一種基于后置處理五軸刀具半徑補(bǔ)償方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于后置處理五軸刀具半徑補(bǔ)償方法。首先研究五軸刀具半徑補(bǔ)償?shù)幕驹恚槍ΤＳ玫娜N類型端銑刀，分別推導(dǎo)出其刀具半徑補(bǔ)償方向和補(bǔ)償后刀位點(diǎn)的矢量。然后，建立前置刀位數(shù)據(jù)與機(jī)床各軸運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系方程，并結(jié)合補(bǔ)償后刀位點(diǎn)的矢量，推導(dǎo)出補(bǔ)償后的刀位數(shù)據(jù)與機(jī)床各坐標(biāo)軸之間的關(guān)系方程。最后，利用VisualC++6.0開發(fā)出一套帶有刀具半徑補(bǔ)償功能的后置處理軟件。本發(fā)明能夠解決不具備五軸半徑補(bǔ)償功能機(jī)床的刀具半徑補(bǔ)償問題，避免刀具半徑尺寸改變后必須返回CAM系統(tǒng)重新生成刀軌和再次進(jìn)行后置處理的繁瑣過程，從而縮短零件總加工時(shí)間和提高了數(shù)控加工程序可重用性，具有較強(qiáng)的工程應(yīng)用價(jià)值。
【專利說明】一種基于后置處理五軸刀具半徑補(bǔ)償方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種多軸數(shù)控機(jī)床刀具半徑補(bǔ)償方法，尤其涉及一種基于后置處理五 軸刀具半徑補(bǔ)償方法，屬于五軸數(shù)控加工領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 刀具補(bǔ)償是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC)系統(tǒng)所具有的重要功能之一，可分為刀具半徑 補(bǔ)償和刀具長度補(bǔ)償兩種。針對二維輪廓加工，目前數(shù)控系統(tǒng)都具備刀具長度和刀具半徑 補(bǔ)償?shù)墓δ堋Ｈ欢谖遢S數(shù)控加工過程中，由于刀觸點(diǎn)和刀軸矢量方向都不斷變化，因此刀 具半徑補(bǔ)償功能較難實(shí)現(xiàn)。國內(nèi)外學(xué)者已對五軸數(shù)控加工中刀具半徑補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行了大量 研究，目前已在一些國外商用數(shù)控系統(tǒng)中進(jìn)行了部分應(yīng)用?？偟膩碚f，五軸刀具半徑補(bǔ)償功 能實(shí)現(xiàn)主要有兩種途徑： 現(xiàn)有技術(shù)一，數(shù)控系統(tǒng)本身具有五軸刀具半徑補(bǔ)償功能，并支持帶刀具半徑補(bǔ)償向量 的程序段格式，此時(shí)數(shù)控程序需要提供刀具半徑補(bǔ)償向量。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)二是在后置處理程序中進(jìn)行刀具半徑補(bǔ)償，生成刀具半徑補(bǔ)償后的數(shù)控 程序，這時(shí)數(shù)控系統(tǒng)不需要提供專門的程序段格式。
[0004] 上述現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下缺點(diǎn)： 現(xiàn)有技術(shù)一，將需要數(shù)控系統(tǒng)提供五軸刀具半徑補(bǔ)償功能，對于不具備五軸半徑補(bǔ)償 的數(shù)控系統(tǒng)來說，則需要購買相應(yīng)的軟件包對數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，將大幅增加機(jī)床的 使用成本，從而提高了零件的加工費(fèi)用。同時(shí)，還需要CAM軟件能夠生成帶有補(bǔ)償向量的刀 位文件，然后利用專用后置處理軟件生成帶有刀具半徑補(bǔ)償向量的數(shù)控加工程序。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)二，是在對刀位文件進(jìn)行后置處理時(shí)，考慮到刀具半徑補(bǔ)償值，進(jìn)行了相 應(yīng)計(jì)算，并輸出到數(shù)控加工程序中。但當(dāng)?shù)毒甙霃桨l(fā)生變化時(shí)，需要重新對原有刀位文件進(jìn) 行后置處理，并得到新的補(bǔ)償后數(shù)控加工程序。這個(gè)過程非常繁瑣，且數(shù)控加工程序的可重 用性較差，必將大幅增加工藝人員的工作量，以及零件的總加工時(shí)間，從而提升零件的制造 成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提出一種基于后置處理五軸刀具半徑補(bǔ)償方法，解決不具備五軸 刀具半徑補(bǔ)償功能機(jī)床的刀具長度補(bǔ)償問題。
[0007] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的： 本發(fā)明的基于后置處理五軸刀具長度補(bǔ)償方法，包括步驟： A、 研究了五軸刀具半徑補(bǔ)償?shù)幕驹?，針對常用的三種類型端銑刀，如球頭刀、平底 刀和環(huán)形刀，分別推導(dǎo)出其刀具半徑補(bǔ)償方向和補(bǔ)償后刀位點(diǎn)的矢量方程； B、 以擺頭轉(zhuǎn)臺(tái)類五軸數(shù)控機(jī)床為例，建立前置刀位數(shù)據(jù)與機(jī)床各軸運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)之間的關(guān) 系方程，結(jié)合補(bǔ)償后刀位點(diǎn)的矢量方程，推導(dǎo)出補(bǔ)償后的刀位數(shù)據(jù)與機(jī)床各軸運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)之 間的關(guān)系方程，并對其進(jìn)行求解計(jì)算； C、 利用步驟B中計(jì)算結(jié)果，基于Visual C++ 6. O開發(fā)出一套帶有刀具半徑補(bǔ)償功能的 后置處理軟件，該軟件不僅可以直接生成半徑補(bǔ)償后的數(shù)控加工程序，而且可以生成帶有 半徑補(bǔ)償宏變量的數(shù)控加工程序； D、 利用該軟件將刀具半徑作為宏變量寫入后置處理后的數(shù)控加工程序中，進(jìn)而通過修 改數(shù)控加工程序中半徑宏變量就可以方便實(shí)現(xiàn)五軸刀具半徑的補(bǔ)償。
[0008] 由上述發(fā)明技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明的基于后置處理五軸刀具長度補(bǔ)償方法， 首先，研究了五軸刀具半徑補(bǔ)償?shù)幕驹?，針對常用的三種類型端銑刀，如球頭刀、平底 刀和環(huán)形刀，分別推導(dǎo)出其刀具半徑補(bǔ)償方向和補(bǔ)償后刀位點(diǎn)的矢量方程；然后，以擺頭轉(zhuǎn) 臺(tái)類五軸數(shù)控機(jī)床為例，建立前置刀位數(shù)據(jù)與機(jī)床各軸運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系方程，結(jié)合補(bǔ) 償后刀位點(diǎn)的矢量方程，推導(dǎo)出補(bǔ)償后的刀位數(shù)據(jù)與機(jī)床各軸運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系方程， 并對其進(jìn)行求解計(jì)算；之后，利用步驟B中計(jì)算結(jié)果，基于Visual C++ 6.0開發(fā)出一套帶 有刀具半徑補(bǔ)償功能的后置處理軟件，該軟件不僅可以直接生成半徑補(bǔ)償后的數(shù)控加工程 序，而且可以生成帶有半徑補(bǔ)償宏變量的數(shù)控加工程序；最后，利用該軟件將刀具半徑作為 宏變量寫入后置處理后的數(shù)控加工程序中，進(jìn)而通過修改數(shù)控加工程序中半徑宏變量就可 以方便實(shí)現(xiàn)五軸刀具半徑的補(bǔ)償。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 圖1為球頭刀半徑補(bǔ)償原理示意圖； 圖2為平底刀半徑補(bǔ)償原理示意圖； 圖3為環(huán)形刀半徑補(bǔ)償原理示意圖； 圖4為五軸聯(lián)動(dòng)葉片機(jī)床； 圖5為后置處理軟件界面； 圖6為含切觸點(diǎn)信息的刀位文件； 圖7為帶半徑補(bǔ)償宏變量的數(shù)控程序。

【具體實(shí)施方式】
[0010] 本發(fā)明的基于后置處理五軸刀具長度補(bǔ)償方法，其較佳的【具體實(shí)施方式】是，包 括： A、研究了五軸刀具半徑補(bǔ)償?shù)幕驹?，針對常用的三種類型端銑刀，如球頭刀、平底 刀和環(huán)形刀，分別推導(dǎo)出其刀具半徑補(bǔ)償方向和補(bǔ)償后刀位點(diǎn)的矢量方程； 在五軸端銑加工曲面過程中，常用刀具類型有球頭刀、平底刀和環(huán)形刀等，為研究五軸 刀具半徑補(bǔ)償?shù)幕驹恚挛膶⑨槍σ陨先N類型刀具分別推導(dǎo)其半徑補(bǔ)償方向和補(bǔ)償 后刀位點(diǎn)矢量方程。
[0011] 1、球頭刀半徑補(bǔ)償方向和補(bǔ)償后刀位點(diǎn)矢量 如圖1所示，為設(shè)計(jì)曲面，Z7為曲面上的切觸點(diǎn)，球頭刀在點(diǎn)Z7處與曲面相 切，球頭刀的半徑為A 0為刀心點(diǎn)，％。3為刀尖點(diǎn)，i為切觸點(diǎn)/7處刀位的刀軸矢量， 為切觸點(diǎn)/ 7處曲面的法矢量，以上兩矢量均為單位矢量。假設(shè)球頭刀半徑發(fā)生改 變，即半徑由W變?yōu)閂時(shí)，為保持球頭刀在切觸點(diǎn)/ 7處與曲面S相切，則刀心點(diǎn)0必 須沿切觸點(diǎn)/^處的法矢方向進(jìn)行平移。因此，為球頭刀半徑補(bǔ)償方向矢量，補(bǔ)償量 ΔΛ= IT-J?。于是,在工件坐標(biāo)系^yffYwZw中補(bǔ)償后的刀心點(diǎn)?Τ的位置矢量為

【權(quán)利要求】
1. 一種基于后置處理五軸刀具半徑補(bǔ)償方法，其特征在于，包括步驟： A、 研究了五軸刀具半徑補(bǔ)償?shù)幕驹恚槍ΤＳ玫腍種類型端就刀，如球頭刀、平底 刀和環(huán)形刀，分別推導(dǎo)出其刀具半徑補(bǔ)償方向和補(bǔ)償后刀位點(diǎn)的矢量方程； B、 W擺頭轉(zhuǎn)臺(tái)類五軸數(shù)控機(jī)床為例，建立前置刀位數(shù)據(jù)與機(jī)床各軸運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)之間的關(guān) 系方程，結(jié)合補(bǔ)償后刀位點(diǎn)的矢量方程，推導(dǎo)出補(bǔ)償后的刀位數(shù)據(jù)與機(jī)床各軸運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)之 間的關(guān)系方程，并對其進(jìn)行求解計(jì)算； C、 利用步驟B中計(jì)算結(jié)果，基于Visual C++ 6.0開發(fā)出一套帶有刀具半徑補(bǔ)償功能的 后置處理軟件，該軟件不僅可W直接生成半徑補(bǔ)償后的數(shù)控加工程序，而且可W生成帶有 半徑補(bǔ)償宏變量的數(shù)控加工程序； D、 利用該軟件將刀具半徑作為宏變量寫入后置處理后的數(shù)控加工程序中，進(jìn)而通過修 改數(shù)控加工程序中半徑宏變量就可W方便實(shí)現(xiàn)五軸刀具半徑的補(bǔ)償。
2. 據(jù)權(quán)利要求1所述的基于后置處理五軸刀具半徑補(bǔ)償方法，其特征在于，所述步驟A 中，首先，研究了五軸刀具半徑補(bǔ)償?shù)幕驹?；然后，針對常用的H種類型端就刀，如球頭 刀、平底刀和環(huán)形刀，分別推導(dǎo)出其刀具半徑補(bǔ)償方向和補(bǔ)償后刀位點(diǎn)的矢量方程。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的基于后置處理五軸刀具半徑補(bǔ)償方法，其特征在于，所述 步驟B中，首先，W擺頭轉(zhuǎn)臺(tái)類五軸數(shù)控機(jī)床為例；然后，建立前置刀位數(shù)據(jù)與機(jī)床各軸運(yùn) 動(dòng)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系方程，W及結(jié)合補(bǔ)償后刀位點(diǎn)的矢量方程，推導(dǎo)出補(bǔ)償后的刀位數(shù)據(jù)與 機(jī)床各軸運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系方程；最后對上述方程進(jìn)行求解計(jì)算。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1和3所述的基于后置處理五軸刀具半徑補(bǔ)償方法，其特征在于，所述 步驟C中，利用步驟B中計(jì)算結(jié)果，基于Visual C++ 6.0開發(fā)出一套帶有刀具半徑補(bǔ)償功 能的后置處理軟件；該軟件不僅可W直接生成半徑補(bǔ)償后的數(shù)控加工程序，而且可W生成 帶有半徑補(bǔ)償宏變量的數(shù)控加工程序。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于后置處理五軸刀具半徑補(bǔ)償方法，其特征在于，所述步 驟D中，利用該軟件將刀具半徑作為宏變量寫入后置處理后的數(shù)控加工程序中，進(jìn)而通過 修改數(shù)控加工程序中半徑宏變量就可W方便實(shí)現(xiàn)五軸刀具半徑的補(bǔ)償。
【文檔編號(hào)】G05B19/404GK104460516SQ201310440414
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月25日
【發(fā)明者】徐汝鋒, 陳志同, 程祥 申請人:山東理工大學(xué)