四轴联动雕刻机后置处理研究

四轴联动雕刻机后置处理研究

0采用cd-cm技术的口腔修复体hcgam系统在口腔修复领域引入mac技术是随着计算机、图象学、工程教学和科学研究的发展而发展起来的。它不仅可以简化传统的生产工艺过程，而且可以提高修复效率，减轻患者的痛苦。因此,口腔修复体专用CAD/CAM技术的研究,对于口腔修复领域无疑具有重要的实用价值本文自主开发的口腔修复体HGCAM系统,可以接受STL格式磨牙冠模型文件,生成高效的粗、精加工刀轨。目前该系统已经从三轴加工发展到四轴联动加工,使磨牙冠的加工质量得到进一步提高。由于该CAM系统专注于刀轨生成和优化算法,暂时还没有开发通用的后置处理模块。为了能够在开发刀轨生成和优化算法的同时及时验证算法的合理与否,本文开发了在四轴(1牙冠的加工磨牙是人体口腔中用于磨碎食物的牙齿,位于口腔的后部。磨牙损坏后,则先在牙龈上植入内冠或在坏牙基础上打磨成内冠,再将加工好的磨牙冠套在内冠上,内冠与磨牙冠之间的间隙由专用的粘接剂填充。1.1牙冠的刀轨加工图1、图2所示分别是磨牙冠的正面和背面。由图1、图2所示可知,磨牙冠正面为工作面,具有复杂的因人而异的曲面造型,需要较好的表面质量,其精加工刀轨必须连续,不允许有接刀痕的存在。磨牙冠的背面为一内腔,用于套在内冠上,其尺寸精度和表面质量要求不高。1.2用于研磨冠的加工工艺磨牙冠加工刀轨的刀位点采用基于顶点的STL数据模型快速等距算法生成,形成一层层平面环形刀轨1.3研磨冠部的加工设备磨牙冠的加工设备选择四轴(模型的机床坐标系2控制系统程序四轴以上数控机床控制系统按功能特点分为不带RTCP(即旋转刀具刀位点位置保持)功能型和带RTCP功能型。早期的和简易的控制系统一般不带RTCP功能,进行四轴以上联动加工时,要求NC程序计算出刀位点在机床转动后的实际坐标值。高档控制系统比如海德汉iTNC530等都带有RTCP可选购功能,优点是坐标变换由控制系统来实时计算,NC程序中的本文采用的四轴联动雕刻机是一种简易的数控机床,其控制系统不具有RTCP功能。因此,后置处理程序除了将刀轴矢量换算成一般四轴联动加工在装夹工件毛坯时,都要使得编程原点与旋转轴旋转中心重合,这使得四轴加工的准备工作繁重、效率低下。根据上述雕刻机的情况,本文对加工坐标系和编程坐标系进行分离处理:加工坐标系的原点置于旋转轴线上,其三个轴方向与机床坐标系三个轴方向一致,相对于空间固定,NC文件的坐标使用加工坐标系,加工坐标系原点置于卡盘端面中心,如图3所示;编程坐标系原点则置于工件毛坯上(为便于对刀,一般放在毛坯上表面中心),与机床无关,刀位文件的坐标使用编程坐标系。2.1刀身文件的格式口腔修复体HGCAM系统生成的刀位文件格式如下:每一行对应一个程序段,2.2刀轴佐的取限旋转轴可以360°旋转,则旋转角取值范围为[0°,360°)的情况:当刀轴矢量从取值范围为[-180°,180°]的情况与[0°,360°]的情况类似,刀轴矢量在第3象限和第4象限之间跨越时,在跨越之前,必须设置综上所述,2.3旋转角根据上述得出的2.4旋转轴实际加工工件毛坯装到机床上,操作者对刀时先找到加工坐标系原点,然后再找出编程坐标系原点在加工坐标系中的坐标(为了实现RTCP功能,编程坐标系和刀轨要跟随工件旋转,即二者相对于工件静止,如图6所示(图中未显示刀轨)。此时,问题就转化为刀轨坐标从编程坐标系向加工坐标系的换算。图6中编程坐标系原点在加工坐标系中的坐标(刀位轨迹在加工坐标系中的坐标(后置处理出来的NC文件的每一个程序段坐标值使用式(3)计算,3球头铣刀仿真本文对粗加工刀轨进行后处理并仿真,使用直径为ϕ1mm的球头铣刀,仿真过程如图7所示。粗加工后牙冠的仿真结果如图8所示。仿真结果符合预期牙冠的造型。4设置ug后置处理设置本文对磨牙冠结构特性、加工刀轨特点以及四轴联动雕刻机旋转轴特性进行合理地分析,在此基础上开发的后置处理程序具有如下特点。1)工件装夹时不需要使编程原点与旋转轴的旋转中心重合,编程原点可以置于工件上的任何位置,与机床无关。因此,简化了工件装夹,降低了操作者的劳动强度,提高了准备工作效率。2)采用后置处理专门算法对刀轨进行RTCP处理,通过比较,处理速度是UG后置处理速度的10倍左右。3)针对旋转轴的线性特性,提出旋转角度的计算区间和跨象限的处理方法,这对旋转轴没有最短距离旋转功能的四轴以上机床具有一定的参考意