一种非正交摆头转台类五轴机床后置处理方法技术

本发明专利技术公开了一种非正交摆头转台类五轴机床后置处理方法。本发明专利技术以平动轴Y和回转轴B作为倾斜轴的摆头转台类五轴机床作为研究对象，分析该类型机床的结构特点。然后，分别将倾斜轴Y轴与OXZ平面之间夹角和刀具摆长作为变量，建立前置刀位数据与该类机床各坐标轴之间的运动变换方程，并推导出各坐标轴的计算公式。在此基础上，利用C++语言开发出适用于该类型五轴数控机床的后置处理软件。该方法不仅能够将刀位文件转换为机床可以识别的数控程序，而且可以在数控程序中进行五轴刀具长度补偿、工件原点偏置补偿功能和非正交轴角度可以修改。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种数控机床后置处理方法，尤其涉及一种非正交摆头转台类五轴机 床后置处理方法，属于五轴数控加工机床领域。
技术介绍
五轴数控机床通常由三平动轴和两回转轴组成，通过平动轴和回转轴的不同配置 而构成各种不同类型的五轴机床。一般可将其分为三种基本类型：1)双摆头类型，2)双转 台类型，3)摆头转台类型，而其他类型的五轴机床都是在其基础上演化而来。因此，许多学 者针对各种类型五轴数控机床后置处理方法开展了大量研究工作，如双摆头类五轴机床、 双转台类五轴机床、摆头转台类五轴机床、非正交回转轴双转台五轴机床等。现有技术中， 主要是针对非正交回转轴的双转台五轴机床开发的专用后置处理程序，其中非正交轴仅指 回转轴，而没有考虑平动轴也为非正交轴的情况。因此，目前文献对于非正交摆头转台类五 轴机床，尤其平动轴和回转轴同时为非交情况研究较少。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有在数控程序中进行五轴刀具长度补偿、工件原点偏 置补偿和非正交轴角度修改功能的非正交摆头转台类五轴机床后置处理方法。 本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的： ，该方法包括以下步骤： A、分析以平动轴博P回转轴M乍为倾斜轴的摆头转台类五轴机床的结构特征，分别将 倾斜轴辟由与ββ平面之间夹角和刀具摆长作为变量，建立前置刀位数据与该类机床各坐 标轴之间的运动变换方程，并推导出各坐标轴的计算公式； Β、在机床各平动轴和回转轴的计算公式基础上，结合西门子数控系统或其他数控系统 提供的宏变量(如R参数）功能，基于VC++6. 0平台利用C++语言开发出一种适用于非正交 摆头转台类五轴控机床的后置处理软件；其中在该软件界面中，刀具摆长可以作为宏变量 或数值输入，倾斜轴辟由与βΚ平面之间夹角作为数值输入，工件原点在机床坐标系中的偏 置量作为数值输入。 由上述专利技术技术方案可以看出，该方法不仅能够将刀位文件转换为机床可以识别 的数控程序，而且具有在数控程序中进行五轴刀具长度补偿、工件原点偏置补偿和非正交 轴角度修改功能。【附图说明】 图1为非正交摆头转台类五轴机床； 图2为非正交摆头转台类五轴机床运动链； 图3为非正交摆头转台类五轴机床中的坐标系； 图4为后置处理软件界面。【具体实施方式】 本专利技术的非正交摆头转台类五轴机床后置处理方法，以平动轴Y和回转轴B作为 倾斜轴的摆头转台类五轴机床为例进行阐述，如图1所示，其较佳的【具体实施方式】是，包 括： A、分析以平动轴博P回转轴M乍为倾斜轴的摆头转台类五轴机床的结构特征，分别将 倾斜轴辟由与ββ平面之间夹角和刀具摆长作为变量，建立前置刀位数据与该类机床各坐 标轴之间的运动变换方程，并推导出各坐标轴的计算公式。 首先，以平动轴博P回转轴万作为倾斜轴的摆头转台类五轴数控机床作为研究对 象，如图1所示；该机床由三平动轴Ζ、/、济卩两回转轴A廣且成，其中肩ft和7、4由夹角都 等于90°，而片^与夹角小于90°，且回转轴痛勺中心平行于片ft，与夹角亦小于 90°，回转轴J的中心平行于4?，机床主轴与回转轴万夹角大于90°。方向的平动 和绕4由的转动由机床转台实现，而辟由方向的平动和绕辟由的转动由机床主轴实现；根据 该机床的具体结构，可以得到该机床各坐标轴之间的运动关系，即机床运动链，它由回转工 作台、平动工作台、床身、主轴和刀具等单元按顺序串联而成，如图2所示。 其次，为将由CAM得到的刀位数据转换为机床数控加工程序，需要根据该机床的 结构特点来确定机床的运动变化关系，然后再将刀位数据变换分解到机床各坐标轴上，从 而获得机床各坐标轴的数值。为描述该机床运动，在该五轴机床上建立图3所示各相关 坐标系，其中为机床坐标系，其原点Q 1位于肩ft转台右端面中心，尤轴方向平行 于肩ft回转中心，4轴方向为竖直向上，轴方向则垂直于平面；QllH 1Znil为与 回转轴_连的坐标系，其原点为主轴回转中心与辟由回转中心的交点，各坐标轴方向与 机床坐标系一致；Q 12H厶为与回转轴_连的坐标系，是机床雄|、辟由实际运动的坐 标系，其原点为主轴回转中心与辟由回转中心的交点，各坐标轴方向由机床坐标系绕尤轴 旋转α角得到；为与工件固连的工件坐标系，其原点在机床坐标系中的位置矢量 W=(么，<，<)，且各坐标轴方向与机床坐标系一致，而前置刀位数据是在该坐标系下 表示；OtZt/tZt为与刀具固连的刀具坐标系，其原点设在刀位点上，其各坐标轴方向与机床 坐标系一致。在机床初始状态时，假设刀具轴线平行于4自，坐标系仏x n2/n2zn2与机床坐标 系(9ηΖ η/ηΖη的原点重合。假设坐标系（9η1Ζη1/ η1Ζη1的原点到刀具坐标系的原点At的距离为Z (即刀具摆长)，则刀位点G在坐标系中的位置为（〇,〇，-Ζ);在刀具坐标系中，刀 位点的位置矢量和刀轴矢量分别为（〇,〇,〇)和（〇,〇，1)。假设机床平动轴相对于初始状态 的移动量为K刀，回转轴相对于初始状态的转动量分别为辟P J (其正方向如图3所 示)，工件坐标系中刀位点和刀轴矢量分别为Uj1S和（i，J，々)。 根据该机床运动链和各坐标系，可分别建立回转轴和平动轴的运动变换方程： 式中：7?Ρ #分别为平移和回转运动的齐次变换矩阵： 是由编程坐标系φζ到机床坐标系 的变换矩阵： 由式⑴可以得到：当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非正交摆头转台类五轴机床后置处理方法，其特征在于，包括以下步骤：A、分析以平动轴Y和回转轴B作为倾斜轴的摆头转台类五轴机床的结构特征，分别将倾斜轴Y轴与OXZ平面之间夹角和刀具摆长作为变量，建立前置刀位数据与该类机床各坐标轴之间的运动变换方程，并推导出各坐标轴的计算公式；B、在机床各平动轴和回转轴的计算公式基础上，结合西门子数控系统或其他数控系统提供的宏变量（如R参数）功能，基于VC++6.0平台利用C++语言开发出一种适用于非正交摆头转台类五轴控机床的后置处理软件；其中在该软件界面中，刀具摆长可以作为宏变量或数值输入，倾斜轴Y轴与OXZ平面之间夹角作为数值输入，工件原点在机床坐标系中的偏置量作为数值输入。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐汝锋，周喆，郭前建，于珊珊，贺磊，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37