刀具旋转五轴数控机床后置处理算法研究

刀具旋转五轴数控机床后置处理算法研究

ResearchonPostProcessingAlgorithmsforFive-axisNCMachineofToolRotation

牛敏NIUMin

（山东工业职业学院，淄博256414）

（ShandongVocationalCollegeofIndustry，Zibo256414，China）

摘要：多轴机床主要是在三个直线轴的基础上增加旋转轴，刀具旋转五轴机床依靠多自由度能够加工复杂形状的零部件，多轴机

床的优势在切削过程中能够通过变换刀具姿态适应待加工零件形状，实现满足精度要求的下的最大效率切削。五轴机床数控加工程

序需要后置处理算法生成，本文主要针对刀具旋转五轴数控机床后置处理算法进行深入研究，分析刀具姿态变换过程中验算过程，便于更好的了解多轴机床的工作原理及编程原理。

Abstract:Multi-axismachinetoolsmainlyaddrotatingaxesonthebasisofthreelinearaxes.Toolrotatingfive-axismachinetoolscanprocesscomplexshapepartsdependingonmulti-degreeoffreedom.Theadvantagesofmulti-axismachinetoolscanadapttotheshapeofpartstobeprocessedbychangingtheattitudeofthetoolinthecuttingprocess,soastoachievethemaximumefficiencyofcuttingtomeettheaccuracyrequirements.Five-axismachinetoolNCprocessingprogramneedspost-processingalgorithmgeneration.Thispapermainlystudiesthepost-processingalgorithmoffive-axismachinetoolfortoolrotation,andanalysesthecheckingprocessintheprocessoftoolattitudetransformation,soastobetterunderstandtheworkingprincipleandprogrammingprincipleofmulti-axismachinetool.

关键词：刀具旋转；五轴数控机床；后置处理Keywords:toolrotation；five-axisCNCmachinetool；postprocessing

DOI:10.19475/j.cnki.issn1674-957x.2019.05.035

0引言

刀具移动的数控机床所编程原则都是假定工件不动，

原则。机床的运动和操作是根据数控系统预读数控加工程序移动相关工作轴的结果，完成一个零件的数控加工需要连续执行多条指令。手工编程主要是针对简单零部件的加工要求及所使用的数控系统确定加工程序，由程序员直接手工输入到数控机床的数控系统。自动编程方法则不同，经过刀具轨迹计算产生的是刀位文件，主要是刀具姿态坐标而不是数控程序，需要设法将刀位文件转换为指定机床能执行的加工指令，采用自动运行模式或DNC方式输入———————————————————————

作者简介：牛敏（1980-），女，山东淄博人，讲师，硕士，研究方向

为数控技术。

数控机床的数控系统，进行零件的数控加工。

数控编程中，将刀位信息转化为特定数控系统加工指令的过程称为后置处理，实现这种转换功能的计算机程序称为数控后置处理程序。后置处理程序的输入信息是刀位数据，输出信息是数控机床的加工指令。后置处理与具体的数控机床结构及采用的数控系统有关的，数控系统不同，所生成的数控代码也不同。后置处理的原则上是解释执行，即每读出刀位文件中的一个完整的记录，便分析该记录的类型，根据记录类型确定进行坐标变换还是文件代码转换，然后根据所选择数控机床进行坐标变换或文件代码转换，生成一个完整的数控程序段，并写到数控程序文件中去，直到刀位原文件结束。国内学者针对CAM软件后期开发及针对相关软件进行后处理设定处理等方面做了

流经废气门的气体流量在420kg至500kg/h的范围内。通过对发生增压波动较大的工况范围里的MAP图进行分析，发现相邻的坐标对应的控制腔压差值存在跳变过大的问题，这种情况会导致加速时电磁阀占空比会产生较大的跳变，故而导致控制废气门时，相邻时间段废气门产生较大的波动从而使增压压力产生较大的波动。缩小相邻坐标的控制腔压差值的大小则可以使车辆加速过程中状态变化时的预控增压压力变化稳定。

在确定标定方向后，通过试车道及转毂反复试验并对标对标车的标定数据，对控制腔压差的MAP进行优化，缩小该MAP相邻坐标区间的控制腔压差值。在中大油门（50-100%）开度加速下，飞轮端的扭矩波动降低了约60%，同时收敛速度更快。

5结论

针对试验场反馈的驾驶性问题，在对问题的发生原因进行分析排除后，优化了对应涡轮增压的标定量，经过试车场和转毂的反复验证后，确认了该方案的可行性。

图9优化前和优化后标定的测试结比

参考文献：

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[2]任亚丹，王龙，李涛，张颖，于平安，曾科.涡轮增压天然气发动机电控系统进气模型研究[J].西安交通大学学报，2018，52（12）：93-98.

[3]王飞.小排量汽油机与涡轮增压器匹配研究[J].小型内燃机与车辆技术，2018，47（02）：26-30.

·84·相关研究，

参考文献[1-4]针对不同方面进行相关研究，本文针对多轴后置处理算法的坐标变换原理进行浅析，提高了解CAM软件进行后置处理过程中，将刀位点转换为数控加工程序的基本原理，更好的了解数控技术。

1刀具旋转五轴数控机床的结构分析

五轴数控机床原则上是根据三个直线轴和三个旋转轴任意五种组合。目前数控机床主要由三个直线轴和两个旋转轴。在加工过程中可以实现五轴联动。加工过程中，机床主轴带动刀具快速旋转协同五轴同时作线性插补实现切削功能，使刀具按要求的空间轨迹运动，完成对复杂零件的加工。数控机床或加工中心运动轴刀具双回转五轴数控机床分析：

此类数控机床两个回转轴都作用于主轴头。按从直线轴到旋转轴的顺序，它可分为XYZAB、XYZBA、XYZCA与

XYZCB四种。但XYZCA与XYZCB两种情况可以看成旋

转轴的初始位置不同，也可归于同一坐标变换进行计算。

刀具双旋转五轴机床进行的后置处理算法都是在设定各轴两两相互正交。

2刀具旋转五轴数控机床后置处理算法对于一般如图1所示B－A刀具双摆动机床，

其回转轴线与刀具轴线相互垂直相交。建立如图2所示坐标系，其中OwXYZ、OtXYZ和OmXYZ分别为与工件、刀具和定轴固联。机床初始状态时，设工件在工作台上，工件坐标系、机床坐

标系及刀具坐标系的方向一致，工件坐标系的原点与机床坐标系的原点重合，刀轴矢量与Z轴平行，动轴A与X轴平行。设两回转轴A、B的交点Om到刀具坐标系原点Ot的

距离为L，

即刀具的摆长为L，其在刀具坐标系中的位置矢量为r（m0，0，L）。在机床坐标系OmXYZ中，刀位点和刀轴矢量分别为[0，0，-L]T和[0，0，1]T

，记机床平动轴相对于初始状态的位置为r（sx，

y，z），回转轴A、B相对于初始状态的角度分别为θA、θ（B逆时针方向为正

）。并且，刀轴和刀位点矢量在工件坐标系中的表达分别为u（i，j，k）和r（mxp，

yp，zp）。由机床运动链进行坐标变换，

可得：[i，j，k，0]T=R（Y，θB）R（X，θA）[0，0，1，0]T（1）

[xp，yp，zp，1]T=T（r）sR

（Y，θB）*R（X，θA）[0，0，-L，1]T（2）

图1刀具双摆动机床（B-A）

内燃机与配件

图2刀具双摆动机床的坐标系

上式中，T和R分别为平移和回转运动的齐次坐标变

换矩阵：

T（r）s＝

R（X，θA）＝

R（Y，θB）＝

由式（1）可解的，获得刀具旋转角度值：θA=arcsin（-j）－π/2≤θA≤π/2（3）θB=arctan（i/k），－π/2≤θB≤π/2（4）由式（4）可解得三个直线坐标轴的坐标值：x=xp+L*sinθB*cosθAy=yp－L*sinθA

z=zp+LcosθB*cosθA3结论

本文主要分析CAM软件进行后置处理的基本思路，通过针对刀具旋转五轴为例进行后置处理算法的分析及推导，充分理解多轴数控机床实施坐标变换算法及实现加工程序生成的理念，加深数控技术的理解，有助于多轴加工的编程人员及操作人员理解相关理论。

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