CN106802628A - 五轴孔加工通用后置处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种专门针对五轴孔加工的后置处理方法，将五轴联动孔加工方式转化为五轴定向孔加工方式。可以有效的解决五轴联动孔加工处理方式的两个缺点。1、各大机床厂商，虽然机床结构不同，数控***不同，但是均提供统一的五轴定向加工方案，其中应用最广泛的是欧拉角倾斜面加工循环。因此本发明提供的方法具有较强的通用性。2、五轴定向的加工方式，可以使用孔加工循环，从而可以实现在孔底停留、镗孔退刀设置等孔加工功能。因此本发明提供的方法具有重要的意义。

Description

五轴孔加工通用后置处理方法

技术领域

本发明涉及多轴数控加工领域，具体是五轴孔加工通用后置处理方法。

背景技术

随着数控加工行业的迅猛发展，五轴联动数控加工技术已广泛应用于航空航天，造船，汽车，能源等工业的高精密复杂零件的加工中。五轴联动机床相比于三轴与四轴机床，增加了两个旋转轴，使得刀轴方向更灵活，理论上可以实现刀轴任意角度的加工。然而，CAM软件生成的刀位轨迹源文件并不能直接驱动数控机床。

后置处理就是将刀位文件转换成机床数控***可以识别并正确驱动机床运动的NC代码的处理过程。通用的后置处理，例如专利“一种多轴数控机床通用后置处理方法(申请号：201110324388.7)”和专利“五轴联动数控加工的后置处理方法(申请号：201110065169.1)”提供了五轴联动数控程序的后置处理基本方法，但是都没有对五轴孔加工做特殊处理。

在航空航天、兵器等行业的零件中，经常存在多角度孔系。使用通用的后置处理，CAM软件只能生成五轴联动的孔加工数控程序，这种处理方式存在两个缺点：1、五轴联动是面向具体机床的后置处理，机床结构不同，所需后置处理不同，通用性较差；2、不能生成孔加工循环数控程序，从而不能实现在孔底停留、镗孔退刀设置等功能。

发明内容

针对现有的通用后置处理方法的不足，本发明提出一种五轴孔加工通用后置处理方法，将五轴联动的孔加工方式改变为五轴定向且使用孔加工循环的方式。五轴联动孔加工后置处理原则为：按顺序处理每个点位的信息，通过点位的单位矢量计算出对应机床结构的旋转轴转动量，再计算出旋转后的位移补偿量与原坐标值叠加，从而获得三个位置参数和两个角度参数。五轴定向孔加工后置处理原则为：建立主坐标系和子坐标系，主坐标系为加工坐标系，然后将主坐标系以欧拉角XYZ顺序旋转，使Z轴与孔点位单位矢量平行，从而得到子坐标系，并计算出三个旋转角度参数，即主坐标系和子坐标系的关系，再利用孔点位在主加工坐标系下的坐标值和三个旋转角度参数计算出孔点位在子加工坐标系下的坐标值。然后分离出刀位文件中的钻孔循环参数，从而获得五轴定向孔加工所需要的全部参数，完成后置处理过程。本发明为工艺人员提供一种适合于各种机床结构和***的通用五轴孔加工后置方法，减少了人工计算角度的环节，有利于提高数控编程准确度和效率。

本发明的技术方案为：

所述一种五轴孔加工通用后置处理方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：读取刀位文件；

步骤2：判断是否为孔加工操作，如果是，转入下一步骤，如果不是，采用通用后置处理对该段刀位文件进行处理；

步骤3：判断刀轴是否发生变化，如果发生变化，转到步骤4，如果未发生变化，转到步骤6；

步骤4、利用刀轴矢量，计算出欧拉角；

步骤5、输出倾斜面循环，将步骤4算出的欧拉角作为参数赋值给倾斜面循环；

步骤6、计算子坐标系下孔位点的坐标值X，Y，Z；

步骤7、输出孔加工循环程序，将步骤6计算出的Z值作为孔加工初始表面参数赋值给孔加工循环；

步骤8、输出步骤6计算出的X，Y值，并调用孔加工循环；

步骤9、判断孔循环是否结束，如果是，转到步骤10，如果否，重复步骤3～步骤9；

步骤10、判断是否为最后刀位，如果是，转到步骤11，如果否，转到步骤2；

步骤11、程序结束。

有益效果

本发明提供一种专门针对五轴孔加工的后置处理方法，将五轴联动孔加工方式转化为五轴定向孔加工方式。可以有效的解决五轴联动孔加工处理方式的两个缺点。1、各大机床厂商，虽然机床结构不同，数控***不同，但是均提供统一的五轴定向加工方案，其中应用最广泛的是欧拉角倾斜面加工循环。因此本发明提供的方法具有较强的通用性。2、五轴定向的加工方式，可以使用孔加工循环，从而可以实现在孔底停留、镗孔退刀设置等孔加工功能。因此本发明提供的方法具有重要的意义。

附图说明

图1：五轴孔加工通用后置处理方法流程图；

图2：实例钻孔刀轨示意图；

图3：实例钻孔循环参数示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：

实例条件(软件：Siemens NX8.5；机床：德玛吉DMU100MONIBLOCK；数控***：海德汉Itnc530)

1、读入刀位文件

例如：

CYCLE/DRILL,RAPTO,10.0000,FEDTO,0.0000,CAM,1,RTRCTO,10.0000,MMPM,250.0000,OPTION

GOTO/115.4228,-25.5000,-22.5772,-0.7071068,0.0000000,0.7071068

GOTO/75.5772,-25.5000,-22.5772,0.7071068,0.0000000,0.7071068

CYCLE/OFF

END-OF-PATH

2、通过CYCLE/DRILL可知，为钻孔循环。

3、判断刀轴方向是否发生变化，初始刀轴矢量为【0,0,1】。

由第一点刀轴矢量【-0.7071068,0.0000000,0.7071068】可知，刀轴方向发生了变化。

4、计算出欧拉角。

设定旋转顺序为绕Z轴转C度使刀轴在X-Y面的投影矢量与X轴正向重合，然后再绕旋转后的坐标系Y轴转B度使得刀轴与Z轴正向重合，由此可知0<＝C<360，0<＝B<＝180。

根据坐标变换原理，初始刀轴矢量T与孔位刀轴矢量T^X之间的关系为：

Rot(C)×Rot(B)×T＝T^X

即：

根据上式可得：

cosB＝k

cosC＝i/sinB

sinC＝j/sinB

最终求得：

(当k＝0时，可知刀轴在x-y平面内，所以B＝90)

当j>0时：C＝arctan(j/i)；

当j<0时：C＝arctan(j/i)+180；

当j＝0时：如果i>0，C＝0，如果i<0，C＝180；

当i＝0时，可知刀轴在y-z平面内，所以当j>＝0时，C＝90；当j<0时，C＝270；

当k＝0，且i＝0时，可知j＝+1或j＝-1，当j＝+1时，B＝90，C＝90；当j＝-1时，B＝90，C＝270；

第一孔的刀轴矢量为【-0.7071068,0.0000000,0.7071068】

因为j＝0且i<0，所以C＝180。

5、输出海德汉***倾斜面加工循环PLANE SPATIAL，将算出的欧拉角赋值给SA，SB，SC。

…PLANE SPATIAL SPA+0.0SPB+45.SPC+180TURN F+500SEQ-TABLE ROT

6、计算出新坐标系下孔初始点的坐标值。

坐标系变换矩阵

变换后的坐标点

原坐标系坐标点

T×X＝X0

即：

X＝T^-1×X0

求出：

x＝cos(C)*cos(B)/(cos(C)^2*cos(B)^2+sin(C)^2*cos(B)^2+sin(C)^2*sin(B)^2+cos(C)^2*sin(B)^2)*x0+sin(C)*cos(B)/(cos(C)^2*cos(B)^2+sin(C)^2*cos(B)^2+sin(C)^2*sin(B)^2+cos(C)^2*sin(B)^2)*y0-sin(B)/(cos(B)^2+sin(B)^2)*z0；

y＝-sin(C)/(cos(C)^2+sin(C)^2)*x0+cos(C)/(cos(C)^2+sin(C)^2)*y0；

z＝cos(C)*sin(B)/(cos(C)^2*cos(B)^2+sin(C)^2*cos(B)^2+sin(C)^2*sin(B)^2+cos(C)^2*sin(B)^2)*x0+sin(C)*sin(B)/(cos(C)^2*cos(B)^2+sin(C)^2*cos(B)^2+sin(C)^2*sin(B)^2+cos(C)^2*sin(B)^2)*y0+cos(B)/(cos(B)^2+sin(B)^2)*z0；

在本例中：x0＝115.4228，y0＝-25.5000，z0＝-22.5772，B＝45，C＝180代入上式，求出：

x＝-65.6518

y＝25.5000

z＝-97.5807。

7、输出孔加工循环，将步骤6计算出的坐标z值赋值给Q203。

CYCL DEF 200 Q200＝10.Q201＝0.Q206＝250.Q202＝0.Q210＝0 Q203＝-97.5807 Q204＝10.Q211＝0。

8、输出该孔程序，坐标值为步骤6求出的x，y值。

L X-65.652Y25.5FMAX M99。

9、判断孔加工循环是否结束，若否，转到下一孔位，重复3～8的步骤；

PLANE SPATIAL SPA+0.0SPB+45.SPC0.TURN F+500SEQ-TABLE ROT

CYCL DEF 200 Q200＝10.Q201＝0.Q206＝250.Q202＝0.Q210＝0 Q203＝37.4767Q204＝10.Q211＝0.

L X69.4056Y-25.5000R0FMAX M99。

10、判断是否为最后刀位，如果是，转到步骤11，如果不是，转到步骤2。由END-OF-PATH可知为最后刀位，转到步骤11。

11、程序结束。

Claims (1)

1.一种五轴孔加工通用后置处理方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：读取刀位文件；

步骤2：判断是否为孔加工操作，如果是，转入下一步骤，如果不是，采用通用后置处理对该段刀位文件进行处理；

步骤3：判断刀轴是否发生变化，如果发生变化，转到步骤4，如果未发生变化，转到步骤6；

步骤4、利用刀轴矢量，计算出欧拉角；

步骤5、输出倾斜面循环，将步骤4算出的欧拉角作为参数赋值给倾斜面循环；

步骤6、计算子坐标系下孔位点的坐标值X，Y，Z；

步骤7、输出孔加工循环程序，将步骤6计算出的Z值作为孔加工初始表面参数赋值给孔加工循环；

步骤8、输出步骤6计算出的X，Y值，并调用孔加工循环；

步骤9、判断孔循环是否结束，如果是，转到步骤10，如果否，重复步骤3～步骤9；

步骤10、判断是否为最后刀位，如果是，转到步骤11，如果否，转到步骤2；

步骤11、程序结束。