五軸加工中心后置處理算法 1. 加工坐標(biāo)系與編程坐標(biāo)系在三軸加工中心，加工坐標(biāo)系和編程坐標(biāo)系是同一概念，沒(méi)有區(qū)別。對(duì)于五軸聯(lián)動(dòng)加工中心，如果加工中心控制系統(tǒng)不具有RTCP功能，則加工坐標(biāo)系（即NC程序所用的坐標(biāo)系）原點(diǎn)一般只能置于工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)中心商；編程坐標(biāo)系（即到位文件所用的坐標(biāo)系）原點(diǎn)為了編程方便，通常位于工件上，與五軸加工中心無(wú)關(guān)，故又稱為工件坐標(biāo)系。如圖3所示，帶M下標(biāo)的是加工坐標(biāo)系，其原點(diǎn)置于工作臺(tái)上表面中心：帶P下標(biāo)的是編程坐標(biāo)系：其原點(diǎn)置于工件上表面中心。工件在工作臺(tái)上裝夾位置可以隨意。初始狀態(tài)下，操作者除了通過(guò)對(duì)到找到加工坐標(biāo)系原點(diǎn)，還要得出編程坐標(biāo)系原點(diǎn)在加工坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，以備后置處理程序使用。2.A. C角的計(jì)算假設(shè)從到位文件中讀入任一行記錄的刀軸向量為[i0,j0,k0],則A、C角與這個(gè)向量有關(guān)。為了計(jì)算簡(jiǎn)便起見(jiàn)，假設(shè)工件不動(dòng)，刀具軸分別經(jīng)過(guò)A軸旋轉(zhuǎn)和C軸旋轉(zhuǎn)這兩步后與[i0,j0,k0]一致。A角的取值范圍應(yīng)為[-120,0],C角的取值范圍限定在[0,360]。3.2.1刀具軸線進(jìn)行A軸旋轉(zhuǎn)如圖4所示，—刀具軸初始單位向量即[0,0,1],一繞X軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)A角后的向量，一繞Z軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)C角后的向量即[i0, j0,k0]。顯然，與的夾角（即A的絕對(duì)值）等于與的夾角，因此有： A=arccosk0 (1)3.刀具軸再進(jìn)行C軸旋轉(zhuǎn)容易得到如下的公式：i0＞0， j0≥0時(shí)：C=270+arctan(j0/ i0) （2）i0≤0， j0＞0時(shí)：C=-arctan( i0/j0) （3）i0＜0，j0≤0時(shí)：C=90+arctan(j0/ i0 ) （4）i0≥0，j0＜0時(shí)：C=180-arctan(i0/j0 ) ( 5)4.RTCP的實(shí)現(xiàn)RTCP功能的實(shí)現(xiàn)，分為以下兩步：加工坐標(biāo)系始終固定在工作臺(tái)上表面旋轉(zhuǎn)中心，編程坐標(biāo)系和刀軌跟隨工件進(jìn)行C軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（即相對(duì)工件靜止），此時(shí)進(jìn)行刀軌坐標(biāo)從編程坐標(biāo)系向加工坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換運(yùn)算；接著進(jìn)行A軸旋轉(zhuǎn)，刀位點(diǎn)將偏離原來(lái)的位置，此時(shí)對(duì)該偏置進(jìn)行補(bǔ)償運(yùn)算。5.C軸旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換編程坐標(biāo)系跟隨工件旋轉(zhuǎn)了C角，如圖5所示。假設(shè)在圖3初始狀態(tài)下，編程坐標(biāo)系原點(diǎn)在加工坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為[x0 ，y0，Z0] ,經(jīng)過(guò)C角旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)為[x1，y1，Z1]。從刀位文件中讀入任一行記錄的刀軌坐標(biāo)為[x2， y2，Z2]，從編程坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到加工坐標(biāo)系的坐標(biāo)為[x3，y3，Z3]。則有如下的 6. A軸旋轉(zhuǎn)偏置的補(bǔ)償主軸繞X軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)了A角（A為負(fù)值），如圖所示。假設(shè)擺頭總擺長(zhǎng)為L(zhǎng)，其等于擺頭旋轉(zhuǎn)點(diǎn)到主軸斷面的距離（本加工中心為425.35mm）加上主軸斷面到刀位點(diǎn)的距離，則由于A軸旋轉(zhuǎn)造成的刀位點(diǎn)[X4,y4 ,Z4] 公式如下：[X4,y4 ,Z4]=[ 0 LsinA L(1-cos A)] (8)為了讓刀位點(diǎn)在A軸旋轉(zhuǎn)后回到原來(lái)的點(diǎn)，則讀入的刀軌坐標(biāo)最終經(jīng)過(guò)RTCP補(bǔ)償?shù)淖鴺?biāo)[x ,y, z]為：[x ,y, z]=[ X3 y 3 Z3]- [X4 y 4 Z4] (9)7. C軸最短距離旋轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn)在一般情況下，五軸聯(lián)動(dòng)加工中心的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸中：一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸不能360°任意旋轉(zhuǎn)，只能在一定的范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，比如上述A軸，旋轉(zhuǎn)特性與線性軸一樣，不存在最短距離旋轉(zhuǎn)的問(wèn)題：另一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸可以360°任意旋轉(zhuǎn)，比如上述C軸，刀具繞Z軸既可以順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到目標(biāo)位置，也可以逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到目標(biāo)位置，因此存在最短距離旋轉(zhuǎn)的問(wèn)題。在五軸聯(lián)動(dòng)加工中，360°旋轉(zhuǎn)的那個(gè)軸必須具有最短距離旋轉(zhuǎn)功能。一些高級(jí)五軸加工中心控制系統(tǒng)具有最短距離旋轉(zhuǎn)的指令，比如海德漢iTNC530的M126指令。機(jī)床控制系統(tǒng)沒(méi)有內(nèi)置的最短距離旋轉(zhuǎn)的指令，因此后置處理程序還要能夠?qū)崿F(xiàn)C軸最短距離旋轉(zhuǎn)功能。如上所述，C軸旋轉(zhuǎn)特性為EIA (360°絕對(duì))，即C轉(zhuǎn)角的正負(fù)號(hào)定義旋轉(zhuǎn)方向（正號(hào)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，符號(hào)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)），C角的絕對(duì)值定義絕對(duì)位置。3.2.3計(jì)算出來(lái)的C角顯然只確定了刀具軸從初始向量[0,0，1]繞Z軸旋轉(zhuǎn)到達(dá)的絕對(duì)目標(biāo)位置，沒(méi)有考慮相對(duì)于上一個(gè)C角的旋轉(zhuǎn)方向。因此，2.計(jì)算出來(lái)的C轉(zhuǎn)角必須經(jīng)過(guò)符號(hào)處理，以確保最短距離旋轉(zhuǎn)方向。假設(shè)從刀位文件中讀入本行記錄由3.2計(jì)算出來(lái)的C轉(zhuǎn)角為C2，經(jīng)過(guò)符號(hào)處理后變?yōu)镃3.讀入上一行記錄計(jì)算并經(jīng)過(guò)符號(hào)處理的C轉(zhuǎn)角位C1，則容易有如下的公式： 0≤C2-︱C1︱＜180時(shí)：C3=C2 ( 10) C2-︱C1︱≥180時(shí)，C3=-C2 ( 11) C≤C1-︱C2︱＜180時(shí)：C3=-C2 ( 12)︱C1︱-C2≥180時(shí)：C3=C2 ( 13) 8后置處理程序后置處理的過(guò)程原則上是一個(gè)解釋執(zhí)行的過(guò)程，即讀入刀位文件中的一個(gè)完整的記錄（行），然后根據(jù)上述算法進(jìn)行坐標(biāo)變換與文件代碼轉(zhuǎn)換，生成一個(gè)完整的精工程序段，直到整個(gè)刀位文件結(jié)束，輸出一個(gè)NC程序文件。后置處理程序的流程，如圖所示。后置處理程序在其運(yùn)行前必須輸入初始狀態(tài)數(shù)據(jù)，如圖所示。其中，刀具長(zhǎng)度指刀位點(diǎn)到主軸端面的距離。這些數(shù)據(jù)又操作者測(cè)得，即后處理生成NC程序必須在工件、刀具裝夾完成后進(jìn)行。