本發(fā)明涉及數(shù)控機(jī)床控制，尤其是涉及一種復(fù)雜機(jī)構(gòu)多軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的通用后置處理方法、裝置、設(shè)備及介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、在數(shù)控機(jī)床控制領(lǐng)域，后置處理是數(shù)控編程技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)之一，是cad/cam?系統(tǒng)與機(jī)械制造連接的紐帶，通過后置處理器讀取由cam系統(tǒng)生成的刀具路徑文件，從中提取相關(guān)的加工信息，并根據(jù)指定數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及nc程序格式要求進(jìn)行分析、判斷和處理，最終生成數(shù)控機(jī)床所能直接識(shí)別的nc程序。

2、傳統(tǒng)的后置處理采用解析法求解機(jī)床的運(yùn)動(dòng)逆解，對(duì)于簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的數(shù)控機(jī)床可以通過對(duì)機(jī)床幾何結(jié)構(gòu)的分析，羅列出旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角與刀位點(diǎn)法式之間的解析關(guān)系，采用逆解法計(jì)算出機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角后，在根據(jù)轉(zhuǎn)角對(duì)機(jī)床各直線軸的位移進(jìn)行求解處理，獲取最終的數(shù)控加工代碼。如文獻(xiàn)[方喜峰,徐精英,唐瑩,等.非正交五軸專用機(jī)床后置處理算法研究.江蘇科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2022,36(04):51-56.?]公開的面向大型定距船用螺旋槳槳轂葉根加工的非正交五軸機(jī)床為例，針對(duì)這種z軸坐標(biāo)方向不斷變化的專機(jī)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系推導(dǎo)，采用逆解法依次求解b軸轉(zhuǎn)角、c軸轉(zhuǎn)角，然后求解x、y、z三個(gè)線性軸的位移量，實(shí)現(xiàn)特定機(jī)床的刀軌軌跡的后置處理；如公開號(hào)為cn112692707a公開的一種六聯(lián)動(dòng)拋光設(shè)備及其后置裝置及方法，針對(duì)傳統(tǒng)的六軸機(jī)床自由度冗余問題、機(jī)床運(yùn)動(dòng)不光順等問題，結(jié)合機(jī)床結(jié)構(gòu)采用解析法先計(jì)算并優(yōu)化a軸，然后再用逆解法解析依次求解c軸、b軸，最后求解x、y、z三個(gè)線性軸的位移量；再比如公開號(hào)為cn112743396a公開的一種螺旋槳清根加工機(jī)床及方法，提及了一種專用于螺旋槳清根加工機(jī)床，并給出了解析法求解的方式。

3、然而，隨著加工零件的復(fù)雜性、對(duì)加工效率、加工質(zhì)量要求的日益提高，現(xiàn)有機(jī)床結(jié)構(gòu)已無(wú)法勝任，新出現(xiàn)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的機(jī)床帶來了更高的加工質(zhì)量及效率，但新結(jié)構(gòu)的機(jī)床往往難以采用傳統(tǒng)的解析法實(shí)現(xiàn)刀軌后置的求解，因此急切需要一種新的通用后置方法，以滿足日益發(fā)展的復(fù)雜曲面類零件數(shù)控加工技術(shù)需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：本發(fā)明目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種多軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的通用后置處理方法、裝置、設(shè)備及介質(zhì)，采用優(yōu)化的方法實(shí)現(xiàn)機(jī)床后置處理，使得后置算法構(gòu)建淺顯易懂，極大得縮減了復(fù)雜機(jī)構(gòu)機(jī)床后置算法得開發(fā)時(shí)間，且可適用于任意結(jié)構(gòu)形式機(jī)床的刀軌后置處理。

2、為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明首先提供一種多軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的通用后置處理方法，包括如下步驟：

3、s1、讀取刀位點(diǎn)信息；

4、s2、根據(jù)機(jī)床結(jié)構(gòu)確定刀具和/或機(jī)床各軸運(yùn)動(dòng)優(yōu)化項(xiàng)，建立優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)；

5、s3、采用優(yōu)化算法，以目標(biāo)函數(shù)值最小為優(yōu)化目標(biāo)，指定搜索范圍后，求解目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解，最優(yōu)解即為后置出來的機(jī)床各軸的坐標(biāo)值。

6、本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選地技術(shù)方案為，步驟s2中根據(jù)機(jī)床結(jié)構(gòu)確定刀具和/或機(jī)床各軸運(yùn)動(dòng)優(yōu)化項(xiàng)，至少包括確定與刀位點(diǎn)相關(guān)的位置偏差項(xiàng)，以及確定與刀位點(diǎn)法矢相關(guān)的法矢偏差項(xiàng)。

7、作為優(yōu)選，在確定位置偏差項(xiàng)和法矢偏差項(xiàng)時(shí)，通過機(jī)床結(jié)構(gòu)推導(dǎo)相關(guān)的坐標(biāo)變換矩陣，然后通過該坐標(biāo)變化矩陣求解變換后的實(shí)際刀位點(diǎn)坐標(biāo)及實(shí)際刀軸法矢；

8、或通過解析法正解求解坐標(biāo)變換后實(shí)際的刀位點(diǎn)及刀軸法矢中全部或某些分量與各軸坐標(biāo)值之間的關(guān)系，進(jìn)而獲取偏位置差項(xiàng)及刀軸偏差項(xiàng)。

9、作為優(yōu)選，所述確定與刀位點(diǎn)相關(guān)的位置偏差項(xiàng)，具體方法為：

10、（1）、根據(jù)機(jī)床結(jié)構(gòu)建立刀位點(diǎn)的正解運(yùn)動(dòng)關(guān)系式，設(shè)機(jī)床各運(yùn)動(dòng)軸的移動(dòng)坐標(biāo)值為， j為機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸編號(hào)，為機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸的數(shù)量，機(jī)床各軸位于坐標(biāo)零點(diǎn)時(shí)，刀具底部中心點(diǎn)坐標(biāo)為，為刀軌文件中某一刀位點(diǎn)的坐標(biāo)點(diǎn)， i為刀位點(diǎn)編號(hào)，經(jīng)機(jī)床各軸運(yùn)動(dòng)變換后機(jī)床上刀具底部中心點(diǎn)變換至位置，則該刀位點(diǎn)對(duì)應(yīng)的刀位點(diǎn)偏差取值為與之間的空間距離；

11、；

12、式中，為待求解的各軸的位移量；

13、（2）、所述確定與刀位點(diǎn)法矢相關(guān)的法矢偏差項(xiàng)，具體方法為：

14、根據(jù)機(jī)床結(jié)構(gòu)建立刀位點(diǎn)的正解運(yùn)動(dòng)關(guān)系式，設(shè)機(jī)床各運(yùn)動(dòng)軸的移動(dòng)坐標(biāo)值為，為機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸的數(shù)量，機(jī)床各軸位于坐標(biāo)零點(diǎn)時(shí)，刀具軸線的單位法矢為，為刀軌文件中某一刀位點(diǎn)對(duì)應(yīng)的刀軸法矢，經(jīng)機(jī)床各軸運(yùn)動(dòng)變換后機(jī)床上初始刀軸變換至狀態(tài)，則該刀位點(diǎn)對(duì)應(yīng)的法矢偏差為由機(jī)床結(jié)構(gòu)決定的關(guān)于的函數(shù)，既，則：

15、。

16、作為優(yōu)選，步驟s2中確定刀具和/或機(jī)床各軸運(yùn)動(dòng)優(yōu)化項(xiàng)，還包括根據(jù)機(jī)床的具體結(jié)構(gòu)及對(duì)加工的具體要求，在有冗余坐標(biāo)軸時(shí)對(duì)機(jī)床各軸的優(yōu)化；具體包括機(jī)床各軸的運(yùn)動(dòng)總量最小、機(jī)床特定軸運(yùn)動(dòng)量最小、機(jī)床耗能最小、機(jī)床運(yùn)動(dòng)速度最快或各軸加速度最小其中一項(xiàng)或幾項(xiàng)。

17、作為優(yōu)選，設(shè)各軸運(yùn)動(dòng)優(yōu)化項(xiàng)除位置偏差項(xiàng)和法矢偏差項(xiàng)，其余優(yōu)化項(xiàng)為，其中，，為其他優(yōu)化項(xiàng)的總數(shù)量加1；

18、（3）、在運(yùn)動(dòng)優(yōu)化項(xiàng)為機(jī)床各軸的運(yùn)動(dòng)總量最小時(shí)，優(yōu)化項(xiàng)為：

19、；

20、式中， j為機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸編號(hào)； m為機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸的數(shù)量； i為刀位點(diǎn)編號(hào)。

21、（4）、在運(yùn)動(dòng)優(yōu)化項(xiàng)為機(jī)床特定軸運(yùn)動(dòng)量最小時(shí)，優(yōu)化項(xiàng)為：

22、；

23、其中：；

24、（5）、在運(yùn)動(dòng)優(yōu)化項(xiàng)為機(jī)床耗能最小時(shí)，首先根據(jù)機(jī)床各軸的負(fù)載確定各軸的能耗系數(shù)，代表第 j個(gè)坐標(biāo)軸每移動(dòng)1mm所需消耗的能量，根據(jù)機(jī)床各軸的重量及當(dāng)前刀軌加速度通過理論計(jì)算得出，或者通過實(shí)驗(yàn)測(cè)出；

25、獲取后，優(yōu)化項(xiàng)為：

26、；

27、（6）、在運(yùn)動(dòng)優(yōu)化項(xiàng)為機(jī)床運(yùn)動(dòng)速度最快時(shí)，根據(jù)機(jī)床各軸的最大移動(dòng)速度確定各軸的移動(dòng)能力系數(shù)，第 j個(gè)坐標(biāo)軸的最大移動(dòng)速度越快的數(shù)值越小，具體設(shè)置時(shí)，先將各軸中移動(dòng)速度最小軸的能力系數(shù)定義為1，其他各軸的能力系數(shù)為，其中為最慢軸的最大速度，為第 j個(gè)軸的最大移動(dòng)速度；

28、優(yōu)化項(xiàng)為：

29、。

30、作為優(yōu)選，步驟s2中建立的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為：

31、；

32、其中，為偏差協(xié)調(diào)系數(shù)，為運(yùn)動(dòng)優(yōu)化項(xiàng)， k=0,1?, n， n為優(yōu)化項(xiàng)的數(shù)量。

33、作為優(yōu)選，偏差協(xié)調(diào)系數(shù)，需結(jié)合機(jī)床具體結(jié)構(gòu)根據(jù)理論并結(jié)合實(shí)驗(yàn)獲取最優(yōu)值。

34、作為優(yōu)選，步驟s3中采用成熟的優(yōu)化算法如pso粒子群算法、遺傳算法、鮑威爾算法、蟻群算法等，求解目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解。

35、作為優(yōu)選，在指定機(jī)床搜索范圍時(shí)考慮機(jī)床實(shí)際運(yùn)動(dòng)范圍、及收機(jī)床結(jié)構(gòu)限制刀軌對(duì)應(yīng)的機(jī)床運(yùn)行區(qū)間，在保證搜索有效的前提下，搜索范圍越小也好，以便提高優(yōu)化算法的效率。

36、本發(fā)明又一方面提供一種多軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的通用后置處理裝置，包括：

37、刀位信息獲取模塊，用于獲取并讀取刀位點(diǎn)信息；

38、判斷模塊，用于根據(jù)機(jī)床結(jié)構(gòu)確定刀具和/或機(jī)床各軸運(yùn)動(dòng)優(yōu)化項(xiàng)，建立優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)；

39、優(yōu)化處理模塊，用于采用優(yōu)化算法，以目標(biāo)函數(shù)值最小為優(yōu)化目標(biāo)，指定搜索范圍后，求解目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解，最優(yōu)解即為后置出來的機(jī)床各軸的坐標(biāo)值。

40、本發(fā)明再一方面提供一種電子設(shè)備，包括處理器、通信接口、存儲(chǔ)器和通信總線；

41、其中，處理器，通信接口，存儲(chǔ)器通過通信總線完成相互間的通信；

42、處理器用于調(diào)用存儲(chǔ)器中的邏輯指令，以執(zhí)行上述的多軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的通用后置處理方法。

43、本發(fā)明再一方面提供一種非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)指令，該計(jì)算機(jī)指令使計(jì)算機(jī)執(zhí)行上述的多軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的通用后置處理方法。

44、有益效果：本發(fā)明提供的多軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的通用后置處理方法、裝置、設(shè)備及介質(zhì)，采用優(yōu)化的方法實(shí)現(xiàn)機(jī)床后置處理，使得后置算法構(gòu)建淺顯易懂，極大得縮減了復(fù)雜機(jī)構(gòu)機(jī)床后置算法得開發(fā)時(shí)間；

45、本發(fā)明的優(yōu)化項(xiàng)至少包括確定與刀位點(diǎn)相關(guān)的位置偏差項(xiàng)，以及確定與刀位點(diǎn)法矢相關(guān)的法矢偏差項(xiàng)，同時(shí)，根據(jù)機(jī)床的具體結(jié)構(gòu)及對(duì)加工的具體要求等設(shè)置，還在有冗余坐標(biāo)軸時(shí)對(duì)各軸的優(yōu)化，具體優(yōu)化目標(biāo)可包含各軸的運(yùn)動(dòng)總量最小、機(jī)床特定軸運(yùn)動(dòng)量最小、機(jī)床耗能最小、機(jī)床運(yùn)動(dòng)速度最快、各軸加速度最小等等，以各項(xiàng)優(yōu)化項(xiàng)建立目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)，再采用優(yōu)化算法，以目標(biāo)函數(shù)值最小為優(yōu)化目標(biāo)，求解目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解，最優(yōu)解即為后置出來的機(jī)床各軸的坐標(biāo)值，可適用于任意結(jié)構(gòu)形式機(jī)床的刀軌后置處理。