带RTCP功能的五轴机床后处理程序开发.pdf
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1、 第卷 第期 年月:带功 能 的 五 轴 机 床 后 处 理 程 序 开 发林 志 伟,周 哲 平,王 郑 拓,栾 丛 丛(浙 江 大 学机 械 工 程 学 院 实 验 教 学 中 心;工 程 训 练(金 工)中 心,杭 州;浙 江 杭 机 股 份 有 限 公 司,杭 州)摘要:为 解 决 带 旋 转 刀 具 中 心 点()功 能 五 轴 机 床 的 后 处 理 问 题,以 国 产 桌面 式 双 回 转 工 作 台 型 五 轴 机 床 结 构 为 研 究 对 象,对 其 运 动 链 进 行 了 分 析 和 建 模,建立 了 其 正 向 运 动 学 方 程;对 旋 转 轴 和 平 动 轴 分 别
2、 进 行 了 反 向 运 动 学 求 解,分 析 了 旋转 轴 双 解 问 题 的 求 解 策 略;同 时 结 合 五 轴 机 床 的功 能,开 发 了 一 套 通 用 性 较强 的 后 置 处 理 程 序。最 后 对 后 处 理 程 序 进 行 了 五 轴 加 工 实 验,验 证 了 该 程 序 在 实际 应 用 中 的 正 确 性 和 有 效 性。关 键 词:五 轴 机 床;后 置 处 理;旋 转 刀 具 中 心 点;反 向 运 动 学中 图 分 类 号:文 献 标 志 码:文 章 编 号:(),(,;,;,):,:;();收 稿 日 期:基 金 项 目:浙 江 省 重 点 研 发 计 划
3、 项 目();浙 江 大 学 实 验技 术 研 究 项 目();浙 江 大 学 本 科 教 学 创 新 实 践 项 目()作 者 简 介:林 志 伟(),男,浙 江 台 州 人,博 士,助 理 研 究 员,主要 研 究 方 向 为 计 算 机 辅 助 制 造,三 维 打 印。:;:引言在 五 轴 加 工 中,刀 具 能 够 调 整 到 相 对 于 工 件 的 任意 姿 角,可 以 平 滑 地 加 工 自 由 曲 面,提 高 工 件 表 面 质量,也 使 得 一 次 装 夹 便 完 成 多 道 工 序 加 工 成 为 可 能,从而 减 小 定 位 误 差。五 轴 机 床 配 置 形 式 多 达
4、上 千种。等通 过 齐 次 矩 阵 变 换 推 导 了 反 映 机 床 各轴 位 移 的 反 向 运 动 学 方 程。文 献 中 建 立 了 包 含个 旋 转 轴 的 五 轴 机 床 的 统 一 运 动 学 模 型。等主 张 使 用 提 刀 法 来 避 免 后 处 理 中 共 轭 双 解 在 相 位 转 变中 出 现 的 过 切 现 象。于 孝 水 等以 六 轴 龙 门 铣 床 为研 究 对 象,分 析 了 该 机 床 的 运 动 学 模 型。张 宗 仁开发 了 面 向 华 中五 轴 数 控 系 统 的后 处 理程 序。熊 江 等针 对 双 回 转 主 轴 型 五 轴 机 床,开 发 了无 旋
5、 转 刀 具 中 心 点(,第期林 志 伟,等:带功 能 的 五 轴 机 床 后 处 理 程 序 开 发)的 后 处 理 程 序。洪 超针 对软 件后 处 理 模 块,研 究 五 轴 后 处 理 文 件 的 修 改 和 定 制 方 法。任 涛以 数 控 系 统 为 例,采 用进 行 后 处 理 程 序 构 建。目 前,常 用 的 五 轴 机 床 一 般 都 带 有功 能,使得 数 控(,)代 码 独 立 于 工 装 条 件存 在,大 大 降 低 了 五 轴代 码 生 成 以 及 对 刀 难 度。尽 管 如 此,在 五 轴 加 工 中,由 计 算 机 辅 助 制 造(,)软 件 生 成 的 刀
6、位(,)数 据 无 法 直 接 用 于 驱 动 机 床 运动,需 要 经 过 专 用 的 后 置 处 理 程 序 处 理,转 换 为 能 够 适配 相 应 机 床 的代 码。开 发 五 轴 后 处 理 程 序 的 关 键是 对 五 轴 机 床 的 结 构 和 运 动 链 进 行 正 确 的 建 模 与 分析,从 而 得 出 其 正 反 向 运 动 学 方 程。由 于 大 部 分 机 床 厂 商 都 不 会 主 动 提 供 专 属 后 处 理文 件,客 户 通 常 需 要 额 外 购 买,价 格 昂 贵,阻 碍 了 国内 五 轴 机 床 的 推 广 使 用。为 此,本 文 以 国 产 桌 面 式
7、 双回 转 工 作 台(,)型 五 轴 机 床 为 例,根 据实 际 机 床 结 构 对 其 运 动 链 进 行 分 析,推 导 其 运 动 学 和反 向 运 动 学 方 程,并 在 此 基 础 上,构 建 在功 能 开启 下 的 五 轴 后 处 理 程 序。五 轴 机 床 运 动 学 建 模图为 实 验 室 前 期 购 置 的 国 产 某 型 号 桌 面 式型 五 轴 机 床,该 机 床 内 置 五 轴 数 控 系 统,各 轴 采 用 伺 服控 制,加 工 精 度 达 ,常 用 于 高 等 院 校 数 控 教 学或 玉 石 等 雕 刻 生 产。如 图所 示,该 机 床 包 含条 运动 链,其
8、 中 第条 运 动 链 包 括个 进 给 轴,分 别 为、平 动 轴 和、旋 转 轴,其 中轴 安 装 在 机 床 基 座 上,轴 安 装 在轴 上,轴 安 装 在轴 上,轴 安 装 在轴上,工 作 台 位 于轴。第条 运 动 链 仅 包 括 一 个 进 给轴,即平 动 轴。对 两 旋 转 轴,轴 旋 转 角 度 范 围 为?,轴 可 任 意 旋 转,为 方 便 后 续 推 导,不 妨取轴 在 一 个 周 期 内 旋 转 角 度 范 围 为?。图桌 面 式型 五 轴 机 床 实 物 记、两 轴 线(异 面 直 线)最 近 点 分 别 为、,且 记到向 量 为,如 图所 示。以为 原 点 建图
9、型转 轴 五 轴 机 床 运 动 链 示 意 图立 机 床 坐 标 系,各 坐 标 轴 分 别 和 机 床 各 平 动 轴 平 行。在 机 床 坐 标 系 下,向 量 坐 标 为(,),其 中为 点到距 离。运 用 文 献 五 轴 机 床 运 动 学 齐 次 分 析 法,推 导得 上 述 五 轴 机 床 的 基 础 运 动 学 方 程 如 下 表 达 式:()()()()(,)()()()()()()(,)()()式 中:、分 别 为 某 一 加 工 点 在 工 件 坐 标 下 的 刀 位信 息,其 中为 刀 具 参 考 点(如 刀 尖 点),坐 标 为(,),表 示 刀 轴 矢 量,坐 标
10、为(,);向 量(,)表 示 工 件 坐 标 系 原 点 相 对 于 机 床 坐 标 系偏 移;向 量(,)为 对 刀 向 量,即 程 序 原 点 相对 于 机 床 坐 标 系 的 偏 移;、为 机 床 各 轴 相 对于 机 床 初 始 状 态 的 平 动 位 移 或 转 动 角 度,即 各 轴 指 令;和分 别 为 绕 坐 标 系、轴 转 动 的 旋 转 矩 阵 算子,其 中:()()()()为 平 移 矩 阵 算 子,表 示 为(,)()参 数 也 可 为 一 向 量,如 对 向 量,()(,)。第卷展 开 式()、()可 得型、转 轴 五 轴 机 床 运动 学 方 程:()()()()(
11、)()()()()()式()、()建 立 了 机 床 坐 标 系 下 各 轴 运 动 量 和 工件 坐 标 系 下 刀 位 点 坐 标 的 映 射 关 系,以、为未 知 数 反 向 求 解 以 上式 即 可 得 该 类 五 轴 机 床 的 反 向运 动 学 方 程。反 向 运 动 学 求 解 旋 转 轴 反 解首 先 对 旋 转 轴 进 行 反 解,即 已 知 工 件 坐 标 系 下 的当 前 单 位 刀 轴 矢 量(,),求 解 机 床、转轴 的 旋 转 角 度。考 虑 到轴 旋 转 角 度 范 围 为?,?,由 式(),可 得:()()当,此 时?,即 ,且 ,可 取 任 意 值。在 实
12、际 应 用 中,为 尽 量 减 少 机 床 各轴 运 动 量,取 值 可 与 前 一 刀 位 保 持 一 致,即轴 保 持不 转 动。当?,即?时,?,此 时 ,考 虑取 值 为?,?)。若,此 时 为 无 穷 大,即?或?。如 果 取?,对 应 式(),此 时 ,与同 号,即:()()()式 中:(),()如 果?,对 应 式(),此 时 ,与异 号,即:()()()综 上,当?且,此 时?,()(),或?,()()当?且?时,令(),显 然?(?,?),而 要 求 的?,?)。由于函 数 的 周 期 为?,当时,?或?,由 式(),当?时,此 时与异 号;当?时,此 时和同 号。综 上,当
13、?且?且 时,?,()()或?,()()。此 外,当?且?且?时,?。当 ,即?(?,?)时,?或?;而 当 时,?(?,?)时,或?。取 值 由 如 下种 情 况:()当 。若 取?(?,?),此 时 ,由 式(),和同 号,解 可由 式()给 出;若 取?(?,?),此时 ,和异 号,解 可 由 式()给 出。()当 。若 取?(?,?),此 时 ,和同 号,解 可 由 式()给 出;若 取?(?,?),此 时 ,和异号,解 可 由 式()给 出。综 合 以 上 讨 论,对 任 意 当 前 刀 轴 矢 量,均 可 得关 于、的 两 组 解。平 动 轴 反 解考 虑 到 在 实 际 五 轴
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- 关 键 词:
- RTCP 功能 机床 处理 程序 开发
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