢量,d為相對坐標。

子程序：

function[X,Y,Z,A,C]=postprocessor(a,d,c,n)

P=[P;[X Y Z A C]];

C=C*pi/180;

A=A*pi/180;

i=i+1

……

end

4 五軸聯動后置處理后的NC代碼

S3000 F80

M04 M08 T1

G04 P300 G01

X0.7046 Y24.8297 Z52.6186 B87.8796 C179.7535

X1.3003 Y24.8848 Z52.1374 B87.6215 C179.4896

X1.8942 Y24.9386 Z51.6566 B87.3576 C179.2199

X2.4504 Y24.9826 Z51.1998 B87.1112 C178.9501

X3.0264 Y25.0193 Z50.7177 B86.8471 C178.6399

X3.5982 Y25.0487 Z50.2312 B86.5717 C178.318

……………

X78.2637 Y23.7207 Z1.7512 B14.5158 C68.3684

X78.8858 Y23.5022 Z1.6829 B13.0526 C67.2611

X79.5074 Y23.2829 Z1.6144 B11.5463 C65.8166

M09M30

［1］ 蔣道順.直紋面葉片側銑數控加工研究［D］．北京：北京交通大學，2009.

［2］ 朱心雄.自由曲線曲面造型技術［M］．北京：科學出版社，2003.

［3］ 蘇云玲.三元整體葉輪的幾何造型與五坐標數控加工［D］.大連：大連理工大學，2004.