五坐標數(shù)控機床加工后置處理算法技術(shù)

1、后置處理概述

數(shù)控機床的所有運動和操作都是執(zhí)行特定的數(shù)控指令的結(jié)果，完成一個零件的數(shù)控加工一般需要連續(xù)執(zhí)行一連串的數(shù)控指令，即數(shù)控程序。在自動編程中，一般先計算出刀位數(shù)據(jù)文件，它由點坐標及其法矢量等組成，它還不是數(shù)控程序。還需要進一步把刀位源文件轉(zhuǎn)換成指定機床能執(zhí)行的數(shù)控程序，輸入到數(shù)控系統(tǒng)，才能進行零件的數(shù)控加工。

在數(shù)控編程中，把刀位數(shù)據(jù)的計算過程稱為前置處理。把刀位數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換成指定機床能執(zhí)行的數(shù)控程序的過程稱為后置處理。

 2、后置處理的主要任務(wù)

后置處理的任務(wù)就是把刀位文件轉(zhuǎn)換成指定數(shù)控機床能執(zhí)行的數(shù)控程序。通常多軸后置處理是根據(jù)具體機床運動結(jié)構(gòu)和其數(shù)控系統(tǒng)能夠接受的控制指令格式，將前置處理中計算的刀位數(shù)據(jù)變成機床各軸的運動數(shù)據(jù)，并按其控制指令格式轉(zhuǎn)換成為數(shù)控機床的加工程序。

后置處理過程原則上是解釋執(zhí)行，即每讀出刀位源文件中的一個完整記錄（行），便分析該記錄類型，根據(jù)記錄類型確定是進行坐標變換還是進行文件代碼轉(zhuǎn)換，然后根據(jù)所選數(shù)控機床進行坐標變換或者文件代碼轉(zhuǎn)換，生成一個完整的數(shù)控程序段，并寫到數(shù)控程序文件中去，直到刀位源文件結(jié)束。"

 3、后置處理算法研究

一般來說，五軸聯(lián)動是指數(shù)控機床的X、Y、Z 三個移動坐標和繞X、Y、Z 軸旋轉(zhuǎn)的三個坐標A、B、C中的任意兩個坐標的線性插補運動。

五軸機床中的五個坐標通常是由三個移動坐標X、Y、Z 與三個轉(zhuǎn)動坐標A、B、C 中的任意兩個組成。轉(zhuǎn)動坐標A、B、C 的運動可由回轉(zhuǎn)工作臺的轉(zhuǎn)動或刀具的擺動來實現(xiàn)。不同類型的數(shù)控機床，其運動方式不一致，故其后置處理算法也各不相同。

4、以下介紹我公司五坐標數(shù)控機床C. B.Ferran  的控制系統(tǒng)CNC E500 的數(shù)控程序的坐標處理算法。

后處理算法工作的開展以機床編程手冊為參考，以刀具路徑模擬軟件PLO3D 為研究及模擬工具。 是C. B.Ferran  公司開發(fā)的一種工具軟件，用于模擬演示、驗證和修改符合ISO標準的數(shù)控銑程序。它在屏幕上顯示刀具中心的路徑，還可以顯示刀軸方向和程序原點坐標，在五坐標模擬加工中不僅顯示程序坐標而且顯示其對應(yīng)的法矢量。

本文以PLO3D 為工具，研究了某機床后處理程序的算法。首先研究了機床五個坐標的確定方法，然后研究了已有程序中的坐標關(guān)系，最后對已有的刀位數(shù)據(jù)進行后處理生成了五軸加工數(shù)控程序。

C.B.Ferrari機床的兩個轉(zhuǎn)動坐標是：繞x軸的轉(zhuǎn)臺坐標和繞Y軸的擺頭坐標，在該機床的控制系統(tǒng)中，其相應(yīng)旋轉(zhuǎn)運動字地址分別是A 和C。根據(jù)機床特點，機床五個坐標運動字地址的順序為XYZAC。

C.B.Ferrari的C轉(zhuǎn)角的編程中心在刀尖點或刀心點上，對三個平動坐標的數(shù)值沒有影響，C角的零點與Z軸重合。根據(jù)該機床的特點，設(shè)擺角C 坐標中心在刀具中心，繞Y軸順時針轉(zhuǎn)動角度值為正，逆時針角度為負；轉(zhuǎn)角A 在其轉(zhuǎn)動平面內(nèi)的角度如圖A 所示。

經(jīng)分析得到機床A、C 轉(zhuǎn)角與刀軸矢量的關(guān)系如圖B所示，從圖中，得出A、C 轉(zhuǎn)角的坐標計算公式如下：由圖A、B 得到A 轉(zhuǎn)角與法矢量的關(guān)系，其計算公式為：

至此，數(shù)控加工程序的五個運動坐標全部計算出來，再按照該控制系統(tǒng)程序代碼格式將其插入程序中，就是數(shù)控程序了。注意旋轉(zhuǎn)擺頭雖不影響X1、Y1值，但與之相關(guān)的實際運動坐標將隨其繞刀尖點的轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生相應(yīng)的平移。" 算法驗證把一個葉片表面的環(huán)形刀位數(shù)據(jù)用上述方法轉(zhuǎn)換成數(shù)控程序，在PLO3D得到圖3所示的圖形。

表1的數(shù)據(jù)進一步證明了刀軸矢量和轉(zhuǎn)角關(guān)系算法的正確性。數(shù)據(jù)來源于經(jīng)過驗證的C.B.Ferrari程序中的數(shù)據(jù)，計算結(jié)果與軟件中顯示的結(jié)果基本吻合。

5 結(jié)語

在五坐標加工中，角度坐標是以刀軸矢量和機床轉(zhuǎn)角關(guān)系為依據(jù)計算得到的，是進一步計算三個平動坐標位置的基礎(chǔ)。將計算得到的刀位數(shù)據(jù)換算成加工坐標并進而生成加工程序，用PLO3D軟件進行刀具模擬，得到了正確的結(jié)果。