[发明专利]基于AC型五轴数控机床后处理五轴鼓型刀半径补偿方法

摘要

本发明公开了一种基于AC型五轴数控机床后处理五轴鼓型刀半径补偿方法，包括如下步骤：研究鼓型刀五轴侧铣加工复杂曲面半径补偿的基本原理，推导出五轴鼓型刀半径补偿方向和补偿后刀位点矢量计算方程；建立前置刀位数据与AC型五轴数控机床各坐标轴之间的关系方程；利用五轴鼓型刀半径补偿后刀位点矢量计算方程，推导出五轴鼓型刀半径补偿后刀位数据与AC型五轴数控机床各坐标轴之间的关系方程；针对AC型五轴数控机床利用C++语言开发出一套具有五轴鼓型刀半径补偿功能的后处理软件；利用该后处理软件生成含有鼓型刀半径补偿宏变量的数控加工程序，根据实际鼓型刀半径尺寸直接修改其宏变量的值来实现五轴鼓型刀半径补偿。

主权项

1.一种基于AC型五轴数控机床后处理五轴鼓型刀半径补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：/nA、研究鼓型刀五轴侧铣加工复杂曲面半径补偿的基本原理，推导出五轴鼓型刀半径补偿方向和补偿后刀位点矢量计算方程；/nB、建立前置刀位数据与AC型五轴数控机床各坐标轴之间的关系方程；/nC、利用五轴鼓型刀半径补偿后刀位点矢量计算方程，建立五轴鼓型刀半径补偿后刀位数据与AC型五轴数控机床各坐标轴之间的关系方程；/nD、针对AC型五轴数控机床利用C++语言开发出一套具有五轴鼓型刀半径补偿功能的后处理软件；/nE、利用步骤D的后处理软件生成含有鼓型刀半径补偿宏变量的数控加工程序；步骤A中，/n(1)在工件坐标系中五轴鼓型刀半径补偿后刀心点O'的位置矢量为/nr_O′＝r_O+(△r-△R)·m+△r·n (1)/n式中，P为曲面上的刀触点，n为刀触点P处曲面的单位法矢量，m为垂直于刀轴方向的单位矢量，△R和△r分别代表m和n补偿方向的补偿量，△R＝R′-R和△r＝r′-r，R和R′分别为鼓型刀尺寸变化前后径向最大回转圆半径，r和r′分别为鼓型刀尺寸变化前后鼓型圆弧母线半径，O为鼓型刀的刀心点；/n(2)五轴鼓型刀半径补偿方向矢量为/n /n式中，O_pos为鼓型刀的刀位点，P为曲面上的刀触点，i为刀触点P处刀轴矢量；/n /n式中，h为鼓型刀切削刃高度，O₁为鼓型圆弧母线的圆心；/n(3)鼓型刀的刀位点实际上是由鼓型刀的刀心点沿刀轴矢量反向偏移h/2而得到，即通过联立式(1)可得到五轴鼓型刀半径补偿后刀位点O′_pos的位置矢量：/n /n步骤B中，根据AC型五轴数控机床具体结构、机床运动链和机床各坐标系之间关系，建立前置刀位数据与AC型五轴数控机床各坐标轴之间的关系方程：/n(i,j,k,0)^T＝R(C)R(A)(0,0,1,0)^T (5)/n /n式中，i、j、k分别为工件坐标系中刀轴矢量分量，x、y、z分别为工件坐标系中刀位点矢量分量，X、Y、Z分别为机床各平动轴的坐标值，C为绕机床平动轴Z旋转的回转轴相对于初始状态转角，A为绕机床平动轴X旋转的回转轴相对于初始状态转角，机床坐标系原点O_m位于C轴转台表面中心，与A轴固连的坐标系的原点O_m1在机床坐标系中位置矢量为[x_m1,y_m1,z_m1]，工件坐标系原点O_w在机床坐标系中位置矢量为[x₀,y₀,z₀]，r_s为机床平动轴相对于初始状态平移矢量，为T和R分别为平移和旋转运动的齐次变换矩阵：/n /n /n设A轴回转工作台的范围A∈[-90°,0°]，C轴回转工作台的范围C∈[-180°,180°]，则由式(5)可以得到机床回转轴的计算公式：/n /n由式(6)可以得到机床各平动轴的计算公式：/n /n步骤C中，/n(1)由式(4)推导出五轴鼓型刀半径补偿后刀位点O'_pos的计算公式：/n /n式中，(x,y,z)和(i,j,k)为刀位点O_pos的刀位数据，(x_P,y_P,z_P)为鼓型刀与工件曲面的刀触点P的位置矢量，(x',y',z')为鼓型刀半径尺寸改变后刀位点O'_pos的位置矢量，/n(2)五轴鼓型刀刀位点半径补偿后机床各平动轴的坐标值/n当鼓型刀径向半径和鼓型圆弧母线圆半径变化量为变量时，将式(9)中半径补偿后的刀位点(x',y',z')代入式(8)，则可以得到刀位点半径补偿后机床各平动轴的坐标值：/n /n