五轴数控加工3D刀具补偿及其后置处理方法

为解决五轴数控加工过程中,由于刀轴矢量不断变化,刀具补偿方向无法确定引起刀具在三维空间中无法补偿的问题,提出一种基于前置与后置处理的五轴数控加工3D刀具补偿方法。针对具备3D刀具补偿功能的数控系统,推导出五轴数控加工3D刀具补偿的补偿矢量与补偿后刀位点坐标的矢量计算方程,并基于前置三维软件(UG)的前置处理,建立了控制刀位文件格式的函数,实现了UG前置处理在五轴数控加工模块下输出包含切触点在内的刀位文件。根据SIEMENS 840D数控系统实现3D刀具补偿的数字控制(NC)指令格式要求,以非正交摆头转台五轴数控机床为例,通过逆向运动学变换提出具体的后置处理方法。基于智能制造软件IMSpost(后处理程序编辑器)平台和所提出的后置处理方法开发了专用后置处理器,自动获取了具有3D刀具补偿矢量信息的NC程序,基于仿真软件VERICUT平台对不同工况下整体叶轮仿真加工的结果进行对比。结果表明:当刀具因磨损发生尺寸变化时,采用提出的方法和开发的具有3D刀具补偿功能的后置处理器所获取的NC程序,可以将加工表面的欠切误差控制在0.1mm以下,且无过切现象,有效地提高了五轴数控加工的精度和效率,避免了刀具磨损后发生刀具尺寸改变必须返回计算机辅助制造(CAM)系统重新生成刀位文件,以及再次进行后置处理的繁琐过程,验证了所提出的前置处理与后置处理方法的正确性和有效性。