五轴数控加工3D刀具补偿及其后置处理方法

本文针对五轴数控加工3D刀具补偿及后置处理方法进行研究,设计恰当的刀具补偿算法,并利用计算机软件实现后置处理,通过仿真模拟和实例验证,得出有效的数学模型和算法公式,由此解决数控加工中的尺寸偏差问题.

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。

五轴端铣加工中3D刀具半径补偿研究

为了解决五轴端铣加工的3D刀具半径补偿的难题,在现有CAM软件UG的基础上,深入研究各种类型刀具的补偿向量的计算方法,并开发了一种双转台型五轴机床专用的后置处理程序,该程序可以输出带有补偿向量的数控G代码。最后通过仿真软件VERICUT和实际加工进行了验证,结果表明该补偿算法完全满足系统加工的要求。

五轴侧铣加工3D刀具半径补偿研究

为了解决五轴联动侧铣加工3D刀具半径补偿的难题,建立了三维空间刀具半径补偿模型;通过对刀具空间不同位姿的异面法矢的最佳补偿点的求取,避免了空间投影造成的误差,解决了五轴轨迹空间转角的半径补偿问题。论文提出的空间半径补偿算法已集成在五轴联动数控系统中,通过加工实验进行了验证。

五轴联动数控3D刀具半径补偿后置处理的实现

建立空间刀具半径补偿的数学模型,进行刀具半径补偿算法设计,推导了后置处理的数学公式,并用VC++6.0实现了后置处理,输出带补偿的NC代码。通过实例验证及计算机仿真,证明此数学模型及算法是正确的。

曲面五轴加工3D刀补的奇异点检测与处理

曲面五轴端铣加工过程中通常应用空间刀具补偿功能来简化NC编程,但在补偿过程中刀轴矢量易出现奇异解,使机床的运动轴在该奇异位置附近发生运动突变。应用刀轴矢量投影法来检测曲面五轴端铣加工过程中的奇异点,将刀轴矢量投影在二维平面上,根据投影的长度及夹角来判断奇异点,减少了计算量,提高了检测的准确度,可快速准确地检测出空间刀具补偿过程中的奇异点。通过对奇异区域内NC程序段进行进给速度限制,实现稳速通过奇异点,可以有效地避免机床运动轴突变,提高曲面加工精度,保证机床安全运行。

五轴端铣3D刀补中运动突变的处理

五轴联动数控系统执行端铣3D刀具半径补偿功能时,当刀轴矢量与曲面法矢量非常接近时,相邻插补点处的半径补偿矢量会出现转角过大的现象,从而引起机床直线轴的速度突变。在建立切触点到刀心点再到机床轴的传递关系的基础上,分析半径补偿矢量存在奇异解并引起机床轴运动突变的原因。以平底刀为例给出相应的控制算法。通过旋转优化奇异区域内各插补点处半径补偿矢量的位置,消除相邻半径补偿矢量反向的极限现象;通过插值进一步降低速度突变程度,使各轴速度都降至最大允许值以内。与直接使用相邻插补周期的半径补偿矢量进行赋值的方法相比,该算法通用性更高,对突变的处理效果更好。仿真试验证明了该算法的正确性和有效性。

平底刀五轴端铣3D刀补中运动突变的检测算法

应用3D刀补功能进行五轴端铣加工时,如果某一点处的刀具半径补偿矢量出现奇异解,会导致直线轴控制点在该位置附近发生运动突变。为了准确检测出发生运动突变的位置,从而为进一步解决该类型突变问题提供前提条件,以平底刀为研究对象,在建立切触点与直线轴控制点空间映射关系的基础上,分析了3D刀补中加工奇异点产生的原因;针对奇异点、奇异点相邻点以及奇异区域边界三处会发生运动突变的位置,给出了基于计算刀轴法矢量夹角与观察刀轴姿态主导角符号的检测算法。仿真实验证明了该算法的正确性与有效性。

PRS-XY型混联数控机床的三维刀补实验研究

通过对PRS-XY型混联数控机床逆运动学的分析,介绍一种新型的三维(3D)刀具半径补偿方法及其补偿的原理,并成功运用于PRS-XY型混联数控机床。