牛敏

【摘 要】五軸機(jī)床依靠多自由度能夠加工復(fù)雜形狀的零部件，多軸機(jī)床的優(yōu)勢(shì)在切削過程中能夠通過變換刀具姿態(tài)適應(yīng)待加工零件形狀，實(shí)現(xiàn)滿足精度要求的下的最大效率切削。本文主要針對(duì)混合旋轉(zhuǎn)五軸數(shù)控機(jī)床后置處理算法進(jìn)行深入研究，分析混合五軸機(jī)床刀具姿態(tài)變換過程中驗(yàn)算過程，便于更好的了解多軸機(jī)床的工作原理及編程原理。

【關(guān)鍵詞】混合旋轉(zhuǎn)；五軸數(shù)控機(jī)床；刀位文件

一、前言

后置處理程序的輸入信息是刀位數(shù)據(jù)，輸出信息是數(shù)控機(jī)床的加工指令。國內(nèi)學(xué)者針對(duì)CAM軟件后期開發(fā)及針對(duì)相關(guān)軟件進(jìn)行后處理設(shè)定處理等方面做了相關(guān)研究，參考文獻(xiàn)[1-4]針對(duì)不同方面進(jìn)行相關(guān)研究，本文針對(duì)多軸后置處理算法的坐標(biāo)變換原理進(jìn)行淺析，提高了解CAM軟件進(jìn)行后置處理過程中，將刀位點(diǎn)轉(zhuǎn)換為數(shù)控加工程序的基本原理，更好的了解數(shù)控技術(shù)。

二、混合旋轉(zhuǎn)五軸數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)分析

混合旋轉(zhuǎn)類數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)和主軸頭各旋轉(zhuǎn)一個(gè)軸。此類數(shù)控機(jī)床一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸作用于刀具和另一個(gè)作用在工作臺(tái)上。按照刀具到工件的順序，其回轉(zhuǎn)軸的配置情況有XYZBA、XYZAB、XYZAC與XYZBC四種，設(shè)定各軸兩兩相互正交。

三、混合旋轉(zhuǎn)五軸數(shù)控機(jī)床后置處理算法

以如圖1所示XYZAB五軸數(shù)控機(jī)床為例，建立如圖1所示坐標(biāo)系統(tǒng)，其中OwXYZ、OtXYZ分別為與工件、刀具所建立的坐標(biāo)系。

設(shè)定機(jī)床初始狀態(tài)為刀具軸線平行與Z軸，坐標(biāo)系Om2XYZ的原點(diǎn)Om2與工件坐標(biāo)系原點(diǎn)Ow重合。設(shè)Om2XYZ的原點(diǎn)Om2到刀具坐標(biāo)系原點(diǎn)Ot的距離為L(zhǎng)，即擺動(dòng)長(zhǎng)度為L(zhǎng)，則Om2在刀具坐標(biāo)系中位置矢量為rm2（0，0，L）；Om1XYZ的原點(diǎn)在工件坐標(biāo)系中的位置矢量為rm1（xm1，ym1，zm1）。同樣，在工件坐標(biāo)系中，刀位點(diǎn)和刀軸矢量分別為[0，0，-L]T和[0，0，1]T，機(jī)床平動(dòng)軸相對(duì)于初始狀態(tài)的位置為rs（x，y，z），旋轉(zhuǎn)軸A、B相對(duì)于初始狀態(tài)的角度分別為θA、θB（θB逆時(shí)針為正、θA順時(shí)針為正）。刀軸和刀位點(diǎn)矢量在工件坐標(biāo)系中的表達(dá)分別為u（i，j，k）和rm（xp，yp，zp）。

通過建立相關(guān)坐標(biāo)系，實(shí)施坐標(biāo)變換，可得：

（1）、（2）式中，T 和R分別為平移和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的齊次坐標(biāo)變換矩陣：

確定出兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度和三個(gè)直線軸的坐標(biāo)值，確立到位文件的相關(guān)刀具姿態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)。

四、結(jié)論

本文主要分析工作臺(tái)和主軸頭混合旋轉(zhuǎn)組合五軸機(jī)床情況下，后置處理過程中刀位文件生成算法，通過針對(duì)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)與主軸頭混合構(gòu)成五軸為例進(jìn)行后置處理算法的分析及推導(dǎo)，充分理解多軸數(shù)控機(jī)床實(shí)施坐標(biāo)變換算法及實(shí)現(xiàn)加工程序生成的理念，加深混合旋轉(zhuǎn)機(jī)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(guān)理論。

【參考文獻(xiàn)】

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