一种卧式四轴联动数控机床的刀尖点跟随补偿方法技术

本发明专利技术提供一种卧式四轴联动数控机床的刀尖点跟随补偿方法，包括如下步骤：S1、计算适用于不同位置的补偿量计算公式：S2、将刀位点后置处理为带实时刀尖点补偿功能的加工程序：S3、数控系统调用加工程序自动完成每个刀尖点的补偿并实现加工：本发明专利技术提出的卧式四轴联动数控机床的刀尖点跟随补偿方法，能在数控系统不具备刀尖点跟随功能的情况下，实现工件在回转工作台上任意位置安装后的刀尖点跟随加工，达到方便、快捷的加工应用。快捷的加工应用。快捷的加工应用。

【技术实现步骤摘要】
一种卧式四轴联动数控机床的刀尖点跟随补偿方法


[0001]本专利技术涉及数控加工
，特别涉及一种卧式四轴联动数控机床的刀尖点跟随补偿方法。

技术介绍

[0002]四轴联动数控机床已广泛的应用于航空、航天、能源、动力、汽车、模具等尖端工业领域，能在一次装夹状态下完成四面加工，与三轴联动数控机床相比，能显著的提高数倍的加工效率，减少基准转换，提高加工精度；减少工装夹具数量和占地面积；缩短生产过程链，简化生产管理；缩短新产品研发周期。
[0003]卧式四轴回转中心在卧式三轴机床结构三根相互正交的直线运动轴(X轴、Y轴、Z轴)的基础上，增加了一根B轴回转轴，B轴一般绕Y轴旋转，大幅提高了刀具的可达性。加工时，X、Y、Z和B轴进行联动进给运动，主轴旋转驱动刀尖点进行切削运动，实现材料去除的加工效果。
[0004]目前，在数控系统不具备刀尖点跟随功能的情况下，对四轴联动数控机床的使用一般是将工件编程原点放置于回转工作台的回转中心，以此工作状态进行加工时，可按照工件坐标系下的刀具轨迹进行运动，无需考虑位置补偿；但随着现在工件复杂程度的增加，越来越多的异形产品难以将编程原点放置于回转工作台的回转中心，导致根据工件坐标系下的刀具轨迹进行工作台回转运动时会产生回转偏差，会造成精度超差，严重时甚至会损坏工件，造成巨大的经济损失。
[0005]基于上述原因，需要采用一种动态的刀尖点跟随补偿算法，在数控系统不具备刀尖点跟随功能的情况下，对编程原点与机床回转中心未重合的工况下的各直线轴坐标位置进行补偿，实现便捷、高效、高质量的加工。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种卧式四轴联动数控机床的刀尖点跟随补偿方法，在数控系统不具有刀尖点跟随功能的情况下，作用于卧式四轴联动数控机床在进行工作台回转联动加工时，针对编程原点与工作台回转中心不重合的工况，在每个离散后的刀位点，根据编程原点与回转中心之间的偏置量以及工作台回转角度，计算X轴与Z轴方向上的偏置量，并将该偏置量随数控程序一起输入至数控机床中，使数控机床仍能按照理论轨迹进行切削运动。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：提供一种卧式四轴联动数控机床的刀尖点跟随补偿方法，包括如下步骤：
[0008]S1、计算适用于不同位置的补偿量计算公式：
[0009]根据回转工作台旋转的角度、程序原点与回转工作台之间的偏置距离、编程坐标系下的刀位点坐标，采用三角函数计算每个刀位点处X与Z方向的补偿量计算公式；
[0010]S2、将刀位点后置处理为带实时刀尖点补偿功能的加工程序：
[0011]读取编程软件中的刀具路径的刀位点序列，将所有的刀位点按照所述步骤S1计算得出的补偿量计算公式，对直线轴的运动量进行修正补偿，通过后置处理算法，输出为完整的加工程序；
[0012]S3、数控系统调用加工程序自动完成每个刀尖点的补偿并实现加工：
[0013]在数控系统中调用加工程序，通过所述步骤S1中得到的补偿量计算公式自动计算各个刀尖点处的X与Z方向的补偿量，在两个刀位点之间采用直线插补自动计算各插补周期的机床各轴坐标值，完整运行程序后完成刀尖点跟随补偿加工。
[0014]进一步的，所述步骤S1中，计算适用于不同位置的补偿量计算公式具体包括：
[0015]S1
‑
1、待加工工件放置于回转工作台上，回转工作台的回转中心为R点，其机床坐标系下的坐标分别为(RO
X
，RO
Z
)，在回转工作台即B轴在机床坐标系下为0
°
时进行工件的原点设定，此时工件的编程原点为PO点，其正在机床坐标系下的坐标分别为(PO
X
，PO
Z
)；
[0016]S1
‑
2、机床坐标系的坐标(RO
X
，RO
Z
)为已知的数值，编程坐标系原点(PO
X
，PO
Z
)直接读取数控系统中的地址，在工件摆放固定的情况下，该值为已知数值；编程坐标系下的理论刀具路径为绕编程原点(PO
X
，PO
Z
)的直径为D整圆；
[0017]S1
‑
3、根据三角函数进行计算，补偿量与工作台旋转角度B、编程坐标系原点(PO
X
，PO
Z
)与回转工作台回转中心(RO
X
，RO
Z
)有关，进一步的，可分别得出X方向与Z方向的补偿量计算公式为：
[0018]D
X
＝(PO
X
‑
RO
X
)
·
cos(B)
‑
(PO
Z
‑
RO
Z
)
·
sin(B)
‑
(PO
X
‑
RO
X
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0019]D
Z
＝(PO
Z
‑
RO
Z
)
·
cos(B)+(PO
X
‑
RO
X
)
·
sin(B)
‑
(PO
Z
‑
RO
Z
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0020]其中，B为当前工作台的旋转角度；
[0021]进一步的，所述步骤S2中，将刀位点后置处理为带实时刀尖点补偿功能的加工程序具体包括：
[0022]S2
‑
1、编程软件中，将初始的刀具路径按照最大玹高误差进行离散，得到刀位点序列CL＝{Px,Py,Pz}，对应刀轴矢量序列N＝{Nx,Ny,Nz}，其中Px、Py、Pz分别为刀位点在编程坐标系下的坐标值，Nx、Ny、Nz分别位对应刀位点在编程坐标系下的单位刀轴矢量在编程坐标系下的分量；
[0023]S2
‑
2、根据齐次矩阵变换方法分别计算出机床各个轴的运动量为：
[0024]B＝arctan(Nx/Nz)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0025]X＝Px
·
cos(B)
‑
Pz
·
sin(B)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0026]Y＝Py
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0027]Z＝Px
·
sin(B)+Pz
·
cos(B)
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卧式四轴联动数控机床的刀尖点跟随补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、计算适用于不同位置的补偿量计算公式：根据回转工作台旋转的角度、程序原点与回转工作台之间的偏置距离、编程坐标系下的刀位点坐标，采用三角函数计算每个刀位点处X与Z方向的补偿量计算公式；S2、将刀位点后置处理为带实时刀尖点补偿功能的加工程序：读取编程软件中的刀具路径的刀位点序列，将所有的刀位点按照所述步骤S1计算得出的补偿量计算公式，对直线轴的运动量进行修正补偿，通过后置处理算法，输出为完整的加工程序；S3、数控系统调用加工程序自动完成每个刀尖点的补偿并实现加工：在数控系统中调用加工程序，通过所述步骤S1中得到的补偿量计算公式自动计算各个刀尖点处的X与Z方向的补偿量，在两个刀位点之间采用直线插补自动计算各插补周期的机床各轴坐标值，完整运行程序后完成刀尖点跟随补偿加工。2.如权利要求1所述的卧式四轴联动数控机床的刀尖点跟随补偿方法，其特征在于，所述步骤S1中，计算适用于不同位置的补偿量计算公式具体包括：S1
‑
1、待加工工件放置于回转工作台上，回转工作台的回转中心为R点，其机床坐标系下的坐标分别为(RO
X
，RO
Z
)，在回转工作台即B轴在机床坐标系下为0
°
时进行工件的原点设定，此时工件的编程原点为PO点，其正在机床坐标系下的坐标分别为(PO
X
，PO
Z
)；S1
‑
2、机床坐标系的坐标(RO
X
，RO
Z
)为已知的数值，编程坐标系原点(PO
X
，PO
Z
)直接读取数控系统中的地址，在工件摆放固定的情况下，该值为已知数值；编程坐标系下的理论刀具路径为绕编程原点(PO
X
，PO
Z
)的直径为D整圆；S1
‑
3、根据三角函数进行计算，补偿量与工作台旋转角度B、编程坐标系原点(PO
X
，PO
Z
)与回转工作台回转中心(RO
X
，RO
Z
)有关，进一步的，可分别得出X方向与Z方向的补偿量计算公式为：D
X
＝(PO
X
‑
RO
X
)
·
cos(B)
‑
(PO
Z

【专利技术属性】
技术研发人员：周金强，邱硕，逄格波，刘晓，孔维森，辛本礼，宫秀梅，
申请(专利权)人：上海航天设备制造总厂有限公司，
类型：发明
国别省市：