工作台旋转五轴数控机床后置处理算法研究

五轴机床依靠多自由度能够加工复杂形状的零部件的优点使用越来越普通,五轴机床加工零部件过程中,程序的编制绝大多数依靠CAM软件进行后置处理,导入多轴机床实施复杂零件加工。CAM软件进行后置处理过程中都是设定数控机床各轴之间相互正交,本文针对工作台旋转五轴数控机床后置处理算法进行深入研究,推算后置处理算法。     

非模态回转轴旋转角的优化方法

针对使用非模态回转轴的双摆头五轴联动机床的转角在使用过程中受到局限的问题,提出一种基于后置处理的旋转角度优化算法。根据旋转角的转动范围确定初始修正条件,在保证刀具接触点坐标不变的情况下,采用分区域限制对修正区的旋转坐标值进行优化。通过运动学模型的建立,基于该类机床的基本后置处理算法,结合JAVA语言,开发出具有角度优化的专用后置处理器。某叶轮零件的仿真和实际加工结果表明,本算法能够对加工中旋转角进行修正,避免了由于结构原因造成的加工局限,从而提高了机床的使用范围,同时此法也为其他同类机床解决旋转角受限问题提供了一定的参考。     

双转台五轴数控机床运动变换及求解方法的研究

数控加工后置处理是实现多坐标数控机床正确、高效完成加工任务的关键步骤.在后置处理器系统设计中,机床运动变换尤为重要,它的任务是将刀位点信息和刀轴矢量信息.转化为各运动轴在机床坐标系中的运动量.五轴数控加工后置处理的难点是机床坐标运动变换;以双转台机床为例,利用机构运动学原理,推导出了刀位矢量及刀位点运动变换模型,给出了其表达式;通过仿真分析对该算法进行了验证;检验结果表明所提出方法是正确可行的而且适用于其他任何类型的五轴机床.     

DMU50 eVolution非正交五轴机床的后置处理研究

由于DMU50 eVolution五轴加工机床具有高精度、高性价比,因此被广泛使用。然而机床工作台的B轴与机床的Y轴不重合,属于非正交结构,使得加工程序的后置处理相对困难。通过对双转台五轴机床开展结构分析,对任意刀具轨迹数据点,先求解出机床双转台的B轴和C轴后置处理转角大小,然后利用求解出的转角大小,通过坐标变换,求解出该刀具轨迹数据点对应的机床位置。利用后置处理算法开发了DMU50 eVolution五轴机床程序后置处理软件,该软件可将UG软件编制的加工程序转换为通用G代码程序。     

基于CAXA制造工程师的哈默C40U机床程序后置处理模块优化

针对哈默C40U机床的结构及加工特点,对CAXA制造工程师中的五轴加工后置功能模块进行参数优化设置,使后置生成的加工程序更有针对性,特别是对于哈默C40U五轴联动机床中最重要的工作台旋转、倾斜及刀具进退刀、换刀、定位等复杂动作实现了更加安全地衔接。并利用实例证明,经定制处理后的CAXA制造工程师五轴加工后置处理模块,对哈默C40U双转台机床的加工适应性更好,安全性更高。     

五轴加工中空间刀具半径补偿及后置处理的研究

本文主要对五轴加工中空间刀具半径补偿进行研究。通过对空间刀具半径补偿的原理进行分析,结合BV100五轴加工中心的后置处理算法,得到空间刀具半径补偿向量的计算方法,并基于JAVA平台开发了一款含有空间刀具半径补偿功能的专用后置处理软件。最后通过对叶轮的实例加工验证了此补偿算法和软件的正确性。     

基于CIMATRON的五轴3＋2定位加工实践

本文从加工实例出发阐述如何使用CIMATRON软件CAM功能,从数控加工工艺、刀具、切削参数及软件加工仿真,并通过CIMATRON软件GPP2五轴机床后置处理器生成符合机床需要的程序代码这一系列流程,探讨如何在五轴机床进行3+2定位加工技术应用.     

多轴数控加工刀具姿态优化及其刚度性能指标分析

在变形叠加基本原理的基础上,对多轴数控机床刚度模型进行了研究,得到了多轴数控加工刀具姿态优化的物理约束条件。在被加工复杂曲面刀具轨迹上,根据多轴机床综合刚度模型计算机床刚度性能指标,并在刀具可达工作空间中优化多轴机床刚度性能指标,以确定对应的刀具姿态。对基于多轴机床刚度模型的刀具姿态优化作了详细的讨论,分析了任务空间的力椭球特性,提出了面向切削加工的多轴机床刚度性能指标,并将其用于指导刀具姿态规划。

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multi-axis NC machine tool;stiffness;tool posture;force ellipsoid     

面向并联机床的后置处理方法

为了解决并联机床的后置处理问题,克服现有方法开发的难度和工作量大的缺点,提出了直接转化传统数控机床数控代码,得到并联机床数控代码的方法。对5-虎克铰-移动副-球铰／移动副-转动副-移动副-虎克铰并联机床和刀具双摆动5轴数控机床进行运动学分析,得出并联机床动平台的两个可变化的姿态角具有与刀具双摆动5轴数控机床中两个摆动转角相同的性质;然后直接利用智能制造后置处理软件进行后置处理得到刀具双摆动5轴数控机床的数控程序;再经过适当的变换,得到并联机床的数控程序。曲面加工的计算机模拟结果表明,该方法正确、有效。     

五轴机床分类运动学建模及后置处理验证

针对常见的三大类型正交结构的五轴机床,根据齐次坐标变换和运动链关系,推导建立了双转台型、摆头转台型、双摆头型五轴机床的运动学模型。根据矩阵方程的逆解,确定了A、C轴的旋转角度取值范围,基于UG-post开发了后置处理器,在UG环境中以凹球面为例,生成5轴铣削刀路,AC型五轴机床的实际加工验证了后置处理算法的正确性和有效性。     

斜摆头五坐标数控加工机床的后置处理算法研究

基于DMU80P五轴联动加工中心的结构特点,针对第五旋转轴的旋转中心线和三直线轴不重合的特殊回转轴机构,分析该结构类型机床的联动加工方式及角度坐标变换规律,依据机床采用的HEIDENHAIN系统设计了该机床的后置处理算法.加工实验表明,该后置处理方法能满足工程使用要求.     

五轴工具磨床通用后置处理研究

数控机床后置处理能将刀位轨迹转换为机床数控加工程序,其先进程度对零件加工质量和效率有重要影响。目前五轴工具磨床后置处理大都专机专用或另外购买专用后置处理模块。通过对五轴工具磨床的结构类型分析,建立通用五轴工具磨床运动模型,并采用机床运动创成函数将砂轮的位姿转换为机床各轴的运动量,从而得到五轴工具磨床通用后置处理方法,提高了五轴工具磨床后置处理算法的通用性。     

RTCP算法中无碰刀轴矢量的确定

针对五轴数控加工中主轴头中心角速度超限和非线性误差的问题,提出了基于旋转轴线性插补的RTCP算法,分析了插补过程中的全局干涉现象,推导了刀杆偏差系数公式,得到了RTCP模式下的无碰干涉区域,避免了干涉现象的发生。算法减小了非线性误差,保证了插补过程中机床旋转轴的运动平稳性,当刀具长度变化时无需重新通过后置处理生成数控程序,提高了加工效率。仿真结果证实了算法的可行性。     

基于Mastercam X~6旋钮五轴编程与加工研究

分析旋钮的五轴加工工艺,合理选用挖槽粗加工和五轴沿面精加工方法,对Mastercam X6的五轴刀轴控制方式及其关键参数进行了探讨,并在旋钮零件中进行合理的选择,生成五轴刀具轨迹。根据HASS五轴机床设置相应的后置处理程序,并经Vericut软件实体仿真,无干涉和碰撞,从而验证五轴后置处理和刀具路径的正确性,为五轴高效优质加工提供可靠的技术参考。     

复杂曲面五轴加工干涉检查的研究

针对复杂曲面五轴数控加工刀具干涉检测算法复杂且效率低的问题,提出了基于空间三维坐标系变换原理的刀具干涉检查方法,即通过计算曲面上的点在刀具局部坐标系中刀具投影区域内的坐标值与刀具的位置关系来判断是否发生干涉。该方法能够同时检查局部干涉和全局干涉,大大减少计算量,提高检测效率和数控加工效率。为避免干涉,针对不同的干涉形式给出了不同的刀具姿态调整旋转轴和旋转角。通过实例验证了所提方法的可行性和有效性。     

五轴加工奇异问题机理分析及其避免策略

五轴加工后置处理在奇异区域内反解旋转角时,产生的旋转轴运动突变,不仅会引起较大的加工非线性误差,而且会损害工件与机床部件。针对以上问题,以五轴AB双转台卧式数控机床为研究对象,根据机床结构与运动链,运用齐次坐标变换原理,推导出其后置处理算法,将刀轴矢量的可行值域简化为球体,并通过将AB轴的运动类似为球体上的AB阶跃,分析了奇异问题的产生机理,提出了加工奇异区域的检测方法。对刀轴矢量投影局部放大后,通过刀位点和刀轴矢量插值分解B阶跃后重新生成刀具路径的方法,得到了奇异问题的避免策略。仿真加工验证表明,该方法可以在原有刀位轨迹不变的基础上较好地消除奇异问题,提高加工质量,同时也可推广到同类结构相似的机床上用于消除奇异问题。     

基于VB BV100五轴联动加工中心后置处理的研究

针对于Pro/E、UG等通用后置处理器生成的NC代码一般与用户使用的数控机床和系统的要求不符。为了提高自动编程效率,充分发挥加工设备优势,以某机电院研发的BV100双转台五轴联动加工中心为例,对于AC回转工作台式五轴联动数控机床结构,系统地推导了其后置处理的相关算法,包括旋转角度的计算、坐标转换以及新刀位点坐标的计算等;通过VB语言,开发了该机床的专用后置处理器,并通过某叶轮的切削加工实验验证了该后置处理器的正确性和实用性。     

弯管内表面数控铣削加工方法研究

介绍了依据五轴联动加工原理避免弯管内表面加工干涉和改善切削不均匀的加工方法,进行了实验工艺规划、加工区域划分、数控程序编制等研究。采用球头刀具,调整刀具姿态,使刀具和工件表面的位置角近似不变,在四轴及五轴联动机床上进行了样件的试制。研究结果表明,该铣削加工方法可避免刀具与工件的局部干涉和整体干涉;切削状态稳定;最终表面质量一致性好,粗糙度满足技术要求（Ra=3.2μm）。研究结果为核电主管道以及同类弯管内表面的铣削加工提供了理论和试验依据。     

非正交三转动二平动五轴机床运动学分析

针对旋转轴非正交三转动二平动的五轴机床,提出一种通用的机床运动学分析和求解的方法,并把该方法推广到任意结构的三转动二平动五轴机床的运动学分析中。分析旋转轴正交和非正交的五轴机床的结构,将绕空间任意轴旋转的非正交结构机床的运动学变换统一到旋转轴正交结构机床的运动学变换中。对自由曲面和整体式叶轮的刀位文件进行后置处理,并利用Vericut软件进行加工仿真验证,证明该运动学分析方法的正确性。     

五轴加工全局干涉检查及其避免

基于坐标系变换原理进行五轴数控加工刀具全局干涉检测,将曲面检测点变换到刀具局部坐标系中,通过判断曲面点是否落到刀具半径范围内来判断是否为干涉点,大大降低了计算量,提高了数控加工效率.对干涉点通过最小二乘法确立最小包容区域以及刀具姿态最优偏转轴及偏转角.为了防止在偏转过程中产生新的干涉,确立了刀具姿态有效区域,使得偏转角度能够避免刀具干涉且在有效区域内.通过实例验证了所提方法的可行性和有效性.