專利名稱：五軸聯(lián)動數(shù)控加工的后置處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到多軸數(shù)控加工領(lǐng)域，尤其是涉及到將刀位文件轉(zhuǎn)換為五軸聯(lián)動數(shù)控銑床加工代碼的后置處理方法。
背景技術(shù)：
隨著航空航天，造船，汽車，能源等工業(yè)的發(fā)展，多軸聯(lián)動數(shù)控加工技術(shù)廣泛的運(yùn)用于高精密復(fù)雜曲面薄壁零件的加工中。CAM軟件根據(jù)零件形狀和工藝參數(shù)規(guī)劃好刀路生成的刀位軌跡源文件并不能直接用來驅(qū)動數(shù)控機(jī)床。后置處理就是將刀位文件轉(zhuǎn)換成機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)可以識別并正確驅(qū)動機(jī)床運(yùn)動的NC代碼的處理過程。五軸聯(lián)動機(jī)床相比于三軸與四軸機(jī)床，增加了多個自由度使刀軸方向更靈活，理論上可以加工任意自由曲面。但在后置處理中計算各軸的分量值時，存在兩組可行的解，衍生出了選解問題，如果選解不當(dāng)將造成機(jī)床迅猛大幅擺動，控制失衡可能發(fā)生嚴(yán)重的部件碰撞，威脅加工安全。Y. H. Jimg等人在 2002 年的 Journal of Materials Processing Technology 雜志上提出了一種能夠優(yōu)化選解的算法，但是該算法必須首先生成出兩種NC代碼，然后選用通過角度的反向來確定一個合適的NC代碼用于加工，算法很不方便。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服后置處理軟件中逆向運(yùn)動學(xué)選解不當(dāng)可能造成的安全問題，以及避免因首個刀位點(diǎn)計算旋轉(zhuǎn)軸角度選解錯誤造成的不必要的超程處理引發(fā)的抬刀-進(jìn)刀，從而影響加工質(zhì)量的問題，本發(fā)明提供了一種五軸聯(lián)動數(shù)控加工的后置處理方法，綜合考慮刀位文件、旋轉(zhuǎn)軸極限和可視化問題，不必生成兩個NC程序，就能夠解決選解不當(dāng)造成的加工問題。五軸后置處理區(qū)別于三軸，四軸后置處理在于通過刀軸矢量計算旋轉(zhuǎn)軸角度的時候，存在兩組可行解。以雙擺臺(B軸C軸)五軸聯(lián)動機(jī)床為例，來說明產(chǎn)生雙解的原因[i，j，k]T為刀位點(diǎn)對應(yīng)的刀軸矢量。B軸為非依賴軸，其旋轉(zhuǎn)角度用ΘB來表示， C軸軸心線依賴于B軸的旋轉(zhuǎn)為依賴軸，其旋轉(zhuǎn)角度用表示。假設(shè)加工坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系方位相同，并且固定。刀具坐標(biāo)系起初與加工坐標(biāo)系重合此時刀軸矢量如下W ο ι]τ， 經(jīng)過兩次旋轉(zhuǎn)變換，變?yōu)榈段稽c(diǎn)對應(yīng)的刀軸矢量[i j k]T，則有如下方程式
0"i
Rot(Z1Sc) χ Rot(Y1S5) χ0=j(式1).1. 展開得
權(quán)利要求
1.一種五軸聯(lián)動數(shù)控加工的后置處理方法，包括如下步驟(1)對刀位文件的參數(shù)進(jìn)行提取和處理，分離出刀位文件中的規(guī)劃進(jìn)給量，以及刀位語句中的六個參數(shù)；(2)定義五軸數(shù)控機(jī)床中的非依賴旋轉(zhuǎn)軸F軸的優(yōu)勢區(qū)間和劣勢區(qū)間，以及相應(yīng)的優(yōu)勢角θ &和劣勢角ΘΜ;其中，優(yōu)勢區(qū)間指非依賴旋轉(zhuǎn)軸F軸行程的正負(fù)區(qū)間中行程較大的區(qū)間，劣勢區(qū)間為行程較小的區(qū)間，優(yōu)勢角即優(yōu)勢區(qū)間的極限角，劣勢角為劣勢區(qū)間的極限角；(3)將刀位文件中所有刀位點(diǎn)對應(yīng)的刀軸矢量[ij k]中的k值進(jìn)行遍歷，得到各刀位點(diǎn)對應(yīng)的F軸的解θ F = arccos (k)，比較各刀位點(diǎn)所得的θ F，得到刀位文件中對應(yīng)F軸旋轉(zhuǎn)的最大角度9Fmax;(4)比較所述最大角度Qrmx，優(yōu)勢角eFa，劣勢角θFd三者的關(guān)系，確定出首行刀位數(shù)據(jù)的F軸的角度值《和依賴所述F軸的依賴軸E軸的角度值疼；(5)從第二行刀位數(shù)據(jù)開始，逐行對刀位數(shù)據(jù)中的刀軸矢量[ij k]進(jìn)行處理，獲得E 軸和F軸在各行刀位點(diǎn)上的角度值θρ;根據(jù)每行刀位數(shù)據(jù)對應(yīng)的角度值θ Ε，獲得各行平動軸的解，完成刀位數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，即可實(shí)現(xiàn)后置處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的后置處理方法，其特征在于，所述的步驟中，確定首行刀位數(shù)據(jù)的F軸的角度值疼和依賴軸E軸的角度值《的具體過程為(一)如果eFmax< I θ Fd I，則首先根據(jù)首行刀位點(diǎn)數(shù)據(jù)[χ y ζ i j k]1計算依賴軸E軸的兩個解先，釓，其中4 e Γ0,360°] S2m e Γθ,360°]；再選擇使所述E軸旋轉(zhuǎn)量最小的一個Hi^ hiL」L」解作為首行刀位的E軸的角度值《，最后根據(jù)得到的角度值《獲得的非依賴軸F軸的角度(二)如果I ΘΜ| < θ Fmax < I θ&|，此時刀位文件中的首個刀位點(diǎn)對應(yīng)的F軸的角度值選擇在優(yōu)勢區(qū)間，即若優(yōu)勢區(qū)間為負(fù)區(qū)間，則角度值疼=-arccos(k)，否則疼=arccos(k)， 然后根據(jù)所求的角度值疼，確定出首行刀位點(diǎn)對應(yīng)的依賴軸E軸的角度值疼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的后置處理方法，其特征在于，所述的步驟(一)中，還可通過先確定可視區(qū)間，從而得到首行刀位數(shù)據(jù)中非依賴軸F軸的角度值疼和依賴軸E軸的角度值疼，其中，所述可視區(qū)間指加工的零件不被旋轉(zhuǎn)部件遮擋的區(qū)間，具體過程為首先，將首個刀位點(diǎn)的非依賴軸的解定義在可視區(qū)間，再對于第一行刀位語句，在可視區(qū)間中確定非依賴軸F軸的解劣；然后根據(jù)首行刀位點(diǎn)數(shù)據(jù)[χ y ζ i j k]1計算非依賴軸《=士arccos(k)，若可視區(qū)間為負(fù)則疼=-arccos(k),否則 6^ =arccos(k)；最后確定首行刀位中疼所對應(yīng)的依賴軸E軸的角度值疼。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的后置處理方法，其特征在于，所述的步驟(5)中，從第二行開始，確定各行刀位數(shù)據(jù)的F軸和E軸的角度值《和《的具體步驟如下，其中，η表示正在處理的刀位點(diǎn)序號，N表示刀位文件中刀位點(diǎn)總數(shù)(5. 1)將η賦予初值，η = 2 ；(5.2)根據(jù)第η行刀位數(shù)據(jù)中的刀軸矢量[i j k]n計算出E軸旋轉(zhuǎn)角度的兩個數(shù)值解 θηΕΙ，Θ"Ε2，其中④ ^
，Θ"Ε1 e
；(5. 3)將所得，《2分別與前一行刀位數(shù)據(jù)計算出的E軸終解《―1對比，選擇致使E軸的旋轉(zhuǎn)量最小的解作為第η行刀位數(shù)據(jù)計算出E軸的最終旋轉(zhuǎn)角度巧，然后計算E軸旋轉(zhuǎn)角度對應(yīng)的F軸解作為F軸第η行刀位數(shù)據(jù)的最終值《，結(jié)合第η行刀位點(diǎn)坐標(biāo)[i j k]n 輸出各移動軸和旋轉(zhuǎn)軸的值； (5. 4)n值自增1 ；(5. 5)重復(fù)步驟(5. 2)-(5.4)，直到完成最后一行刀位數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換過程即η = N時。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的后置處理方法，其特征在于，所述五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床為雙轉(zhuǎn)臺式BC軸機(jī)床，B軸為非依賴旋轉(zhuǎn)軸，C軸為依賴旋轉(zhuǎn)軸，根據(jù)第η行刀位數(shù)據(jù)[i j k]n求解C軸兩個解印,，《2的計算過程如下j = 0，i < 0 時= 0\enC2 =180°； j = 0，i > 0 時=180°,^ = 0。； j > 0 時呢=270°-arctan(/7乃禮=90° -arctan(// j)； j < 0 時印！ = 90° - arctan(// = 270° -arctan(// j)；
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的后置處理方法，其特征在于，所述步驟(二)中，根據(jù)所求的 B軸角度值劣，確定出首行刀位點(diǎn)對應(yīng)的依賴軸C軸的角度值砹的具體過程為(I)若《為負(fù) j = 0，i < 0 時，涔=0。； j = 0，i > 0 時，砹=180。; j > 0 時，疼=270。- arctan(/ / j)； j < 0 時，砹=90。- arctan(/ / j)； (I)若劣為正 j = 0，i < 0 時，砹=180。； j = 0，i > 0 時，砹=0。； j > 0 時，6^ = 90。- arctan(/ / j)； j < 0 時，疼=270。- arctan(/ / j)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2-4之一所述的后置處理方法，其特征在于，所述五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床為雙轉(zhuǎn)臺式BC軸機(jī)床，B軸為非依賴旋轉(zhuǎn)軸，C軸為依賴旋轉(zhuǎn)軸，所述步驟(一)中根據(jù)首行刀位數(shù)據(jù)計算出的依賴軸C軸的兩個解略和砹2，選擇使首行刀位數(shù)據(jù)依賴軸C軸旋轉(zhuǎn)量最小的一個解砹的具體過程為⑴“180。時若陣-360°| < \θια2-180°|，則依賴軸角度砹=；若陣_■。卜掉2 -ISO。!則依賴軸角度砹=Θ12 ； (ii)當(dāng)砹 <180。若陣-180°!
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的后置處理方法，其特征在于，所述步驟(一)中確定非依賴軸 B軸解《的具體過程為若砹=O1ci，則首行刀位非依賴軸B軸角度解的所在區(qū)間為負(fù)， θιΒ=~ arccos(A)若砹=O1c2，則首行刀位非依賴軸B軸角度解的所在區(qū)間為正， θ\ = arccos(A)
9.根據(jù)權(quán)利要求4-8所述的后置處理方法，其特征在于，所述五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床為雙轉(zhuǎn)臺式BC軸機(jī)床，B軸為非依賴旋轉(zhuǎn)軸，C軸為依賴旋轉(zhuǎn)軸，所述步驟(5. 中，選擇使依賴旋C軸的旋轉(zhuǎn)量最小的解作為第η行刀位數(shù)據(jù)計算出C軸的最終旋轉(zhuǎn)角度印的具體過程為定義
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的后置處理方法，其特征在于，所述步驟(5.3)中確定非依賴軸B軸解巧的具體過程為當(dāng)《=^1時，依賴軸解的所在區(qū)間為負(fù)
全文摘要
本發(fā)明公開了一種五軸聯(lián)動數(shù)控加工的后置處理方法，包括(1)分離出刀位文件中的規(guī)劃進(jìn)給量，以及刀位語句中的六個參數(shù)；(2)定義五軸數(shù)控機(jī)床中的非依賴旋轉(zhuǎn)軸F軸的優(yōu)勢區(qū)間和劣勢區(qū)間，以及相應(yīng)的優(yōu)勢角θFa和劣勢角θFd；(3)得到各刀位點(diǎn)對應(yīng)的F軸的解θF＝arccos(k)，獲得刀位文件中對應(yīng)非依賴軸旋轉(zhuǎn)的最大角度θFmax；(4)確定出首行刀位數(shù)據(jù)的F軸的角度值和依賴所述F軸的依賴軸E軸的角度值(5)獲得E軸和F軸在各行刀位點(diǎn)上的角度值θE和θF；根據(jù)每行刀位數(shù)據(jù)對應(yīng)的角度值，獲得各行平動軸的解，即可完成刀位數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)后置處理。本發(fā)明能夠考慮刀位文件以及非依賴軸旋轉(zhuǎn)極限，解決五軸聯(lián)動數(shù)控加工逆向運(yùn)動學(xué)選解問題。
文檔編號G05B19/414GK102269984SQ201110065169
公開日2011年12月7日 申請日期2011年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月17日
發(fā)明者丁漢, 代星, 葉濤, 熊有倫, 熊蔡華 申請人:華中科技大學(xué)