混合旋轉五軸數控機床后置處理算法研究

牛敏

【摘 要】五軸機床依靠多自由度能夠加工復雜形狀的零部件，多軸機床的優勢在切削過程中能夠通過變換刀具姿態適應待加工零件形狀，實現滿足精度要求的下的最大效率切削。本文主要針對混合旋轉五軸數控機床后置處理算法進行深入研究，分析混合五軸機床刀具姿態變換過程中驗算過程，便于更好的了解多軸機床的工作原理及編程原理。

【關鍵詞】混合旋轉；五軸數控機床；刀位文件

一、前言

后置處理程序的輸入信息是刀位數據，輸出信息是數控機床的加工指令。國內學者針對CAM軟件后期開發及針對相關軟件進行后處理設定處理等方面做了相關研究，參考文獻[1-4]針對不同方面進行相關研究，本文針對多軸后置處理算法的坐標變換原理進行淺析，提高了解CAM軟件進行后置處理過程中，將刀位點轉換為數控加工程序的基本原理，更好的了解數控技術。

二、混合旋轉五軸數控機床的結構分析

混合旋轉類數控機床工作臺和主軸頭各旋轉一個軸。此類數控機床一個旋轉軸作用于刀具和另一個作用在工作臺上。按照刀具到工件的順序，其回轉軸的配置情況有XYZBA、XYZAB、XYZAC與XYZBC四種，設定各軸兩兩相互正交。

三、混合旋轉五軸數控機床后置處理算法

以如圖1所示XYZAB五軸數控機床為例，建立如圖1所示坐標系統，其中OwXYZ、OtXYZ分別為與工件、刀具所建立的坐標系。

設定機床初始狀態為刀具軸線平行與Z軸，坐標系Om2XYZ的原點Om2與工件坐標系原點Ow重合。設Om2XYZ的原點Om2到刀具坐標系原點Ot的距離為L，即擺動長度為L，則Om2在刀具坐標系中位置矢量為rm2（0，0，L）；Om1XYZ的原點在工件坐標系中的位置矢量為rm1（xm1，ym1，zm1）。同樣，在工件坐標系中，刀位點和刀軸矢量分別為[0，0，-L]T和[0，0，1]T，機床平動軸相對于初始狀態的位置為rs（x，y，z），旋轉軸A、B相對于初始狀態的角度分別為θA、θB（θB逆時針為正、θA順時針為正）。刀軸和刀位點矢量在工件坐標系中的表達分別為u（i，j，k）和rm（xp，yp，zp）。

通過建立相關坐標系，實施坐標變換，可得：

（1）、（2）式中，T 和R分別為平移和回轉運動的齊次坐標變換矩陣：

確定出兩個旋轉軸的旋轉角度和三個直線軸的坐標值，確立到位文件的相關刀具姿態數據點。

四、結論

本文主要分析工作臺和主軸頭混合旋轉組合五軸機床情況下，后置處理過程中刀位文件生成算法，通過針對工作臺旋轉與主軸頭混合構成五軸為例進行后置處理算法的分析及推導，充分理解多軸數控機床實施坐標變換算法及實現加工程序生成的理念，加深混合旋轉機床后處理算法及刀位文件形成過程，有助于多軸加工的編程人員及操作人員理解相關理論。

【參考文獻】

[1]吳奧蒿.基于NX五軸機床后處理開發研究[J].現代制造技術與裝備，2018，（10）：52-53.

[2]莊瑛.五軸機床自動傾斜面加工后處理算法研究[J].機械，2018，（8）：15-20.

[3]周智敏，張素穎.正交五軸機床NC加工路徑后處理研究[J].煤礦機械，2017，（10）：72-74.

[4]魯淑葉.基于Powermill的五軸加工中心后處理的研究[J].煤礦機械，2017，（10）：163-165.