一种带C轴车加工的通用后置处理方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种带C轴车加工的通用后置处理方法和装置，装置包括文件输入模块、机床设置界面、数控机床结构及通用运动学建模模块、后置处理坐标求解模块、误差控制与处理模块、数控指令格式控制模块、输出模块；本发明专利技术相比于传统的通过进行分类处理的通用后置处理方法，此后置处理的编程相对简单，无需大量的分类处理；本发明专利技术适用于所有的带C轴的三轴数控机床。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种带C轴车加工的通用后置处理方法和装置，属于数控加工

技术介绍
随着现代科技的发展，在国内、外都对后置处理技术有足够的重视。各CAD/CAM软件厂家都研究开发了各自的后置处理系统。目前关于后置处理技术的的处理系统呈现多种的形态，如UG-II采用了UG/POST，Pro/Engineer系统采用Pro/NCPOST，MasterCAM系统采用pst等。CAD/CAM系统经过刀具轨迹计算产生刀位文件，记录刀位点信息、刀轴矢量信息以及相关工艺信息等。大部分刀位文件的形式都是APT格式，并不能直接应用于数控机床加工。后置处理的作用就是将刀位文件中记录的刀具位置、矢量以及辅助工艺信息进行提取、解释、转换，并最终生成相应的NC加工程序。在国内，带C轴数控车加工的机床并不普遍，支持带C轴数控车的加工编程技术还远不能满足工厂的需求，针对带C轴数控车加工的后置处理方法更没有完整的设计方案。通用后置处理是一种可以用于不同类型机床的刀具文件处理系统。大部分的后置处理坐标转换算法均是根据机床类型及机床结构进行分类处理，但是采用分类处理的方法使得后置处理中坐标转换求解算法复杂化，不利于后置处理算法的扩展。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述问题，提出一种带C轴车加工的通用后置处理方法和装置，该方法可以适用于任意的带C轴的三轴数控车，通过本专利技术方法，可以将带C轴车加工的刀具文件转换成可以直接用于数控加工的NC代码。一种带C轴车加工的通用后置处理装置，包括文件输入模块、机床设置界面、数控机床结构及通用运动学建模模块、后置处理坐标求解模块、误差控制与处理模块、数控指令格式控制模块、输出模块；机床设置界面，设置机床各种格式的定义以及机床各种参数的定义，通过机床设置界面定义的格式和参数将传送给数控指令格式控制模块和数控机床结构及通用运动学建模模块；数控机床结构及通用运动学建模模块根据机床设置界面输出的机床各种参数的定义中的机床结构信息，进行机床结构和机床运动学建模，两个模型建立完毕，得到后置处理坐标求解所需的信息，输出至后置处理坐标求解模块，进行后置处理坐标的求解；后置处理坐标求解模块读入刀具轨迹信息，通过建立的机床结构和运动学模型，进行后置处理坐标的求解，得到应用于带C轴车加工机床的各进给轴坐标[x,z,C]T；误差控制与处理模块将各进给轴坐标[x,z,C]T中出现的非线性误差及奇异现象进行插值优化处理；数控指令格式控制模块将机床设置界面输出的机床各种格式的定义进行储存，并根据定义的格式对后置处理坐标求解模块求解出的坐标进行数控指令的控制；文件输入模块是刀位文件的读入，是要处理的代码文件；输出模块实现NC代码的输出，即根据数控系统指令格式和内存中有关的坐标求解得到的刀位数据输出为NC加工程序。一种带C轴车加工的通用后置处理方法，具体包括以下几个步骤：步骤一：输入机床信息和技术参数，建立机床结构参数和机床通用运动学模型；步骤二：读取刀位文件中的轨迹链，并判断是否读到链尾；若没有读到链尾标志，转到步骤三；若读到链尾标志，结束程序的读写，输出最终的NC文件；步骤三：进行机床运动求解，将刀位文件中的轨迹链转化为所需要的进给轴坐标；步骤四：根据求出的进给轴坐标，进行非线性误差计算，判断机床运动求解后的坐标是否满足非线性条件；若满足非线性条件，转到步骤五；若不满足非线性条件，将求出的进给轴坐标进行优化，优化后重新判断是否满足非线性条件；步骤五：将满足非线性条件的坐标，根据数控指令格式的控制，写入待输出的NC文件；并转到步骤二。本专利技术的优点在于：(1)本专利技术利用任意结构机床的运动求解方法，开发了一种新的通用后置处理方法。相比于传统的通过进行分类处理的通用后置处理方法，此后置处理的编程相对简单，无需大量的分类处理；(2)本专利技术为带C轴车加工的三轴数控机床开发了一种通用后置处理方法，适用于所有的带C轴的三轴数控机床。附图说明图1是本专利技术的方法流程图；图2是各设计模块的数据流向关系图；图3是机床运动链关系示意图；具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术的通用后置处理装置，包括文件输入模块、机床设置界面、数控机床结构及通用运动学建模模块、后置处理坐标求解模块、误差控制与处理模块、数控指令格式控制模块、输出模块，各模块的数据流动方向如图2所示。本专利技术通过读取刀位文件信息，生成所需的后置处理代码，各模块的具体功能如下。机床设置界面，设置机床各种格式的定义以及机床各种参数的定义；机床各种参数的定义包括机床的结构信息，例如机床的结构尺寸、各构件间相对运动类型及方向，机床各种格式的定义包括后置处理文件头的格式定义、文件尾的格式定义、直线差补定义、主轴转速定义等。通过机床设置界面定义的格式和参数将传送给数控指令格式控制模块和数控机床结构及通用运动学建模模块。数控机床结构及通用运动学建模模块根据机床设置界面输出的机床各种参数的定义中的机床结构信息，进行机床结构和机床运动学建模。数控机床结构及通用运动学建模模块建立数控机床的结构和运动学模型，为后置处理坐标求解和误差分析与控制提供基础，以完成相应的求解运算。此模块需建立机床结构模型、机床运动学模型。两个模型建立完毕，即可得到后置处理坐标求解所需的所有信息，从而进行后置处理坐标的求解。1)机床结构模型对于三轴机床，可以将机床看作一个复杂的空间运动机构。机床的运动部件作为空间运动机构的构件，各构件组成一条运动链，即机床结构运动链。对于X、Z、C三轴数控机床，可以将机床作为一个特殊的运动构件，X轴、Y轴、C轴是运动构件，可以得到以下关系的运动链，如图3所示。建立好机床结构运动链后，只需再知道各运动构件之间的相对运动关系，即可完成机床的结构模型。图中的U1为机床床身与X轴的相对运动矢量，U2为X轴与Y轴的相对运动矢量，U3为Y轴与C轴的相对运动矢量。在机床初始状态下，机床的各个构件之间的尺寸为机床的结构尺寸。各构件之间的运动坐标系转换需要初始状态下的结构尺寸与运动副之间的相对运动类型和方向作为坐标系转换依据。因此，将机床的结构尺寸和各构件间相对运动类型及方向作为机床的结构参数进行建模。考虑将构成运动副的两个构件其中一个看作相对静止(称之为静构件)，另一个看作相对静构件做移动或旋转运动(称之为动构件)，其中每个运动件都有一个独立的坐标系OLi-xLiyLizLi(第Li个运动件所在的坐标系)(i＝1，2，3，…N-1)。运动副的动构件相对于静构件的运动方向可以用方向矢量ni来表示，则针对相对平移运动，有nitranslation=(di,ei,fi)T]]>其中为静构件固连坐标系中OLi-xLiyLizLi定义的相对平移运动方向矢量ni在坐标系OLi-xLiyLizLi在各坐标轴上的投影；di为方向矢量ni在坐标系OLi-xLiyLizLiX轴上的投影；ei为方向矢量ni在坐标系OLi-xLiyLizLiY轴上的投影；fi为方向矢量ni在坐标系OLi-xLiyLizLiZ轴上的投影；针对相对旋转运动，有nirotation=(gi,hi,ki)T]]>其中为在静构件固连坐标系中OLi-xLiyLizLi定义的相对旋转运动按照右手定则确定的方向矢量；gi为方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带C轴车加工的通用后置处理装置，包括文件输入模块、机床设置界面、数控机床结构及通用运动学建模模块、后置处理坐标求解模块、误差控制与处理模块、数控指令格式控制模块、输出模块；机床设置界面，设置机床各种格式的定义以及机床各种参数的定义，通过机床设置界面定义的格式和参数将传送给数控指令格式控制模块和数控机床结构及通用运动学建模模块；数控机床结构及通用运动学建模模块根据机床设置界面输出的机床各种参数的定义中的机床结构信息，进行机床结构和机床运动学建模，两个模型建立完毕，得到后置处理坐标求解所需的信息，输出至后置处理坐标求解模块，进行后置处理坐标的求解；后置处理坐标求解模块读入刀具轨迹信息，通过建立的机床结构和运动学模型，进行后置处理坐标的求解，得到应用于带C轴车加工机床的各进给轴坐标[x,z,C]T；误差控制与处理模块将各进给轴坐标[x,z,C]T中出现的非线性误差及奇异现象进行插值优化处理；数控指令格式控制模块将机床设置界面输出的机床各种格式的定义进行储存，并根据定义的格式对后置处理坐标求解模块求解出的坐标进行数控指令的控制；文件输入模块是刀位文件的读入，是要处理的代码文件；输出模块实现NC代码的输出，即根据数控系统指令格式和内存中有关的坐标求解得到的刀位数据输出为NC加工程序。...

【技术特征摘要】
1.一种带C轴车加工的通用后置处理装置，包括文件输入模块、机床设置界面、数控机床结构及通用运动学建模模块、后置处理坐标求解模块、误差控制与处理模块、数控指令格式控制模块、输出模块；机床设置界面，设置机床各种格式的定义以及机床各种参数的定义，通过机床设置界面定义的格式和参数将传送给数控指令格式控制模块和数控机床结构及通用运动学建模模块；数控机床结构及通用运动学建模模块根据机床设置界面输出的机床各种参数的定义中的机床结构信息，进行机床结构和机床运动学建模，两个模型建立完毕，得到后置处理坐标求解所需的信息，输出至后置处理坐标求解模块，进行后置处理坐标的求解；后置处理坐标求解模块读入刀具轨迹信息，通过建立的机床结构和运动学模型，进行后置处理坐标的求解，得到应用于带C轴车加工机床的各进给轴坐标[x,z,C]T；误差控制与处理模块将各进给轴坐标[x,z,C]T中出现的非线性误差及奇异现象进行插值优化处理；数控指令格式控制模块将机床设置界面输出的机床各种格式的定义进行储存，并根据定义的格式对后置处理坐标求解模块求解出的坐标进行数控指令的控制；文件输入模块是刀位文件的读入，是要处理的代码文件；输出模块实现NC代码的输出，即根据数控系统指令格式和内存中有关的坐标求解得到的刀位数据输出为NC加工程序。2.根据权利要求1所述的一种带C轴车加工的通用后置处理装置，所述的机床设置界面中，机床各种参数的定义包括机床的结构信息，机床各种格式的定义包括后置处理文件头的格式定义、文件尾的格式定义、直线差补定义、主轴转速定义。3.根据权利要求1所述的一种带C轴车加工的通用后置处理装置，所述的数控机床结构及通用运动学建模模块中的机床结构模型具体为：对于X、Z、C三轴数控机床，X轴、Y轴、C轴是运动构件，得到运动链，建立机床结构运动链后，获取各运动构件之间的相对运动关系，完成机床的结构模型；在机床初始状态下，机床的各个构件之间的尺寸为机床的结构尺寸，各构件之间的运动坐标系转换需要初始状态下的结构尺寸与运动副之间的相对运动类型和方向作为坐标系转换依据，将机床的结构尺寸和各构件间相对运动类型及方向作为机床的结构参数进行建模；将构成运动副的两个构件其中一个看作相对静止，称之为静构件，另一个看作相对静构件做移动或旋转运动，称之为动构件，其中每个运动件都有一个独立的坐标系OLi-xLiyLizLi，第Li个运动件所在的坐标系，i＝1，2，3，…N-1，运动副的动构件相对于静构件的运动方向用方向矢量ni表示，则针对相对平移运动，有nitranslation=(di,ei,fi)T]]>其中：为静构件固连坐标系中OLi-xLiyLizLi定义的相对平移运动方向矢量ni在坐标系OLi-xLiyLizLi在各坐标轴上的投影；di为方向矢量ni在坐标系OLi-xLiyLizLiX轴上的投影；ei为方向矢量ni在坐标系OLi-xLiyLizLiY轴上的投影；fi为方向矢量ni在坐标系OLi-xLiyLizLiZ轴上的投影；针对相对旋转运动，有nirotation=(gi,hi,ki)T]]>其中：为在静构件固连坐标系中OLi-xLiyLizLi定义的相对旋转运动按照右手定则确定的方向矢量；gi为方向矢量ni在坐标系OLi-xLiyLizLiX轴上的投影；hi为方向矢量ni在坐标系OLi-xLiyLizLiY轴上的投影；ki为方向矢量ni在坐标系OLi-xLiyLizLiZ轴上的投影。4.根据权利要求1所述的一种带C轴车加工的通用后置处理装置，所述的数控机床结构及通用运动学建模模块中的机床运动学模型具体为：机床的运动学建模，即求出机床运动链各相邻构件之间的运动学转换关系；对于三轴机床，存在的运动关系为X、Y轴的平移和C轴的转动；若相邻构件间的运动关系为相对转动，即C轴的转动，设动构件固连坐标系为Oi-xiyizi，第i个运动件的坐标系，即C轴所在的坐标系，静构件固连坐标系为Oi-1-xi-1yi-1zi-1，与第i个坐标系相关，第i-1个运动件的坐标系，即为Y轴所在的坐标系，任意矢量vr的起始点坐标Ps＝(a,b,c)T；对于Oi-xiyizi坐标系任意矢量vr旋转θ度的坐标变换分解为以下过程：假设坐标系Oi-xiyizi先沿vr＝(vx，vy，vz)T移动到坐标系Oi-1-xi-1yi-1zi-1的原点，然后绕Oi-1-xi-1yi-1zi-1的Z轴旋转γ角度，使得Oi-xiyizi的X轴与坐标系Oi-1-xi-1yi-1zi-1的矢量vr重合：Ri(vr,θ)=100001000010-a-b-c1cosγ-si...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫光荣，刘乐，徐翔宇，丁涛，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11