專利名稱：五軸聯(lián)動數控加工的后置處理方法
技術領域：
本發(fā)明涉及到多軸數控加工領域，尤其是涉及到將刀位文件轉換為五軸聯(lián)動數控銑床加工代碼的后置處理方法。
背景技術：
隨著航空航天，造船，汽車，能源等工業(yè)的發(fā)展，多軸聯(lián)動數控加工技術廣泛的運用于高精密復雜曲面薄壁零件的加工中。CAM軟件根據零件形狀和工藝參數規(guī)劃好刀路生成的刀位軌跡源文件并不能直接用來驅動數控機床。后置處理就是將刀位文件轉換成機床數控系統(tǒng)可以識別并正確驅動機床運動的NC代碼的處理過程。五軸聯(lián)動機床相比于三軸與四軸機床，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，如果選解不當將造成機床迅猛大幅擺動，控制失衡可能發(fā)生嚴重的部件碰撞，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)明內容
為了克服后置處理軟件中逆向運動學選解不當可能造成的安全問題，以及避免因首個刀位點計算旋轉軸角度選解錯誤造成的不必要的超程處理引發(fā)的抬刀-進刀，從而影響加工質量的問題，本發(fā)明提供了一種五軸聯(lián)動數控加工的后置處理方法，綜合考慮刀位文件、旋轉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)動機床為例，來說明產生雙解的原因[i，j，k]T為刀位點對應的刀軸矢量。B軸為非依賴軸，其旋轉角度用ΘB來表示， C軸軸心線依賴于B軸的旋轉為依賴軸，其旋轉角度用表示。假設加工坐標系與機床坐標系方位相同，并且固定。刀具坐標系起初與加工坐標系重合此時刀軸矢量如下W ο ι]τ， 經過兩次旋轉變換，變?yōu)榈段稽c對應的刀軸矢量[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
權利要求
1.一種五軸聯(lián)動數控加工的后置處理方法，包括如下步驟(1)對刀位文件的參數進行提取和處理，分離出刀位文件中的規(guī)劃進給量，以及刀位語句中的六個參數；(2)定義五軸數控機床中的非依賴旋轉軸F軸的優(yōu)勢區(qū)間和劣勢區(qū)間，以及相應的優(yōu)勢角θ &和劣勢角ΘΜ;其中，優(yōu)勢區(qū)間指非依賴旋轉軸F軸行程的正負區(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對應的刀軸矢量[ij k]中的k值進行遍歷，得到各刀位點對應的F軸的解θ F = arccos (k)，比較各刀位點所得的θ F，得到刀位文件中對應F軸旋轉的最大角度9Fmax;(4)比較所述最大角度Qrmx，優(yōu)勢角eFa，劣勢角θFd三者的關系，確定出首行刀位數據的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)從第二行刀位數據開始，逐行對刀位數據中的刀軸矢量[ij k]進行處理，獲得E 軸和F軸在各行刀位點上的角度值θρ;根據每行刀位數據對應的角度值θ Ε，獲得各行平動軸的解，完成刀位數據的轉換，即可實現后置處理。
2.根據權利要求1所述的后置處理方法，其特征在于，所述的步驟中，確定首行刀位數據的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，則首先根據首行刀位點數據[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對應的F軸的角度值選擇在優(yōu)勢區(qū)間，即若優(yōu)勢區(qū)間為負區(qū)間，則角度值疼=-arccos(k)，否則疼=arccos(k)， 然后根據所求的角度值疼，確定出首行刀位點對應的依賴軸E軸的角度值疼。
3.根據權利要求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據中非依賴軸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部件遮擋的區(qū)間，具體過程為首先，將首個刀位點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；然后根據首行刀位點數據[χ y ζ i j k]1計算非依賴軸《=士arccos(k)，若可視區(qū)間為負則疼=-arccos(k),否則 6^ =arccos(k)；最后確定首行刀位中疼所對應的依賴軸E軸的角度值疼。
4.根據權利要求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，確定各行刀位數據的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序號，N表示刀位文件中刀位點總數(5. 1)將η賦予初值，η = 2 ；(5.2)根據第η行刀位數據中的刀軸矢量[i j k]n計算出E軸旋轉角度的兩個數值解 θηΕΙ，Θ"Ε2，其中④ ^
，Θ"Ε1 e
；(5. 3)將所得，《2分別與前一行刀位數據計算出的E軸終解《―1對比，選擇致使E軸的旋轉量最小的解作為第η行刀位數據計算出E軸的最終旋轉角度巧，然后計算E軸旋轉角度對應的F軸解作為F軸第η行刀位數據的最終值《，結合第η行刀位點坐標[i j k]n 輸出各移動軸和旋轉軸的值； (5. 4)n值自增1 ；(5. 5)重復步驟(5. 2)-(5.4)，直到完成最后一行刀位數據的轉換過程即η = N時。
5.根據權利要求1-4之一所述的后置處理方法，其特征在于，所述五軸聯(lián)動數控機床為雙轉臺式BC軸機床，B軸為非依賴旋轉軸，C軸為依賴旋轉軸，根據第η行刀位數據[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?。?= 90° - arctan(// = 270° -arctan(// j)；
6.根據權利要求5所述的后置處理方法，其特征在于，所述步驟(二)中，根據所求的 B軸角度值劣，確定出首行刀位點對應的依賴軸C軸的角度值砹的具體過程為(I)若《為負 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.根據權利要求2-4之一所述的后置處理方法，其特征在于，所述五軸聯(lián)動數控機床為雙轉臺式BC軸機床，B軸為非依賴旋轉軸，C軸為依賴旋轉軸，所述步驟(一)中根據首行刀位數據計算出的依賴軸C軸的兩個解略和砹2，選擇使首行刀位數據依賴軸C軸旋轉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)當砹 <180。若陣-180°!
8.根據權利要求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， 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.根據權利要求4-8所述的后置處理方法，其特征在于，所述五軸聯(lián)動數控機床為雙轉臺式BC軸機床，B軸為非依賴旋轉軸，C軸為依賴旋轉軸，所述步驟(5. 中，選擇使依賴旋C軸的旋轉量最小的解作為第η行刀位數據計算出C軸的最終旋轉角度印的具體過程為定義
10.根據權利要求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《=^1時，依賴軸解的所在區(qū)間為負
全文摘要
本發(fā)明公開了一種五軸聯(lián)動數控加工的后置處理方法，包括(1)分離出刀位文件中的規(guī)劃進給量，以及刀位語句中的六個參數；(2)定義五軸數控機床中的非依賴旋轉軸F軸的優(yōu)勢區(qū)間和劣勢區(qū)間，以及相應的優(yōu)勢角θFa和劣勢角θFd；(3)得到各刀位點對應的F軸的解θF＝arccos(k)，獲得刀位文件中對應非依賴軸旋轉的最大角度θFmax；(4)確定出首行刀位數據的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軸在各行刀位點上的角度值θE和θF；根據每行刀位數據對應的角度值，獲得各行平動軸的解，即可完成刀位數據的轉換，實現后置處理。本發(fā)明能夠考慮刀位文件以及非依賴軸旋轉極限，解決五軸聯(lián)動數控加工逆向運動學選解問題。
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