一种基于后置处理五轴刀具长度补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种基于后置处理五轴刀具长度补偿方法。首先通过分析给定五轴数控机床的结构，建立该机床运动学模型并进行求解。然后，利用数控系统提供的宏变量和数学运算功能，基于VisualC++平台开发出一套带五轴刀具补偿功能的后置处理软件。最后，利用该软件将刀具摆长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摆长宏变量就可以方便实现五轴刀具长度的补偿。本发明专利技术能够解决不具备五轴刀具长度补偿功能机床的刀具补偿问题，避免了重新对前置刀位数据文件再次进行后置处理，从而提高了数控加工程序的可重用性。实践证明，该方法能方便实现五轴刀具长度补偿功能，且成本低廉，具有较强的工程应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多轴数控机床刀具长度补偿方法，尤其涉及一种基于后置处理五 轴刀具长度补偿方法，属于五轴数控加工领域。
技术介绍
刀具长度补偿是现代计算机数控系统（CNC)所具有的重要功能之一。在三轴数控 加工过程中，当刀具长度发生变化，即刀具磨损或更换新刀，此时通过修改数控系统寄存器 中刀具长度值，并利用数控系统提供的刀具补偿功能来实现刀具长度补偿，而原有的数控 加工程序仍然可以继续使用。而在五轴数控加工过程中，由于刀轴矢量方向不断变化，刀具 长度补偿方法相对较难实现。目前国外著名的数控系统公司所开发的五轴数控系统都已经 具备五轴刀具长度补偿功能。因此，可以采用通用的五轴后置处理软件或CAM软件自带的 后置处理器对刀位数据文件进行后置处理，并得到相应的数控加工程序。 针对不具备五轴刀具长度补偿功能的数控机床，尤其是航空、航天等企业拥有国 外早期的数控机床。现有技术中，能够实现五轴刀具长度补偿功能的技术途径主要有两 种： 现有技术一，在五轴数控加工过程中，若刀具长度发生变化，则原有的数控加工程序将 无法继续使用。此时只能通过修改刀具长度值来对原刀位数据文件进行后置处理，并得到 新的数控加工程序。 现有技术二，可以通过购买五轴功能模块对原有的数控系统进行升级改造。 上述现有技术至少存在以下缺点： 现有技术一将大幅增加工艺人员的工作量，以及零件的总加工时间，从而提高了零件 的制造成本。而现有技术二对五轴数控机床的升级改造费用较高，将大幅增加机床的使用 成本，从而提高了零件的制造成本。由此可见，以上两种技术不是额外增加机床使用费用， 就是增加工艺员的工作量和零件实际加工时间。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出，解决不具备五轴 刀具长度补偿功能机床的刀具长度补偿问题。 本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的： 本专利技术的基于后置处理五轴刀具长度补偿方法，包括步骤： A、 分析指定摆头转台类五轴数控机床的结构； B、 根据摆头转台类五轴数控机床的结构，建立该五轴数控机床的运动学模型，并进行 相应的逆运动学求解计算； C、 根据上述五轴数控机床的运动学模型计算结果，利用数控系统提供的宏变量和数学 运算功能，基于Visual C++平台开发出一套带五轴刀具补偿功能的后置处理软件； D、 利用该软件将刀具摆长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 改数控加工程序中摆长宏变量就可以方便实现五轴刀具长度的补偿。 由上述专利技术技术方案可以看出，本专利技术的基于后置处理五轴刀具长度补偿方法， 首先分析指定摆头转台类五轴数控机床的结构；其次，根据摆头转台类五轴数控机床的结 构，建立该五轴数控机床的运动学模型，并进行相应的逆运动学求解计算；然后，根据上述 五轴数控机床的运动学模型计算结果，利用数控系统提供的宏变量和数学运算功能，基于 Visual C++平台开发出一套带五轴刀具补偿功能的后置处理软件；最后，利用该软件将刀 具摆长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摆长 宏变量就可以方便实现五轴刀具长度的补偿。 【附图说明】 图1为五轴刀具长度补偿示意图； 图2为机床的结构不意图； 图3为摆头转台类五轴数控机床运动链； 图4为摆头转台类五轴数控机床坐标系； 图5为后置处理软件的界面； 图6为刀位数据文件； 图7为带宏变量的数控加工程序。 【具体实施方式】 本专利技术的基于后置处理五轴刀具长度补偿方法，其较佳的【具体实施方式】是，包 括： A、分析指定摆头转台类五轴数控机床的结构； 通过分析该机床的具体结构(参见图2)，得出该机床各坐标轴之间的运动关系，即机床 运动链。它是由回转工作台、平动工作台、床身、主轴和刀具等单元按顺序串联而成，如图3 所示。 B、根据摆头转台类五轴数控机床的结构，建立该五轴数控机床的运动学模型，并 进行相应的逆运动学求解计算； 为描述机床各坐标轴之间的运动，建立图4所示机床坐标系统。其中OnZ1Z1Z m为机 床坐标系，机床原点久位于X轴右端面中心此A1ZmlZml为与旋转轴沒固连的坐标系， 原点O ml为主轴中心线与沒轴回转中心线的交点，其各坐标轴方向与机床坐标系一致； 乂为与工件固连的工件坐标系，其各坐标轴方向与机床坐标系一致，前置刀位数 据是在该坐标系下给出为与刀具固连的刀具坐标系，其原点设在刀心或刀尖 点上，其各坐标轴方向与机床坐标系一致。在机床初始状态时，假设刀具轴线平行于Z 轴，坐标系H7mlzml与又的原点重合，点仏在机床坐标系O1Z 1Z1Zm中的位置矢量 QlQw为Crtl, jvg τ;在刀具坐标系下，刀心点的位置矢量和刀轴矢量分别为（0， 0，0)1P(0，0，1)τ;设刀具原摆长值为Z，实际刀具摆长值为厂，Ρ=￡+Δ￡,ΛΖ为刀具 长度变化量，则刀心点A在坐标系ivr ml7mlzml中的位置矢量为（〇，〇，- ζ 〇τ。假设 机床平动轴相对于初始状态的平移矢量为rs(Z，7，Z) τ，旋转轴相对于初始状态的转角分 别为沒和J (其正方向如图4所示)，此时在工件坐标系中，刀位点和刀轴矢量分别 为Cr, _7, W 7和（i，^幻τ。其运动变换的过程是由刀具坐标系转换到机床坐标系，再 由机床坐标系转换到工件坐标系，最后通过机床各坐标轴的运动得到工件坐标系下的刀位 点和刀轴矢量。 由机床各坐标轴的运动关系进行相应的坐标变换，可得：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于后置处理五轴刀具长度补偿方法，其特征在于，包括步骤：A、分析指定摆头转台类五轴数控机床的结构；B、根据摆头转台类五轴数控机床的结构，建立该五轴数控机床的运动学模型，并进行相应的逆运动学求解计算；C、根据上述五轴数控机床的运动学模型计算结果，利用数控系统提供的宏变量和数学运算功能，基于Visual C++平台开发出一套带五轴刀具补偿功能的后置处理软件；D、利用该软件将刀具摆长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摆长宏变量就可以方便实现五轴刀具长度的补偿。

【技术特征摘要】
1. 一种基于后置处理五轴刀具长度补偿方法，其特征在于，包括步骤： A、 分析指定摆头转台类五轴数控机床的结构； B、 根据摆头转台类五轴数控机床的结构，建立该五轴数控机床的运动学模型，并进行 相应的逆运动学求解计算； C、 根据上述五轴数控机床的运动学模型计算结果，利用数控系统提供的宏变量和数学 运算功能，基于Visual C++平台开发出一套带五轴刀具补偿功能的后置处理软件； D、 利用该软件将刀具摆长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 改数控加工程序中摆长宏变量就可W方便实现五轴刀具长度的补偿。2. 根据权利要求1所述的基于后置处理五轴刀具长度补偿方法，其特征在于，所述步 骤A中，通过分析指定五轴数控机床的具体结构，得出该机床各坐标轴之间的运动关系，即 机床运动链，通常它由回转工作台、平动工作台、床身、主轴和刀具等单元按顺序串联而成。3. 根据权利要求1和2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐汝锋，陈志同，郭前建，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37