[发明专利]一种基于后置处理五轴刀具半径补偿方法

摘要

本发明公开了一种基于后置处理五轴刀具半径补偿方法。首先研究五轴刀具半径补偿的基本原理，针对常用的三种类型端铣刀，分别推导出其刀具半径补偿方向和补偿后刀位点的矢量。然后，建立前置刀位数据与机床各轴运动数据之间的关系方程，并结合补偿后刀位点的矢量，推导出补偿后的刀位数据与机床各坐标轴之间的关系方程。最后，利用Visual C++ 6.0开发出一套带有刀具半径补偿功能的后置处理软件。本发明能够解决不具备五轴半径补偿功能机床的刀具半径补偿问题，避免刀具半径尺寸改变后必须返回CAM系统重新生成刀轨和再次进行后置处理的繁琐过程，从而缩短零件总加工时间和提高了数控加工程序可重用性，具有较强的工程应用价值。

主权项

一种基于后置处理五轴刀具半径补偿方法，其特征在于，包括步骤：A、研究了五轴刀具半径补偿的基本原理，针对常用的三种类型端铣刀，如球头刀、平底刀和环形刀，分别推导出其刀具半径补偿方向和补偿后刀位点的矢量方程；B、以摆头转台类五轴数控机床为例，建立前置刀位数据与机床各轴运动数据之间的关系方程，结合补偿后刀位点的矢量方程，推导出补偿后的刀位数据与机床各轴运动数据之间的关系方程，并对其进行求解计算；C、利用步骤B中计算结果，基于Visual C++6.0开发出一套带有刀具半径补偿功能的后置处理软件，该软件不仅可以直接生成半径补偿后的数控加工程序，而且可以生成带有半径补偿宏变量的数控加工程序；D、利用该软件将刀具半径作为宏变量写入后置处理后的数控加工程序中，进而通过修改数控加工程序中半径宏变量就可以方便实现五轴刀具半径的补偿；步骤A中，推导出在工件坐标系中球头刀半径补偿后的刀位点O'pos的位置矢量rOpos′=rOpos+ΔR·n-ΔR·i---(1)]]>式中，n为球头刀半径补偿方向矢量，球头刀半径变化量ΔR＝R′‑R，R为球头刀半径，R′为变化后的球头刀半径，为半径补偿前的刀位点Opos的位置矢量，i为切触点P处刀位的刀轴矢量；在工件坐标系中平底刀半径补偿后的刀位点O'pos的位置矢量rOpos′=rOpos+ΔR·m---(2)]]>式中，m为平底刀半径补偿方向矢量，rP为曲面上的切触点P的位置矢量；在工件坐标系中环形刀半径补偿后刀位点Opos的位置矢量rOpos′=rOpos+(ΔR-Δr)m+Δr·n-Δr·i---(3)]]>式中，ΔR为环形刀半径变化量，ΔR＝R′‑R，R和R′分别为环形刀半径变化前后的变量；Δr为环形刀的圆角半径变化量，Δr＝r′‑r，r和r′分别为环形刀的圆角半径变化前后的变量；m和n为环形刀半径补偿方向矢量，且通过比较式(1)、(2)和(3)可以看出，当r＝R时，式(3)变为式(1)；当r＝0时，式(3)变为式(2)；因此式(3)是上述三种类型刀具补偿后刀位点矢量方程的一般形式；步骤B中，建立前置刀位数据与机床各轴运动数据之间的关系方程：X=x+LsinB+x0Y=ycosA+zsinA+y0cosA+z0sinAZ=-ysinA+zcosA+LcosB-y0sinA+z0cosA---(4)]]>式中，L为刀具摆长，B为摆头转动的坐标值，A为工作台转动坐标值，X、Y、Z分别为机床各平动轴的坐标值，x、y、z分别为工件坐标系中刀位点矢量分量，x0、y0、z0分别为工件坐标系原点相对于机床坐标系的偏移矢量分量；根据所述步骤A中刀具半径补偿后刀位点的矢量方程式(3)，进而得到刀具半径补偿后刀位点O'pos的计算公式：x′y′z′=sxsysz+txtytzR′+qxqyqzr′---(5)]]>式中，x、y、z为刀具半径补偿前刀位点Opos的坐标分量，xP、yP、zP为刀具与工件之间的切触点P的位置矢量分量，i、j、k为刀轴矢量分量，R为环形刀半径，r为环形刀的圆角半径；而x'、y'、z'为刀具尺寸改变后刀位点O'pos的坐标分量，R'为刀具尺寸改变后环形刀半径，r'为刀具尺寸改变后环形刀的圆角半径，且R'、r'为未知变量；再结合前置刀位数据与机床各轴运动数据之间的关系方程式(4)，推导出机床各平动轴的坐标计算公式：X=(sx+x0)+txR′+qxr′+LsinBY=(sy+y0)cosA+(sz+z0)sinA+(tycosA+tzsinA)R′+(qycosA+qzsinA)r′Z=(sz+z0)cosA-(sy+y0)sinA+(tzcosA-tysinA)R′+(qzcosA-qysinA)r′+LcosB---(6)]]>最后对上述方程进行求解计算，便可得到机床各平动轴的坐标值。