基于球面双圆法的五轴加工后处理转换

基于球面双圆法的五轴加工后处理转换

0高阶nc机床的后处理器转换法则经过加工后，五轴加工的刀路径发生了变化，cn数据发生了变化。这是五轴加工领域的一个非常重要的课题。后处理的任务是将CAM软件所产生的CLdata转换成特定的五轴机床进行加工时所需的NCdata。由于五轴机床比三轴机床多了2个旋转轴,复杂程度大幅增加。探讨不同五轴机床机型的后处理器的转换法则,以开发自主知识产权的泛用型后处理器,将有助于高阶NC机床的技术层次大幅提升。为了达到上述目标,本研究针对五轴加工后处理转换提出球面双圆法(简称STC法)的通用法则,运用此法则可计算出所有机型的五轴机床的旋转角,求得旋转角,即可采用正向运动的方法求出五轴加工的坐标点。1推导旋转角公式STC法的特点是先搁置五轴运动中的线性运动,而着重于2个旋转轴的运动,并将此2个旋转运动分解成主轴向量或刀轴向量依序绕次旋转轴及主旋转轴进行旋转,可方便地经由刀轴向量求得2个旋转轴的旋转角,再利用求得的旋转角以正向运动学求出NCdata的点坐标,并推导出后处理器的坐标转换公式。STC法不仅可以应用于工作台型五轴机床,也可应用于其他类型的五轴机床,不但可用于旋转轴正交型,也可应用于旋转轴非正交型。五轴加工后处理转换的研究项目可分为:(1)五轴机床的分类;(2)以STC法的概念推导旋转角公式;(3)推导NCdata的点坐标公式。1.1工作台的运动方式一般将五轴机床分为正交型五轴机床与非正交型五轴机床,这两大种类又可细分成不同的工作形式,根据不同形式的工作台的运动方式,以便后续正向运动学的NCdata计算。以工作台型为例。工作台型:2个旋转轴都可带动工件,则称为工作台型,如图1所示,若依其2个旋转轴转动又可细分为TATC,TBTC,TATB,TBTA。1.2后处理的转换一般后处理转换公式分成两类,以机械手臂的方式和以坐标转换的方式,其中包括正向运动学及反向运动学。但其后处理过程以复杂的方式推导出公式。由于五轴机床型号多,上述的研究缺乏一个适用于任意结构的五轴机床的公式,因此本文提出的STC法来改善复杂且无通用的转换过程。STC法先求得旋转角后,即可应用正向转换解得NC点坐标,因此STC法来解旋转角,建立一个通用法则,此法则适用于正交型及非正交型的后处理的坐标转换。此外,STC法概念具有以图形进行几何分析,利用两圆相交的关系,可快速推导出刀轴向量的有效范围及判别旋转轴的方向,这个发现是以往尚未研究的领域,所谓的刀轴向量的有效范围是指由位于该区的刀轴向量可计算出旋转角,而位于无效范围的刀轴向量则无法解出旋转角。(1)STC法的基本概念STC法的特点是先将五轴运动中的线性运动暂不考虑,而着重于2个旋转轴的探讨,其基本概念是以主轴向量及刀轴向量绕2个轴旋转,得到2个圆形的运动轨迹,如图2所示的主旋转圆及次旋转圆,再依据机床的机构特性,将主轴向量(或刀轴向量)依序沿着2个旋转圆进行转动,可轻易地经由刀轴单位向量求得2个旋转轴的旋转角,再利用已经求得的旋转角解出NCcodes的点坐标,并推导后处理器的坐标转换公式。(2)以STC法求Table型五轴加工的旋转角Table型五轴机床的两旋转轴都在工件侧,2个旋转轴的运动都可使工件的位置改变。下面以STC法求Table型的旋转角之前,定义相关的名词:(1)次旋转圆C(2)主旋转圆CSTC法是由4个向量及2个圆组成,如图3所示,适用于所有Table型的通用T模型,4个向量分别为主旋转轴向量、次旋转轴向量、主轴向量及刀轴向量,其中主轴向量代表主轴上的刀具,而刀轴向量代表加工点上规划的刀具轴向。2个圆分别由主轴向量的端点P1.3运动学的运动学研究上述通过STC法可计算出旋转角,应用STC法解搭配不同机床形式以正向运动学概念求出NCdata。正向运动学是依据各连杆的运动参数(旋转角或是平移量)求得末端的位置及朝向;逆运动则相反。在运动学的研究中常用Loopclosureequation,如式(1)所示。将式(1)代入五轴机床,因结构的不同将得出不同的Loopclosureequation,利用此方程式可求得旋转角及点坐标的关系式。2对旋转轴的轴向分类NC点坐标通用公式适用于所有工作台型五轴机床,包括正交型及非正交型。Table正交型五轴机床依照旋转轴的轴向分类共有TATC、TBTC、TATB及TBTA四种形式。Table型五轴机床的CLdata转换NCdata的通用公式为主旋转角次旋转角3创建nc数据最后使用计算机软件去仿真五轴机床后处理的功能,在正交工作台型五轴机床中,使用软件转换CL数据为NC数据。过去常常在实际切削之前使用切削仿真软件Vericut来验证输入NC数据的可行性和有效性。4交和正交工作台型机床介绍传统的研究都是在五轴后处理上使用特定的机床类型使用特定的方法,该方法就是去确定旋转角的NC数据,基于五轴机床的旋转机床,对五轴非正交和正交工作台型机床,主要是产生主旋转圆和次旋转圆。2个圆的交点被定义转换点,通过沿着主和次旋转圆的转换点移动刀具刀轴向量,该方法能够快速直观检验NC数据正确与否。本文所