带RTCP功能五轴机床后置处理程序的编制.pdf

? ? 表面需要多次坐标检测和打点， 重新划叶片零度线。 叶片 精度主要由操作工及测量手段保证，一般只能达到 1.5mm， 存在一定的误差。 此外， 传统的低速铣床也可加工 叶片的曲面， 但难以控制叶片的型线， 尤其在叶片比较薄 的地方， 传统的低速铣床在切削力的作用下， 产生振动和 弹性退让， 降低了加工精度， 而且存在着加工死角， 并不 能满足客户的技术需要。所以本实验中心采用数控机床 对该厂所需要的轴流水泵叶片进行加工。 确定数控加工的方法非常丰富， 速度从低速至高速、 工艺变化很多， 刀位轨迹变化多。为了良好的经济性， 应 根据不同加工件的产品质量要求，选定最优数控加工程 序和经济的加工方法。 为了经济、 高效地获得高精度的加 工叶片， 在运行软件上可以首先用 CAD 三维设计， 然后 用 CAM 灵活设计加工方法、 确定加工参数、 刀具等， 进行 刀轨的校核、 编辑、 优化、 模拟仿真， 以获得最佳加工刀位 轨迹， 通过后处理程序生成加工程序。 此次数控机床加工 采用的主要工艺过程如图 2 所示。 3结语 针对客户所需的水泵叶片的技术要求，本实验中心 采用的五轴联动数控机床将叶片型线输入控制箱内， 根 据编制的设计程序控制和调整铣刀的加工， 用直线、 圆弧 命令逼近零件，控制刀位轨迹使叶片表面的实际曲线与 设计曲线完全一致，该组水泵叶片加工后实测正面波浪 度为 0.40.8/100， 并均匀分布； 背面波浪度为 0.51.4/100， 其中1/100 的区域占总面积的 85.4%，表面粗糙度 Ra1.84.3， 取得了很高的加工精度， 保证了产品质量， 加 工后的叶片表面不用打磨， 加工效果非常好， 充分保证了 设计要求。（编辑 昊天 ） 作者简介： 王威 （1973- ） ， 女， 工程师， 主要从事水泵加工、 水泵维修等 领域的研究和生产工作。 收稿日期： 2009-03-10 带 RTCP 功能五轴机床后置处理程序的编制 任锐 1， 张建1， 张玉芳2 （1.中船重工集团公司第 713 研究所 郑州 450052； 2.UFC 公司， 北京 100061 ） 1后置处理简介 数控机床的控制系统有许多种，不同的控制系统所 识别的机床语言是不同的。用来控制某台机床走刀的数 控程序必须是该机床所识别的语言。用某种自动编程软 件设置好参数，经过刀具轨迹计算生成刀具位置源文件 （cutter location source file） 。不过这种刀具位置源文件是 机床控制系统识别不了的， 必须利用某种后置处理文件， 将刀具位置源文件转化为机床控制系统识别的数控程 序。把刀具位置源文件转化为机床控制系统识别的数控 程序的过程， 就是后置处理。 2数控机床的分类及后处理原理 数控机床按坐标系中轴的数量， 分为三轴数控机床、 四轴数控机床和多轴数控机床 （五轴及五轴以上 ） 。 理论上， 有 3 个线性轴和 2 个回转轴的数控机床， 五 轴联动可以实现复杂曲面的连续加工，一般称为五轴五 联动数控机床； 若可五轴定位但不联动， 可以加工空间任 意方位点， 一般称为五轴定位数控机床。 五轴数控机床按 结构形式， 分为双工作台摆动型、 双主轴铣头摆动型、 工 摘要：针对不带 RTCP 功能的五轴机床， 利用矩阵， 计算其空间坐标系旋转后新的坐标值,得出通用公式， 进而引出带 RTCP 功能五轴机床后处理程序编制的基本原理。 关键词：RTCP；五轴机床；矩阵；坐标旋转；后置处理 中图分类号： TG659文献标识码： A文章编号： 10022333 （2009 ） 06006802 The Making of Post Processor on 5_Axis Machine Tool with the RTCP Function REN Rui1,ZHANG Jian1,ZHANG Yu-fang2 （1.The 713 Research Institute of China Shipbuilding Industry Corporation Zhengzhou 450052, China; 2.UFC Co., Beijing 100061, China） Abstract：Using matrix, the new coordinate vales is calculated after the coordinate rotating, for the 5_axis machine tool without the RTCP function, so we can obtain standard formula, thereby educe the basic principle of making program, for the 5_axis machine tool with the RTCP function. Key words：RTCP; 5_axis machine tool; matrix; coordinate_rotation; post processing 仿真 / 建模 /CAD/CAM/CAE/CAPP 制造业信息化 MANUFACTURING INFORMATIZATION 机械工程师2009 年第 6 期68 ? X Z -Y P2 P1 A C O 图 2 （x2， y2） （x1， y1） Y X O R C C0 图 1 作台旋转和主轴头摆动型等。数控机床控制器按功能特 点， 分为不带 RTCP （即旋转刀具中心点， 刀尖保持） 功能 型和带 RTCP 功能型。早期的控制系统一般不带 RTCP 功能， 进行五轴五联动加工时， 要求加工程序计算出工件 的加工点， 在机床转动后的实际坐标值； 还要考虑刀具长 度的补偿等问题。 如果是带主轴头摆动的机床， 这个问题 尤为突出，一旦刀具长度在换新刀等情况下，发生了改 变， 原来的程序值都不正确了， 需要重新进行后处理， 这 给实际使用带来了很大的麻烦。近期的控制系统新版本 基本上都带有 RTCP 选项功能，优点是坐标变换由控制 器来计算， 加工程序可以保持不变， 使用中不用总更换程 序。 两者计算原理是一样的， 所以本文论述五轴机床后置 处理计算的通用数学原理， 便于我们在今后的使用中， 视 情况来决定是否选用 RTCP 功能。 3四轴机床后置处理的计算 3.1四轴机床的后置处理算法 （纯数学算法 ） 为了简化五轴机床的后置 处理算法， 先要解决四轴机床的 后置处理算法问题。 （1 ） 绕 Z 轴旋转的坐标变换 如图 1 所示， 工件加工点从 P1（X1， Y1） 点围绕 Z 轴转了 C 角 度转到 P2（X2， Y2） 点， 可以得出： X2=R*cos （C+C0） Y2=R*sin （C+C0 ? ） 陴 X2=R*cos （C ） *cos （C0） -R*sin （C ） *sin （C0） Y2=R*sin （C ） *cos （C0） +R*cos （C ） *sin （C0 ? ）陴 X2=X1*cos （C ） -Y1*sin （C ） Y2=X1*sin （C ） +Y1*cos （C ? ） 用三阶矩阵可以表示为: X2 Y2 Z2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 = cos （C ） sin （C ） 0 sin （C ）cos （C ）0 00 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 21 X1 Y1 Z1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 同理可以得出： （2 ） 绕 X 轴旋转的坐标变换 X2 Y2 Z2 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 = 100 0cos （A ）sin （A ） 0sin （A ）cos （A 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2） X1 Y1 Z1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 （3 ） 绕 Y 轴旋转的坐标变换 X2 Y2 Z2 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 = cos （B ） 0sin （B ） 010 -sin （B ） 0cos （B 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2） X1 Y1 Z1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 角度处理见后面五轴机床计算。 3.2五轴机床的后置处理算法 五轴机床的后置处理算法，可以分解为四轴机床来 算。 （1 ） 角度的计算 前已论及， 五轴数控机床按结构形式分种类有许多， 算法不完全一样。 下面就以机床第 4 轴绕 X 旋转， 第 5 轴 绕 Z 旋转的双旋转工作台型 （X、 Y、 Z、 A、 C ） 的五轴机床为 例， 介绍其算法。 如图 2 所示,刀 轴矢量 OP1绕 Z 轴顺时针旋转 C 角到 OP2（即到-YZ 平面） ， 再 绕 X 轴顺时针旋转 A 角到 Z 轴 正方向。矢量 OP1在 X、 Y、 Z 轴 向的分量分别为： i、 j、 k。 可以得出： Aarctan i2+j2姨 k （k0 ） A90（k=0 ） A=180+arctan i2+j2姨 k （k0 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 ） C180arctan| i j | （i0，j0 ） C180+arctan| i j | （i0，j0 ） Carctan| i j |（i0，j0 ） C360-arctan| i j | （i0，j0 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨姨 姨 ） 特殊情况： C= （i/|i| ） *90 （j=0 ） C=0（k=0 ） （2 ） 坐标值的计算 借鉴四轴的坐标值算法，令 T1 cos （C ）sin （C ）0 sin （C ）cos （C ）0 00 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 T2= 100 0cos （A ）sin （A ） 0sin （A ）cos （A 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 ） 则： X2 Y2 Z2 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 T2*T1* X1 Y1 Z1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 通过矩阵计算得出: X2=cos （C ） X1+sin （C ） Y1 Y2=-sin （C ） cos （A ） X1+cos （C ） cos （A ） Y1+sin （A ） Z1 Z2=sin （A ） sin （C ） X1-sin （A ） cos （C ） Y1+cos （A ） Z1 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 4结语 本文主要是给出五轴后置处理的一种算法思路。由 于五轴机床