本發(fā)明涉及一種帶C軸車加工的通用后置處理方法和裝置，屬于數(shù)控加工
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，在國內(nèi)、外都對后置處理技術(shù)有足夠的重視。各CAD/CAM軟件廠家都研究開發(fā)了各自的后置處理系統(tǒng)。目前關(guān)于后置處理技術(shù)的的處理系統(tǒng)呈現(xiàn)多種的形態(tài)，如UG-II采用了UG/POST，Pro/Engineer系統(tǒng)采用Pro/NCPOST，MasterCAM系統(tǒng)采用pst等。CAD/CAM系統(tǒng)經(jīng)過刀具軌跡計算產(chǎn)生刀位文件，記錄刀位點信息、刀軸矢量信息以及相關(guān)工藝信息等。大部分刀位文件的形式都是APT格式，并不能直接應(yīng)用于數(shù)控機床加工。后置處理的作用就是將刀位文件中記錄的刀具位置、矢量以及輔助工藝信息進行提取、解釋、轉(zhuǎn)換，并最終生成相應(yīng)的NC加工程序。在國內(nèi)，帶C軸數(shù)控車加工的機床并不普遍，支持帶C軸數(shù)控車的加工編程技術(shù)還遠不能滿足工廠的需求，針對帶C軸數(shù)控車加工的后置處理方法更沒有完整的設(shè)計方案。通用后置處理是一種可以用于不同類型機床的刀具文件處理系統(tǒng)。大部分的后置處理坐標(biāo)轉(zhuǎn)換算法均是根據(jù)機床類型及機床結(jié)構(gòu)進行分類處理，但是采用分類處理的方法使得后置處理中坐標(biāo)轉(zhuǎn)換求解算法復(fù)雜化，不利于后置處理算法的擴展。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提出一種帶C軸車加工的通用后置處理方法和裝置，該方法可以適用于任意的帶C軸的三軸數(shù)控車，通過本發(fā)明方法，可以將帶C軸車加工的刀具文件轉(zhuǎn)換成可以直接用于數(shù)控加工的NC代碼。一種帶C軸車加工的通用后置處理裝置，包括文件輸入模塊、機床設(shè)置界面、數(shù)控機床結(jié)構(gòu)及通用運動學(xué)建模模塊、后置處理坐標(biāo)求解模塊、誤差控制與處理模塊、數(shù)控指令格式控制模塊、輸出模塊；機床設(shè)置界面，設(shè)置機床各種格式的定義以及機床各種參數(shù)的定義，通過機床設(shè)置界面定義的格式和參數(shù)將傳送給數(shù)控指令格式控制模塊和數(shù)控機床結(jié)構(gòu)及通用運動學(xué)建模模塊；數(shù)控機床結(jié)構(gòu)及通用運動學(xué)建模模塊根據(jù)機床設(shè)置界面輸出的機床各種參數(shù)的定義中的機床結(jié)構(gòu)信息，進行機床結(jié)構(gòu)和機床運動學(xué)建模，兩個模型建立完畢，得到后置處理坐標(biāo)求解所需的信息，輸出至后置處理坐標(biāo)求解模塊，進行后置處理坐標(biāo)的求解；后置處理坐標(biāo)求解模塊讀入刀具軌跡信息，通過建立的機床結(jié)構(gòu)和運動學(xué)模型，進行后置處理坐標(biāo)的求解，得到應(yīng)用于帶C軸車加工機床的各進給軸坐標(biāo)[x,z,C]T；誤差控制與處理模塊將各進給軸坐標(biāo)[x,z,C]T中出現(xiàn)的非線性誤差及奇異現(xiàn)象進行插值優(yōu)化處理；數(shù)控指令格式控制模塊將機床設(shè)置界面輸出的機床各種格式的定義進行儲存，并根據(jù)定義的格式對后置處理坐標(biāo)求解模塊求解出的坐標(biāo)進行數(shù)控指令的控制；文件輸入模塊是刀位文件的讀入，是要處理的代碼文件；輸出模塊實現(xiàn)NC代碼的輸出，即根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)指令格式和內(nèi)存中有關(guān)的坐標(biāo)求解得到的刀位數(shù)據(jù)輸出為NC加工程序。一種帶C軸車加工的通用后置處理方法，具體包括以下幾個步驟：步驟一：輸入機床信息和技術(shù)參數(shù)，建立機床結(jié)構(gòu)參數(shù)和機床通用運動學(xué)模型；步驟二：讀取刀位文件中的軌跡鏈，并判斷是否讀到鏈尾；若沒有讀到鏈尾標(biāo)志，轉(zhuǎn)到步驟三；若讀到鏈尾標(biāo)志，結(jié)束程序的讀寫，輸出最終的NC文件；步驟三：進行機床運動求解，將刀位文件中的軌跡鏈轉(zhuǎn)化為所需要的進給軸坐標(biāo)；步驟四：根據(jù)求出的進給軸坐標(biāo)，進行非線性誤差計算，判斷機床運動求解后的坐標(biāo)是否滿足非線性條件；若滿足非線性條件，轉(zhuǎn)到步驟五；若不滿足非線性條件，將求出的進給軸坐標(biāo)進行優(yōu)化，優(yōu)化后重新判斷是否滿足非線性條件；步驟五：將滿足非線性條件的坐標(biāo)，根據(jù)數(shù)控指令格式的控制，寫入待輸出的NC文件；并轉(zhuǎn)到步驟二。本發(fā)明的優(yōu)點在于：(1)本發(fā)明利用任意結(jié)構(gòu)機床的運動求解方法，開發(fā)了一種新的通用后置處理方法。相比于傳統(tǒng)的通過進行分類處理的通用后置處理方法，此后置處理的編程相對簡單，無需大量的分類處理；(2)本發(fā)明為帶C軸車加工的三軸數(shù)控機床開發(fā)了一種通用后置處理方法，適用于所有的帶C軸的三軸數(shù)控機床。附圖說明圖1是本發(fā)明的方法流程圖；圖2是各設(shè)計模塊的數(shù)據(jù)流向關(guān)系圖；圖3是機床運動鏈關(guān)系示意圖；具體實施方式下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。本發(fā)明的通用后置處理裝置，包括文件輸入模塊、機床設(shè)置界面、數(shù)控機床結(jié)構(gòu)及通用運動學(xué)建模模塊、后置處理坐標(biāo)求解模塊、誤差控制與處理模塊、數(shù)控指令格式控制模塊、輸出模塊，各模塊的數(shù)據(jù)流動方向如圖2所示。本發(fā)明通過讀取刀位文件信息，生成所需的后置處理代碼，各模塊的具體功能如下。機床設(shè)置界面，設(shè)置機床各種格式的定義以及機床各種參數(shù)的定義；機床各種參數(shù)的定義包括機床的結(jié)構(gòu)信息，例如機床的結(jié)構(gòu)尺寸、各構(gòu)件間相對運動類型及方向，機床各種格式的定義包括后置處理文件頭的格式定義、文件尾的格式定義、直線差補定義、主軸轉(zhuǎn)速定義等。通過機床設(shè)置界面定義的格式和參數(shù)將傳送給數(shù)控指令格式控制模塊和數(shù)控機床結(jié)構(gòu)及通用運動學(xué)建模模塊。數(shù)控機床結(jié)構(gòu)及通用運動學(xué)建模模塊根據(jù)機床設(shè)置界面輸出的機床各種參數(shù)的定義中的機床結(jié)構(gòu)信息，進行機床結(jié)構(gòu)和機床運動學(xué)建模。數(shù)控機床結(jié)構(gòu)及通用運動學(xué)建模模塊建立數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)和運動學(xué)模型，為后置處理坐標(biāo)求解和誤差分析與控制提供基礎(chǔ)，以完成相應(yīng)的求解運算。此模塊需建立機床結(jié)構(gòu)模型、機床運動學(xué)模型。兩個模型建立完畢，即可得到后置處理坐標(biāo)求解所需的所有信息，從而進行后置處理坐標(biāo)的求解。1)機床結(jié)構(gòu)模型對于三軸機床，可以將機床看作一個復(fù)雜的空間運動機構(gòu)。機床的運動部件作為空間運動機構(gòu)的構(gòu)件，各構(gòu)件組成一條運動鏈，即機床結(jié)構(gòu)運動鏈。對于X、Z、C三軸數(shù)控機床，可以將機床作為一個特殊的運動構(gòu)件，X軸、Y軸、C軸是運動構(gòu)件，可以得到以下關(guān)系的運動鏈，如圖3所示。建立好機床結(jié)構(gòu)運動鏈后，只需再知道各運動構(gòu)件之間的相對運動關(guān)系，即可完成機床的結(jié)構(gòu)模型。圖中的U1為機床床身與X軸的相對運動矢量，U2為X軸與Y軸的相對運動矢量，U3為Y軸與C軸的相對運動矢量。在機床初始狀態(tài)下，機床的各個構(gòu)件之間的尺寸為機床的結(jié)構(gòu)尺寸。各構(gòu)件之間的運動坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換需要初始狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)尺寸與運動副之間的相對運動類型和方向作為坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換依據(jù)。因此，將機床的結(jié)構(gòu)尺寸和各構(gòu)件間相對運動類型及方向作為機床的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行建模?？紤]將構(gòu)成運動副的兩個構(gòu)件其中一個看作相對靜止(稱之為靜構(gòu)件)，另一個看作相對靜構(gòu)件做移動或旋轉(zhuǎn)運動(稱之為動構(gòu)件)，其中每個運動件都有一個獨立的坐標(biāo)系OLi-xLiyLizLi(第Li個運動件所在的坐標(biāo)系)(i＝1，2，3，…N-1)。運動副的動構(gòu)件相對于靜構(gòu)件的運動方向可以用方向矢量ni來表示，則針對相對平移運動，有nitranslation=(di,ei,fi)T]]>其中為靜構(gòu)件固連坐標(biāo)系中OLi-xLiyLizLi定義的相對平移運動方向矢量ni在坐標(biāo)系OLi-xLiyLizLi在各坐標(biāo)軸上的投影；di為方向矢量ni在坐標(biāo)系OLi-xLiyLizLiX軸上的投影；ei為方向矢量ni在坐標(biāo)系OLi-xLiyLizLiY軸上的投影；fi為方向矢量ni在坐標(biāo)系OLi-xLiyLizLiZ軸上的投影；針對相對旋轉(zhuǎn)運動，有nirotation=(gi,hi,ki)T]]>其中為在靜構(gòu)件固連坐標(biāo)系中OLi-xLiyLizLi定義的相對旋轉(zhuǎn)運動按照右手定則確定的方向矢量；gi為方向矢量ni在坐標(biāo)系OLi-xLiyLizLiX軸上的投影；hi為方向矢量ni在坐標(biāo)系OLi-xLiyLizLiY軸上的投影；ki為方向矢量ni在坐標(biāo)系OLi-xLiyLizLiZ軸上的投影；2)機床運動學(xué)模型機床的運動學(xué)建模，即求出機床運動鏈各相鄰構(gòu)件之間的運動學(xué)轉(zhuǎn)換關(guān)系。對于本發(fā)明的三軸機床，存在的運動關(guān)系為X、Y軸的平移和C軸的轉(zhuǎn)動。若相鄰構(gòu)件間的運動關(guān)系為相對轉(zhuǎn)動。對于本發(fā)明，即為C軸的轉(zhuǎn)動，設(shè)動構(gòu)件固連坐標(biāo)系為Oi-xiyizi(第i個運動件的坐標(biāo)系，對于本發(fā)明，即為C軸所在的坐標(biāo)系)，靜構(gòu)件固連坐標(biāo)系為Oi-1-xi-1yi-1zi-1(與第i個坐標(biāo)系相關(guān)，第i-1個運動件的坐標(biāo)系，對于本發(fā)明，即為Y軸所在的坐標(biāo)系)，任意矢量vr的起始點坐標(biāo)Ps＝(a,b,c)T。對于Oi-xiyizi坐標(biāo)系任意矢量vr旋轉(zhuǎn)θ度的坐標(biāo)變換可以分解為以下過程：假設(shè)坐標(biāo)系Oi-xiyizi先沿vr＝(vx，vy，vz)T移動到坐標(biāo)系Oi-1-xi-1yi-1zi-1的原點，然后繞Oi-1-xi-1yi-1zi-1的Z軸旋轉(zhuǎn)γ角度，從而使得Oi-xiyizi的X軸與坐標(biāo)系Oi-1-xi-1yi-1zi-1的矢量vr重合：Ri(vr,θ)=100001000010-a-b-c1cosγ-sinγ00sinγcosγ000010000110000cosθ-sinθ00sinθcosθ00001]]>其中：Oi-xiyizi為與動構(gòu)件固連的坐標(biāo)系；Oi-1-xi-1yi-1zi-1為與靜構(gòu)件固連的坐標(biāo)系；vr為從坐標(biāo)系Oi-xiyizi移動到坐標(biāo)系Oi-1-xi-1yi-1zi-1的方向向量；γ為任意矢量vr繞Oi-1-xi-1yi-1zi-1的Z軸旋轉(zhuǎn)的角度；θ為任意矢量vr在坐標(biāo)系Oi-xiyizi旋轉(zhuǎn)度。若若相鄰構(gòu)件間的運動關(guān)系為相對平移，坐標(biāo)系中的某點或某幾何圖形沿任意矢量vr＝(vx，vy，vz)T平移距離L的平移變換矩陣Ttranslation為Ttranslation=100vx·L010vy·L001vz·L0001]]>綜上，從機床到刀具的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣M為：M＝Ttranslatio1*Ttranslation2*R(vr,θ)其中，Ttranslatio1為機床床身到X軸的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣；Ttranslatio2為機床X軸到機床Y軸的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣；R(vr,θ)為Y軸到C軸的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣。vr為Y軸所在坐標(biāo)系原點到C軸所在的坐標(biāo)系原點的方向向量；后置處理坐標(biāo)求解模塊是將刀具文件轉(zhuǎn)換為所需的刀具坐標(biāo)信息的模塊。此模塊通過讀入的刀具軌跡信息，通過建立的機床結(jié)構(gòu)和運動學(xué)模型，進行后置處理坐標(biāo)的求解。此模塊運用數(shù)控機床結(jié)構(gòu)及通用運動學(xué)建模模塊建立好的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣，將刀具軌跡鏈進行轉(zhuǎn)換，生成應(yīng)用于帶C軸車加工機床的各進給軸坐標(biāo)[x,z,C]T。對于帶C軸的三軸數(shù)控機床，刀位文件中的刀位數(shù)據(jù)包含刀位點坐標(biāo)及刀具矢量，各個進給軸運動坐標(biāo)為[x1z1]T，刀具矢量為[00c0]T，各坐標(biāo)軸運動坐標(biāo)和刀具矢量包含在輸入的刀位文件中，則進給軸坐標(biāo)[x,z,C]T的求解公式，如下：00c0]T=R(vr,C)0010Tx1z1T=Ttranslatio1*Ttranslation2*R(vr,C)]]>Ttranslatio1為機床床身到X軸的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣；Ttranslatio2為機床X軸到機床Y軸的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣；R(vr,θ)為Y軸到C軸的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣。vr為Y軸所在坐標(biāo)系原點到C軸所在的坐標(biāo)系原點的方向向量；由以上兩式，即可求出各進給軸坐標(biāo)[x,z,C]T。誤差控制與處理模塊對后置處理中出現(xiàn)的非線性誤差及奇異現(xiàn)象進行插值優(yōu)化處理的模塊。通過得到的數(shù)控機床各進給軸坐標(biāo)[x,z,C]T，經(jīng)過運算，將后置處理中出現(xiàn)的非線性誤差及奇異現(xiàn)象進行插值優(yōu)化處理，具體過程如下：首先將刀位文件中的刀位數(shù)據(jù)根據(jù)機床運動學(xué)求解得到NC加工數(shù)據(jù)。機床的旋轉(zhuǎn)軸為C軸，經(jīng)求解得到的旋轉(zhuǎn)角度為θR。設(shè)整個刀位軌跡上刀位點的個數(shù)為n,相鄰刀位矢量ki-1、ki(i＝1,2,……,n)經(jīng)轉(zhuǎn)換得到的旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度分別為計算ΔθR‾=Σi=1n(θRi-θRi-1)R]]>為經(jīng)后置處理求解得到的旋轉(zhuǎn)角度，即各進給軸坐標(biāo)[x,z,C]T中的C角度。n為整個刀位軌跡上刀位點的個數(shù)，為整個刀位軌跡上刀位點旋轉(zhuǎn)角度變化量的平均值令ΔθR‾mod=x·ΔθR‾]]>作為判定非線性誤差是否過大的標(biāo)準(zhǔn)(τ值的確定可根據(jù)實際數(shù)控加工精度要求對其進行人為的調(diào)整)。計算ϵi=ΔθRi-ΔθR‾modΔθR‾mod(i=1,2,......,n-1)]]>為整個刀位軌跡上刀位點旋轉(zhuǎn)角度變化量的平均值的判斷標(biāo)準(zhǔn)值；εi為誤差值；設(shè)εi的允許最大取值為εmax。若εi>εmax,則須在兩個旋轉(zhuǎn)角度之間進行插值；反之，則說明該處非線性誤差在允許范圍內(nèi)，無須進行處理。數(shù)控指令格式控制模塊將機床設(shè)置界面輸出的機床各種格式的定義進行儲存，并根據(jù)定義的格式對后置處理坐標(biāo)求解模塊求解出的坐標(biāo)進行數(shù)控指令的控制。數(shù)控指令格式控制模塊將帶C軸的車加工機床除了X軸和Z軸之外，還具有第三軸C軸，因此要設(shè)計新的數(shù)控指令格式。數(shù)控指令如下：IKLC其中，I為X坐標(biāo)軸方向的地址符，K為Z坐標(biāo)軸方向的地址符，L為循環(huán)重復(fù)次數(shù)，C為主軸旋轉(zhuǎn)的角度。文件輸入模塊是刀位文件的讀入，是要處理的代碼文件。輸出模塊實現(xiàn)NC代碼的輸出，即根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)指令格式和內(nèi)存中有關(guān)的坐標(biāo)求解得到的刀位數(shù)據(jù)輸出為NC加工程序。此后置處理方法流程如圖1所示，具體包括以下幾個步驟：步驟一：輸入機床信息和各項技術(shù)參數(shù)，建立機床結(jié)構(gòu)參數(shù)和機床通用運動學(xué)模型。步驟二：讀取刀位文件中的軌跡鏈，并判斷是否讀到鏈尾。若沒有讀到鏈尾標(biāo)志，轉(zhuǎn)到步驟三；若讀到鏈尾標(biāo)志，結(jié)束程序的讀寫，輸出最終的NC文件。步驟三：進行機床運動求解，將刀位文件中的軌跡鏈轉(zhuǎn)化為所需要的進給軸坐標(biāo)。步驟四：根據(jù)求出的進給軸坐標(biāo)，進行非線性誤差計算，判斷機床運動求解后的坐標(biāo)是否滿足非線性條件。若滿足非線性條件，轉(zhuǎn)到步驟五；若不滿足非線性條件，將求出的進給軸坐標(biāo)進行優(yōu)化，優(yōu)化后重新判斷是否滿足非線性條件，步驟五：將滿足非線性條件的坐標(biāo)，根據(jù)數(shù)控指令格式的控制，寫入待輸出的NC文件。并轉(zhuǎn)到步驟二。當(dāng)前第1頁1 2 3