【五轴机床后置处理技术探究14000字（论文）】

五轴机床后置处理技术研究目录TOC\o"1-3"\h\u92561.绪论 533231.1研究背景及意义 586671.2国内外研究现状 617601.2.1五轴机床运动学建模的研究 6306721.2.2五轴机床后置处理及转角求解的研究 7256561.2.3五轴机床工作空间的研究 8173582.基于多体系统的五轴机床运动学通用建模 9203052.1基于工件坐标系的五轴机床分类 991942.2多体系统描述的基本方法 1179132.3多体系统拓扑结构及其低序体阵列描述 11268753.摆头转台五轴机床后置算法 13105644.五轴联动后置处理的编写与验证 15240274.1任务的来源 15115044.2UCP710post开发的过程 15208795.轴数控机床旋转位置测定与加工设置 28258025.1五轴加工设置内容介绍 28173515.2旋转轴与直线轴的位置偏置 28186805.3五轴加工功能刀具中心点控制(RTCP) 30200596.总结与展望 33197086.1工作总结 33316636.2研究展望 3411014参考文献 361.绪论1.1研究背景及意义以五轴机床为载体的五轴联动数控加工是一种高效率、高精度及高柔性的自动化加工方法，属于先进制造技术(AMT)的范畴。五轴联动数控加工技术集计算机控制、高性能伺服驱动及精密加工等技术于一体，可以有效地解决复杂、精密及小批量多品种零件的加工问题，充分适应现代化生产的需要。五轴机床已广泛应用于航空航天、精密仪器等行业，是加工大型薄壁件、整体叶轮叶片、精密光学零件的重要装备，能极大地提高加工效率和加工质量。数控加工的实质就是机床通过数控系统控制各运动轴的运动以实现刀具相对于工件的进给运动，从而实现加工。而输入到数控系统的数控代码绝大部分是通过自动编程的后置处理得到的。自动编程的前置处理部分按照规划的工艺生成包含工件坐标系下刀具位置和姿态等信息的刀位文件，后置处理的主要任务是代码编译和机床各轴运动量求解。机床的运动学模型是实现机床运动求解和控制的基础。同时在机床的进给速度控制、加工精度控制、机床几何误差补偿等方面都要使用机床的运动学模型。五轴机床一般是在三个平动轴的基础上增加两个转动轴，因此与三轴机床相比，虽然五轴联动加工可以提供丰富的刀具路径规划策略，但五轴机床的运动变得复杂，机床坐标系下无法直观想象刀具相对于工件的运动。同时转动轴和平动轴有多种布置方式，所以五轴机床的结构也变得多样。因此寻求一种具有通用性、可移植性及程式化的五轴机床运动学建模方法，并能够应用到机床的设计、分析、装配、控制及制造等过程中，对五轴机床的开发研究具有重要的现实意义及应用价值。1.2国内外研究现状1.2.1五轴机床运动学建模的研究五轴机床运动学模型给出了机床各个运动轴的运动量与刀具坐标系和工件坐标系下的刀具位置和姿态表达的关系。在此基础上可以进行后置处理、进给速度控制等工作。国内外学者主要从以下角度出发来描述机床运动学建模过程和方法:机构学、机器人学、多体系统。任意结构的机床都可以看作是由一系列的运动副和关节组成的运动链。因此五轴机床也可看作一个空间机构，可以采用机构学来描述五轴机床的运动学模型。Takeuchi,Lee,She，彭芳瑜，郑鹰默，李永桥等学者从机构学角度出发，或者针对具体结构的五轴机床，或者针对结构相似的一类五轴机床这种分类处理的方式，利用齐次坐标变换矩阵表示机床各轴运动，在此基础上建立机床的运动学模型。何耀雄等采用机构学方法对机床的型和结构参数进行了分析和表达，给出了任意结构机床(串联形式)的机构模型综合表达式，结合坐标变换得到了任意结构机床的运动模型表达式。但是机床的机构模型将机床机构分为两条运动链，这就导致建模过程需要区分两条运动链的型数目。同时以上研究均假定机床机构的所有的坐标系均与机床坐标系平行，增加了表示非正交形式运动轴的几何误差等固有误差的难度。Mahbubur，陈则仕等学者从机器人学角度将五轴机床类比为机械手，指出同为开链串联结构，五轴机床只是末端执行器为刀具，基座为安装在工作台上的工件，而机床床身为机床串联连杆中的一个连杆。并运用机器人学中经典的D-H法，针对具体结构的五轴机床，得到机床的运动学模型。虽然方法是通用的，但是模型不具有通用性。多体系统是对一般机械系统的完整抽象和有效描述。目前多体系统理论已经大量应用于机床误差分析建模中。在这些研究中，多体系统理论提供了一套通用的建模方法，但是均未给出通用的机床运动学模型。1.2.2五轴机床后置处理及转角求解的研究后置处理作为自动编程的一部分，是连接计算机辅助制造((CAM)系统和数控((CNC)系统的桥梁。如前所述，其主要任务是将前置刀位文件转化为数控程序，涉及代码编译和各轴运动量计算。五轴机床后置处理中还可以集成进给速度控制、非线性误差控制及精度控制等算法。由于各类CAD/CAM软件前置刀位文件格式不统一、机床结构形式及数控系统种类繁多，因此截至目前尚未有针对任意机床的后置处理器。国内外企业和学者针对后置处理(器)做了大量的研究和开发，已经形成较为完善的体系。国外一些大型CAD/CAM软件厂商在其CAM系统中提供了后置处理模块，用户可以通过交互式的方式针对指定类型的机床和数控系统进行设置，后置处理器根据设置来生成机床的数控程序，如UG的PostBuilder,PROIE的NCPOST及MasterCAM的pst等。还有一些CAD/CAM软件捆绑了专业后置处理软件，如Cimatron采用了ImsPost,CATIA可以采用ImsPost或者Cnet等。除此之外还有独立的后置处理系统，如加拿大的Cam-Post，可以支持较多的机床和数控系统，用户可以通过二次开发修改其提供的机床数据库模版以完成后置处理。以上这些软件可以对常见的五轴机床进行后置处理。国内针对机床的后置处理研究及开发，主要分为专用性和通用性两类。前者是指针对具体的机床和数控系统，使用高级编程语言开发满足实际需要的后置处理器。这种方式高效灵活，可以较为便捷地实现新的算法和功能。对于通用的后置处理系统，其要求输入标准格式的刀位文件，结合机床及数控系统特性文件，输出符合要求的数控程序。华中科技大学的HUSTCADM系统及南京航空航天大学的超人CAD/CAM系统是典型的代表，具有了较好的通用性和可靠性，但是均未能走向商业化。运动量求解是五轴机床后置处理的重点和难点。目前五轴机床的CNC系统一般具有刀具旋转中心编程(RTCP)或工件旋转中心编程(RPCP)功能，所以运动量求解的关键是根据机床的结构和限制条件，求解转动轴的转动角度。针对五轴机床的后置转角求解，国内外进行了大量研究。Lee利用齐次坐标变换矩阵描述机床各轴运动，推导给出了3类典型结构五轴机床的转角求解逆运动学公式。She等f5l(61f71根据转动轴的分布，推导给出了多种正交和非正交结构的五轴机床转角求解逆运动学公式。Yun等针对由两平动三转动组成的五轴机床运动方程的非线性，采用几何法给出了转角求解方法。彭芳瑜等针对七轴联动车铣机床的后置处理，考虑了联动轴配置及转动轴大角度转动问题，给出了若干条件下的转角求解方法。左晓明等针对非正交式双转台加工中心的定位铣削过程，采用几何分析给出了机床的转角求解公式。以上研究给出的转角求解理论公式在一定条件下满足了常规机床的结构和工艺性能要求。但是对于含有C转工作台的五轴机床，由于另一转动轴的行程一般为非对称区间，因此由理论公式求解的转角可能会造成该转动轴产生“相位反转过程”并使C转工作台大幅度转动，造成加工不连续及发生干涉。针对该问题，提出了通过增加提刀等过程避免发生干涉的方法。文献结合后置处理旋转角度双解问题，通过合理选择旋转角度避免转动轴产生“相位反转过程”，防止发生干涉。但是由于C转工作台行程均被限制在某一范围内(符合常规机床的结构性能限制条件)，因此由理论公式求解的相邻的C角可能会产生跳变，使得C转工作台大幅度转动，也会导致干涉。虽然也可以通过提刀避免该情况的发生，但是提刀过程会降低加工效率，影响提刀处的加工质量并导致加工不连续。近年来随着机床工业的发展，五轴机床软硬件的性能有了显著提高，C转工作台的行程已由过去某个限定范围扩展为无限范围(X3600)。而上述研究求解的转角范围有限，未能充分发挥机床C转工作台的性能。1.2.3五轴机床工作空间的研究工作空间这一概念最早出现在机器人领域，是指机器人不同关节运动所达到的末端执行器的所有位置的集合，它是评价机器人工作性能的指标之一。目前己经广泛应用于机器人、工程机械、并串联机床等众多领域机械系统的分析和设计中。对机械系统的工作空间的求解方法主要有解析法、几何法及数值法。解析法是通过多次包络来确定工作空间边界，但其直观性不强，过程较为繁琐，一般适用于关节数目较少的机械系统。而几何法求解得到的工作空间边界，得到的是工作空间的各类剖截面或剖截线，直观性好，但也受到关节数目的影响，当数目较多时，需要进行分组处理。数值法以极值理论和优化方法为基础，计算机械系统工作空间边界曲面的特征点，进而得到边界曲线、曲面。由于数值法简单且适用于工程问题，因此研究和应用较多。根据前文的总结，五轴机床也可看作一种机械手，相对与三轴机床的工作空间为一规则的立方体，五轴机床因为增加了两个转动轴，尤其当转动轴带动工件转动时，若选择工件坐标系为参考坐标系，刀具可以实现的位置和姿态得到了扩展。因此分析五轴机床刀具的工作空间可以为机床的设计、加工可行性分析及工件位姿调整提供参考。2.基于多体系统的五轴机床运动学通用建模2.1基于工件坐标系的五轴机床分类从刚体运动学的角度分析，刀具作为一个刚体，相对于工件具有六个自由度。但是在加工过程中，主轴带动刀具旋转，因此刀具作为回转体，通过其旋转轴线上的一点及旋转轴线矢量即可确定刀具相对于工件的位置。又根据空间任意矢量可以通过已知矢量至多绕两个坐标轴旋转得到，因此加工任意构型的零件，理论上刀具相对于工件至少需要五个独立的自由度。因为独立的平动数目最多为三个，因此五轴机床可以有如下四种组合:(1)三个平动加两个转动;(2)两个平动加三个转动;(3)一个平动加四个转动;(4)五个转动。但是考虑到机床的结构、刚度、用途等因素，目前通用的五轴机床以三个平动加两个转动类型为主。本文的研究对象即为这种类型的五轴机床。五轴机床中增加的两个转动轴使得在工件各个方向上，刀具理论上可以以任意刀轴姿态运动到任意位置。因此五轴联动加工较三轴联动加工有明显的特点和优势。由于机床种类繁多、配置各异，任意选取和定义坐标系会给编程、数控系统的控制带来不便，因此需要统一规定机床坐标轴名称及运动的正负方向，这样可使数控编程简单方便，并使所编程序对同一类型机床具有互换性。我国现行的JB3051-99《数控机床的坐标和运动方向的命名》标准给了详细的规定。从编制数控加工程序到机床上实际加工，五轴机床上主要涉及如下坐标系:机床坐标系:机床上固有的坐标系，是用来确定工件坐标系的基本坐标系，是确定刀具和工件位置的参考系，其原点建立在机床原点上。机床坐标系及下述坐标系均为符合右手定则的直角笛卡尔坐标系;(2)工件坐标系:同编程坐标系，即编制数控加工程序时使用的坐标系。前置刀位文件中给出的即是工件坐标系下的刀具位置和姿态等信息。编程人员可以根据具体情况确定工件坐标系的原点。被加工工件装夹在机床时，工件坐标系坐标轴的方向应与机床坐标系一致并且与之有确定的尺寸关系;加工坐标系:以确定的加工原点为基准所建立的坐标系。加工原点也称程序原点，通过设置使加工原点与工件坐标系原点重合，加工坐标系坐标轴的方向也与机床坐标系一致。根据五轴机床转动轴能否做超过360°的旋转，转动轴可分别称为摆动轴(转动一般不超过360°且带动刀具旋转)和回转轴(转动一般可超过360°且带动工件旋转)。五轴机床的两个转动轴可以带动刀具或者带动工件旋转，因此根据两个转动轴的布置形式，五轴机床分为三种基本类型:刀具双摆动、工作台双回转、刀具摆动与工作台回转。该种分类方法中从机床坐标系出发，将运动轴线不变的转动轴称为定轴，发生变化的称为动轴，因此对于刀具摆动与工作台回转类型的五轴机床，不存在动轴，无法区分两个转动轴。因此为了统一分类方式，本文规定:从工件坐标系看，运动轴线方向不变的转动轴为定轴，轴线方向可以发生变化的为动轴。同时依据JB3051-99，当旋转运动由工作台带动工件完成时，用加“‘”的字母表示该转动轴;当旋转运动由刀具完成时，用未加“’”，的字母表示该转动轴。综合三种基本类型及定、动轴定义的五轴机床分类如表2-1所示:类型刀具双摆动工作台双回转刀具摆动与工作台回转定轴CABCABCAB动轴A/BBAA/BBAA/BBA表2-1中给出了转动轴不同配置的12类五轴机床，常见的五轴机床基本上均可以划分到12类中的某一类中。2.2多体系统描述的基本方法多体系统是指由多个刚体或柔体通过某种形式联接而成的复杂系统。多体系统理论研究内容包括运动学和动力学两方面，其中运动学是动力学的基础。2.3多体系统拓扑结构及其低序体阵列描述拓扑结构是对多体系统本质的高度提炼和概括，是研究多体系统的依据和基础。由休斯敦和刘又午在20世纪70年代提出的低序体阵列描述方法，是一种适于计算机自动描述多体系统的方法。因为闭环形式的多体系统可以转化为带有特定约束的开环多体系统，因此以开环多体系统为例进行说明。多体系统低序体阵列构建方法阐述如下:任设一个多体系统的拓扑结构如图2-1所示，图中与参考坐标系固连的体为体B0，与之相连的体为体B1,然后按照远离体B0的方向，按自然增长顺序，从一个分支到另一个分支，依次为各体编号。图2—1多体系统拓扑结构通过下列定义的计算公式可以得到描述多体系统拓扑结构的低序体阵列:从多体系统中任选一体Bj，体Bj的n阶低序体的序号定义为:Ln(j)=i（2—1）（2—1）式中，L为低序体算子，且称体马为体B‘的n阶高序体。其满足:Ln(j)=L（Ln-1(j)）（2—2）且补充定义:L0(j）=j（2—3）Ln(0）=0（2—4）当体B，为体B}的相邻低序体，有:L(j)=i（2—5）由以上定义可以计算得到图2-1所示多体系统各体的各阶低序体阵列，如对于体5，其各阶低序体阵列为:L(5)=4，L2(5)=1，,L3(5)=0。同理计算得到其它体的各阶低序体序号。整个多体系统的低序体阵列如表2-2所示。表2—2多提系统拓扑结构的底序体序列体（j）012345678L0（j）012345678L1（j）001214565L2（j）000101454L3（j）000000141L4（j）000000000L5（j）0000000003.摆头转台五轴机床后置算法数控加工的后置处理是指读取由CAM系统生成的刀位文件，从中提取相关的加工信息；并根据指定数控机床的特点及NC程序格式要求进行分析、判断和处理；最终生成数控机床能直接识别的NC程序。CAM系统在计算刀具轨迹时，假设工件不动，刀具相对于工件产生运动轨迹；而在实际加工中，刀具和工件的运动方式多种多样。因此，必须对由CAM系统生成的刀位文件进行坐标转换。后置处理的主要功能之一就是将CAM系统生成的刀位文件中的刀位点坐标和刀轴矢量转换成机床各轴的运动数据。目前，五轴联动加工技术是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等零件加工的唯一手段。该技术具有技术含量高、精密度高、适于加工复杂曲面的特点，对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等行业具有重要的意义。采用的CAM系统是UGNX，其拥有通用的后置处理模块。但是在UGNX中：五轴后置处理速度较慢，不能令人满意；TCL语言可用于编写用户代码，但是不能实现一些特殊的功能。故用C++语言开发专用的后置处理程序，将UGNX的CLSF文件处理成G代码文件。加工中心的结构、运动方式及控制系统机床为日本某公司出品的BTU-14五轴加工中心，如图1所示。该机床五个轴分别是X、Y、Z、A和C，其运动形式，如图2所示。三个线性轴X、Y、Z；C轴为工作台绕Z轴旋转，为EIA（360°绝对）；A轴为主轴绕X轴旋转，其行程范围为（-120～+30）°。图1机床照片3.1后置处理算法加工坐标系与编程坐标系在三轴加工中，加工坐标系和编程坐标系是同一个概念，没有区别。对于五轴联动加工，如果机床控制系统不具有RTCP功能，则加工坐标系（即NC程序所用的坐标系）原点一般只能置于工作台的旋转中心上；编程坐标系（即刀位文件所用的坐标系）原点为了编程方便，通常置于工件上，与机床无关，故又称为工件坐标系。如图3所示，带M下标的是加工坐标系，其原点置于工作台上表面中心；带P下标的是编程坐标系，其原点置于工件上表面中心。工件在工作台上的装夹位置可以随意。初始状态下，操作者除了通过对刀找到加工坐标系原点，还要得出编程坐标系原点在加工坐标系中的坐标，以备后置处理程序使用，如图3所示。

图3加工坐标系与编程坐标系4.五轴联动后置处理的编写与验证4.1任务的来源2001年冬，本中心购置了一台由瑞士MIKRON品牌的五轴联动加工中心，型号为——UCP710。如图1所示，此机床为工作台双摆动结构，（俗称：Table—Table双摆台）。通过X/Y/Z三个线性轴、定轴A轴的摆动和转动轴C轴的转动实现五轴联动加工。该机床的控制系统是德国的HeidenhaiiTNC430。目前，后置处理文件是计算机辅助制造软件中CAM与机床控制系统之间沟通的桥梁，是实现多轴加工的关键之一。同时本中心现配有CAD/CAM软件——UG，为了让UCP710早日投入到教学与生产加工，我们必须解决后置处理的问题。现在国内多轴机床后置处理程序的开发已慢慢开始发展，但很多的资源还要通过国外进行技术支持。即使客户选购能够实现多轴加工编程的软件，但还要额外支付昂贵的后置开发费用才能实现软件与机床的“通讯”。开发通用的编写后置处理工具软件，可以有效地保证NC程序正确性，提高编程人员的后置处理技术以及效率，还可以把零件加工信息（如图号、工序号、刀具规格、程序加工时间等参数）嵌入NC程序中，提高加工的安全性，增加程序的可读性，减少操作人员的人为加工误差。4.2UCP710post开发的过程目前，常用的后置处理方法主要有以下两种：第一种，利用CAD/CAM软件的通用后置处理模块，定义\t"C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\_blank"数控机床的运动方式，通过选取\t"C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\_blank"CAD/\t"C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\_blank"CAM软件提供的机床标准控制系统，定义某一类型或某台\t"C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\_blank"数控机床的后置处理。如PowerMILL的PM—post模块，UG的UGPOSTBULD模块；第二种，利用VC++计算机语言，按\t"C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\_blank"数控机床的运动方式和控制系统的编程规范，归纳出计算空间点坐标的数学公式，通过编制专用的后置处理程序并生成可执行文件，定义\t"C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\_blank"数控机床的后置处理。在这我们只对第一种方法进行讨论。首先在做后置前要熟悉机床参数。1）MikronUCP710的机床技术参数：Xaxis710mmYaxis500mmYaxiswithtoolchengerinswitchoffposition650mmZaxis500mmA轴：行程:-30～120C轴转角：-360～+360连续工作台面：600×600主轴转速(r／min)：100～42000rpm功率：35KW快速进给：30000(mm/min)

图1UCP710如上图所示在机床结构方面，应注意我们假定工件不动、刀具运动，在此前提下来看A轴和C轴的摆动，此时符合笛卡尔坐标系(直角坐标系)下的右手定则；而工作台A轴和C轴的实际转动方向是与右手定则相反的。下来我们启动UGPOSTBUID后置处理模块，第一步：新建后置文件，文件名为：ucp710。确定机床的类型、公/英制、机床的操作系统(如下图所示)第二步：设定轴的极限、轴向定义。点击设置如下的参数，他们是机床的行程极限与刀轴的矢量。进入，在这个对话框里设置第四轴（即A轴）参数。最关键的参数是定义A轴行程极限。然后点击指定机床轴与平面的关系，在AC或BC摆角的五轴加工中，由于A角有一定的限程，当A坐标连续插补过大时就会造成A向反向旋转。在加工中A反向旋转，很容易铣伤零件。为了解决这一问题，常用的方法就是采用法向抬刀。如下图选择Retract/Re-Engage第三步：设定程序开始部分、刀轨移动部分、程序结束部分。1)进入在startofprogram程序块里添加程序名、毛坯大小、取消最小角度转动功能与取消TCPM功能。如下图2)进入在operationStartSequence程序块里添加刀具、启动M126、TCPM（M128）、公差等，如下图注意：M126是最小角度转动功能M126，它是取消第四轴C轴的液压锁紧，确保联动。TCPM(ToolCenterPointManagement刀具中心点管理)指令是多轴后置处理软件简化的基础。传统意义上的后置处理软件（即不具备TCPM功能），必须输入刀轴的回转中心距(刀轴摆动式)或转台两轴线(转台摆动式)的位置关系，后置处理程序才能完成坐标转换；随着控制系统技术的发展，越来越多的控制系统厂家在其高端产品中都加入了上述坐标转换的功能，如Heidenhain的M128指令就是上述功能。打开M128，工件的坐标原点可以任意设置，由控制系统计算工件坐标和各转轴轴线的关系，加工准备更为简单方便，还可以在程序中保证刀尖的进给速度恒定。对于后置处理软件来说，可以略去上述的坐标转换的计算，后置处理软件的开发难度降低，生成的加工程序在同类型设备中具有相对更大的通用性。要注意的是程序在结束抬刀前与换刀前应用M129即取消TCPM功能。

3）进入设定刀轨移动关系A、编辑X并设定Expression为$mom_alt_pos(0)

编辑Y并设定Expression为$mom_alt_pos(1)编辑Z并设定Expression为$mom_alt_pos(2)B、设定如下*注意1：编辑X并设定Expression为$mom_alt_pos_arc_center(0)编辑Y并设定Expression为$mom_alt_pos_arc_center(1)编辑Z并设定Expression为$mom_alt_pos_arc_center(2)注意2：编辑X并设定Expression为$mom_alt_pos(0)编辑Y并设定Expression为$mom_alt_pos(1)编辑Z并设定Expression为$mom_alt_pos(2)C、添加如下语程序注意rap1Expression为$mom_alt_pos(0)rap2Expression为$mom_alt_pos(1)rap3Expression为$mom_alt_pos(2)AExpression为$mom_out_angle_pos(0)CExpression为$mom_out_angle_pos(1)4）：设定程序结束前的机床动作，其中包括按顺序排列取消TCPM，关闭切削油，停止主轴转动，Z轴抬到安全的位置以便AC轴回原点。进5）：设定程序结束最后保存退出，在保存目录下会生成这三个文件分别是：ucp710.defucp710.tclucp710.pui6）：运用UG编写刀具轨迹。如下图，我们采用多轴加工模块，选择变轴加工方式，然后选择curve/point的驱动方式，并选择NormaltoPart刀轴控制，其他的参数按常用的公共参数设置。程序编好后选择已经编写好的后置处理（UCP710）如下图所示：按OK后生成NC代码如下：============================================================Informationlistingcreatedby:YWMDate:2007-4-2511:14:00Currentworkpart:E:\TEXTPOST\text_post-1.prtNodename:ywmacer============================================================0BEGINPGMtext_post-1MM1;ARQUIVO:E:\TEXTPOST\text_post-1.prt2;FEITOPOR:YWM4;MIKRON:ITNC4305;6;POSPROCESSADOR:E:\WORK\POST\UG\5A\MIKRON_ORG.TCL7;REVISAO:-DATA:3/11/068;9M12610;11;====OPERACAO:VARIABLE_CONTOUR_COPY-FERR.:T0R312;==============================================================13CYCLDEF7.0DATUMSHIFT14CYCLDEF7.1#115;====TROCADEFERRAMENTA====16LM12917TOOLCALL1ZS10000DL0.0DR0.018LM319LZ-60.FMAXM9122LZ300.23LM128F200.20LA90.C317.624FMAX24LX-16.513Y-18.099F200.M825LX-16.493Y-18.077Z101.211A87.167F3000.26LX-16.437Y-18.016Z102.34A84.51927LX-16.354Y-17.925Z103.392A82.04128LX-16.248Y-17.809Z104.372A79.72229LX-16.124Y-17.674Z105.282A77.5530LX-15.988Y-17.524Z106.128A75.51631LX-15.842Y-17.364Z106.913A73.6132LX-15.689Y-17.196Z107.642A71.82433LX-15.532Y-17.024Z108.319A70.1534LX-15.201Y-16.662Z109.568A67.01235LX-14.875Y-16.304Z110.637A64.26736LX-14.561Y-15.96Z111.553A61.86437LX-14.266Y-15.636Z112.338A59.76138LX-13.991Y-15.336Z113.012A57.9239LX-13.476Y-14.77Z114.16A54.69440LX-13.06Y-14.315Z114.992A52.27241LX-12.733Y-13.956Z115.6A50.45242LX-12.217Y-13.391Z116.483A47.71943LX-11.672Y-12.793Z117.331A44.97844LX-11.081Y-12.146Z118.165A42.14845LX-10.543Y-11.556Z118.856A39.68146LX-10.058Y-11.025Z119.43A37.52647LX-9.623Y-10.547Z119.91A35.64348LX-9.233Y-10.12Z120.312A33.99749LX-8.534Y-9.354Z120.974A31.11950LX-7.996Y-8.764Z121.436A28.96151LX-7.167Y-7.855Z122.072A25.72352LX-6.314Y-6.92Z122.638A22.47953LX-5.557Y-6.091Z123.071A19.66654LX-4.884Y-5.353Z123.404A17.20455LX-4.288Y-4.7Z123.66A15.0556LX-3.761Y-4.123Z123.856A13.16657LX-3.297Y-3.614Z124.007A11.51858LX-2.479Y-2.717Z124.222A8.63559LX-1.862Y-2.041Z124.344A6.47360LX-.932Y-1.021Z124.461A3.23561LX-.466Y-.511Z124.49A1.61762LX0.0Y0.0Z124.5A0.063LX.808Y.886Z124.471A2.806C137.62464LX1.516Y1.661Z124.397A5.26665LX2.133Y2.338Z124.295A7.42166LX2.67Y2.927Z124.177A9.30767LX3.139Y3.44Z124.053A10.95868LX3.952Y4.331Z123.788A13.84669LX4.555Y4.992Z123.55A16.01170LX5.002Y5.483Z123.349A17.63371LX5.665Y6.209Z123.013A20.06472LX6.316Y6.923Z122.637A22.4973LX7.055Y7.733Z122.151A25.29374LX7.689Y8.427Z121.682A27.7575LX8.232Y9.023Z121.238A29.90376LX8.699Y9.534Z120.825A31.78977LX9.099Y9.974Z120.445A33.43978LX9.782Y10.722Z119.738A36.32879LX10.278Y11.266Z119.175A38.49480LX10.64Y11.662Z118.736A40.11781LX11.167Y12.239Z118.049A42.5582LX11.672Y12.794Z117.33A44.9883LX12.23Y13.405Z116.462A47.78584LX12.694Y13.914Z115.669A50.24285LX13.082Y14.339Z114.951A52.39486LX13.406Y14.694Z114.305A54.27787LX13.678Y14.992Z113.726A55.92688LX14.126Y15.484Z112.687A58.81389LX14.439Y15.827Z111.886A60.97990LX14.661Y16.069Z111.274A62.60491LX14.971Y16.409Z110.338A65.04192LX15.253Y16.719Z109.384A67.4893LX15.546Y17.039Z108.261A70.29494LX15.77Y17.285Z107.264A72.75395LX15.943Y17.474Z106.382A74.90296LX16.075Y17.62Z105.602A76.78297LX16.177Y17.731Z104.915A78.42898LX16.323Y17.891Z103.702A81.3199LX16.406Y17.982Z102.784A83.475100LX16.452Y18.033Z102.092A85.102101LX16.498Y18.083Z101.049A87.547102LX16.513Y18.099Z100.A90.103L104;ZERARANGULOS105LM129106LZ-60.FMAXM91107LA0.0C0.0FMAX108;TempoTotaldeUsinagem:0.2min.109M30110ENDPGMtext_post-1MM最后，能过Vericut反读后处理的代码进行模拟切削运动，从而验证开发出的后置文件是否安全？是否合理？能否真正投入生产当中。Vericut是美国CGTech公司开发的一款集数控加工仿真、干涉校验、工时工况分析、代码优化等多种功能于一体的软件。该系统可以以虚拟现实的方式建立数控机床、刀具、夹具和毛坯模型，在刀位数据或NC代码的驱动下模仿金属切削加工中走刀轨迹和材料被切除的过程，使用户以直观的方式对工艺规划的合理性进行评估，对是否存在干涉进行校验，并优化走刀轨迹和NC代码。VERICUT软件已广泛应用于航空、模具制造等行业，其最大特点是可针对各种不同CNC系统通过反读数控代码进行模拟仿真工作，既能仿真刀位文件，又能仿真CAD/CAM后置处理的NC程序，从而实现实际生产当中安全，高效的目的。Vericut分以下几步去完成一、建立机床模型：装配时要注意部件之间的运动联接之间的关系。二、选择控制系统文件（本例机床的操作系统是HeidenhainTNC430）。三、建立刀具库。四、导入加工毛坯。五、设定加工坐标系六、添加加工程序（即NC程序）最后模拟结果如图，证明我们开发的后置是正确的。在UCP710POST的最终测试过程中，五轴联动加工测试的内容是一个叶轮，程序运行正常。但由于实际情况多种多样，无法完全预见。我们仍强调应遵循G代码“先仿真后实际加工”的原则。通过UCP710POST的开发和应用，我们解决了车间数控加工中的急需，为五轴加工中心UCP710在生产中充分发挥作用打下了基础。同时，我们积累的多轴后置处理软件的开发经验．将为后续其它的通用后置处理软件的后置设计起到借鉴作用。5.轴数控机床旋转位置测定与加工设置五轴加工\o"数控机床"\t"C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\_blank"数控机床根据旋转部件的运动方式不同，可归纳为双转台、双摆头和一转台一摆头三种形式。双转台五轴联动机床的运动坐标包括三个直线坐标轴X、Y、Z和两个旋转坐B(A)、C，其结构如图1所示。该种结构是中、小A型五轴加工机床采用较多的一种结构形式，其优点是旋转坐标有足够的行程范围，\o"工艺"\t"C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\_blank"工艺性好，适合中小型体零件的五面粗、精铣削加工，机床能在加工时减少装夹次数，达到高效率、高精度、高可靠性的要求。5.1五轴加工设置内容介绍零件在进行五轴加工时主要设置的内容有：编程方式选择及转台旋转中心到摆动中心位置偏置设置、编程零点到c轴中心位置偏置设置、加工工件坐标系的位置偏置设置、刀具长度补偿设置、机床五轴RTCPJJIJ工设置及。下面以广数GSK25i五轴数控系统、CAXA制造工程师2011软件五轴后置处理为例，介绍双转台式五轴数控加工中心的加工设置与机床精度的测量、调整方法。5.2旋转轴与直线轴的位置偏置(1)旋转中心到摆动中心偏置距离测量如图2所示，具体操作方法如下：第1步：通过旋转B轴，采用打表方式校平、校正C轴，使c轴平面与z轴垂直，然后在C轴上安装一圆棒，旋转C轴铣出圆棒直径为D，最后对圆棒进行分中，找出XYZ车由的坐标系零点位置坐标C，使C轴旋转轴轴线与Z轴轴线重合，在机床坐标相对坐标系中将X、B轴坐标清零。第2步：手动旋转摆动轴B轴至90°位置，采用打表方式校正B轴使C轴平面与Z轴轴线平行，然后移动X轴，用百分表或分中棒对C轴平面进行多次校准取平均值，使z轴轴线位于旋转轴C轴平面上，aOz轴轴线到旋转轴C轴平面的距离为0，所移动的距离为L(z’+x’)，最后移动z、y轴，采用打表方式，测出圆柱旋转后(B轴相对坐标90°位置)其侧面至旋转前(B轴相对坐标0度位置)的高度值日。依据以上步骤得出c轴旋转中,GNB轴摆动中心的偏置值：X轴方向为：X'=(H+D／2-L)／2Z轴方向为：z'=(H+D／2+L)／2另外，上述偏置坐标中均采用已测得的绝对值进行计算。当x方向测得值为一L时，偏置值为X’，X方向测得值为L时，偏置值为一x’；当z方向测得值为H时，偏置值为Z'，Z方向测得值为H时，z轴方向偏置值为-Z'。(2)零件编程零点到C轴中心偏置距离测量如图3所示，具体操作方法如下：第1步：通过旋转B轴，采用打表方式校平、校正C轴，使C轴平面与z轴垂直、c轴轴线与z轴轴线重合，记录机床的机械坐标(X、Y、B、C)或将该坐标输入不常使用的六号工件坐标系(G59)中。第2步：安装、校正夹具。夹具校正时x方向可采用转动c轴的方式进行。装夹加工工件，采用试切法或分中棒对刀并设置工件坐标系。以1号工件坐标系(G54)为例：在MDI方式下运行“G90G54G0X0Y0B0C0”一在机床相对坐标系中将各坐标轴清零一手动移动机床坐标至第1步操作中记录机床的机床坐标(X、Y、B、C)或MDI方式下运行“G90G59GOX0Y0B0C0”。此时，机床坐标相对坐标系中的坐标X、Y就是零件编程零点到c轴中心的偏置(X'、Y')。第3步：Z向坐标偏置测量，采用打表方式移动Z轴使百分表位于工件坐标系零平面记录百分表表针位置，在机床相对坐标系中将z轴坐标清零，移动Z轴使位于C轴平面表针位置与前面相同。此时，机床坐标相对坐标系中的坐僦是零件编程坐标系D中的编程零点到c轴中心的偏置z’。5.3五轴加工功能刀具中心点控制(RTCP)特征编程的操作和设置方法(1)使用\o"CAM"\t"C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\_blank"CAM软件后置处理旋转轴位置偏置功能进行补偿时的编程设置①进入CAXA制造工程师软件后置设置，选择广州数控BC轴双工作台五轴后置配置文件GSK5XTB／TC，进入【多轴】界面，根据机床结构型式与转轴参数设置如图4所示。②进入CAXA制造工程师软件后置设置，选择广州数控B—C轴双工作台五轴后置配置文件GSK-5X-TB／TC，【多轴2】界面如图5所示，旋转中心摆动中心偏置距离表示以机床旋转轴中心为参考的坐标系中摆动中心的位置坐标(X'、Z')(见图2)。编程零点到C轴中心偏置距离表示以加工工件的输出坐标系O为参考机床c轴中心的位置坐标(X'、Y'、Z')，如图3所示。③在非数控系统五轴功能模式下后置程序时除上述设置外，需要删除后置处理程序中的五轴功能G43.4H_等，若需多把刀具进行加工、换刀时只可单独使用刀具长度补偿。(2)使用数控系统五轴加工功能编程时旋转轴位置偏置的设置广州数控GSK25i数控系统在五轴加工中用于设置转轴位置的参数主要有转台中心位置参数8020和工作台第一旋转轴和工作台第二旋转轴的偏置矢量参数8021，如图6所示。转台中心位置设置(参数8020)：转台中心位置是指装夹工件的第二旋转轴(C轴)的轴心处“机床坐标值”。以BC双图6转台为例，此处为C转台的轴心位置。当对刀方式不同时，“机床机械坐标值”会不同，在设置时必须要保持和工件坐标系同样的对刀方式。当工件坐标系设置是用主轴端面对刀时，此处的“转台中心位置”也必须是用主轴端面降到旋转轴心处时的“机床机械坐标值”。用刀尖对刀时，此处的“转台中心位置”也必须是该刀具降到旋转轴心处时的“机床机械坐标值”。当换刀时，如果使用刀具补偿，而不是重新设定工件坐标系，此参数不需要修改，否则必须重新设定坐标系。另外，在测量时，必须首先将旋转工作台放置在水平位置。第一旋转轴到第二旋转轴的偏置矢量设置(参数8021)：以Bc双转台为例，在数控系统中第一旋转轴为B轴，第二旋转轴为C轴。该参数是一个矢量，矢量起点为主动轴轴心，终点为从动轴轴心，参照为机床坐标系。如果C转台在B转台之上，此参数为正；如果C转台在B转台之下，此参数为负。即表示以机床摆动中心为参考的坐标系中旋转轴中心的位置坐标。第一旋转轴B轴到第二旋转轴c轴的偏置距离测量同图2中旋转中心到摆动中心偏置距离测量，其矢量方向相反坐标参考轴为B轴。使用五轴加工功能程序后处理：当使用五轴加工功能刀具中心点控制(RTCP)、特征编程(倾斜面Diem)功能时，不需要在后处理程序提供机床类型和结构方面的参数，只要旋转轴类型相同，可以通用于双转台，摆头转台和双摆头机床。以BC双转台为例，构建后处理器时选择双摆头方式。旋转轴设置为Bc方式，机床坐标轴偏置参数设置为0。这样经过后处理的坐标值就和特定的机床参数没有关系了。然后手工添加刀具中心点控制G43.4_心点控制取ING49，程序就可在机床运行、加工。全面地介绍了五轴双转台式机床加工设置方法及其五轴加工程序后置设置等方面的内容，并详细说明了五轴机床参数设置时旋转轴、摆动轴的位置偏置与坐标值的测量方法、技巧。同时，也为其他形式多轴\o"数控机床"\t"C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\_blank"数控机床的加工设置提供了参考。在UCP710POST的最终测试过程中，五轴联动加工测试的内容是一个叶轮，程序运行正常。但由于实际情况多种多样，无法完全预见。我们仍强调应遵循G代码“先仿真后实际加工”的原则。通过UCP710POST的开发和应用，我们解决了车间数控加工中的急需，为五轴加工中心UCP710在生产中充分发挥作用打下了基础。同时，我们积累的多轴后置处理软件的开发经验．将为后续其它的通用后置处理软件的后置设计起到借鉴作用。6.总结与展望6.1工作总结五轴联动加工技术的推广使用，是目前高性能数控加工技术亚需解决的一大难题，而其中具有自主知识产权的商用五轴后置处理器更是严重阻碍了国产五轴联动机床的推广普及，现如今诸多机械制造企业通过高价购买国外CaD/CAM软件以获得高质量的商用后置处理器。针对这一现状，本文结合国产龙门式双摆头五轴联动机床，建立起五轴机床的运动学模型，并推导出相应的后置处理算法，然后着力研究了非线性误差补偿、工装旋转误差补偿及五轴机床的TCP功能控制等问题，最后以分流式叶轮为试验对象，验证了本文设计的后置处理器的正确性和高效性。并具有如下创新点:（1）目前，多数工装旋转误差补偿研究均基于双转台五轴联动机床，以双摆头五轴联动