非正交双转台五轴机床后置处理通用方法

针对非正交结构的双转台型五轴机床,提出一种从工件坐标系变换到机床坐标系的逆运动学求解方法。该方法适用于正交及非正交情况下,双转台型、摆头+转台型和双摆头型五轴机床的后置处理问题。分析非正交双转台型五轴机床的结构特点,建立此类机床的通用结构形式。基于点绕空间任意轴的旋转变换公式,建立非正交五轴机床各运动坐标同刀位数据之间的映射关系,实现机床平动坐标和转动坐标的计算。针对机床C轴转动坐标的求解,分析出现奇异位置的情况,给出奇异值问题的处理方法。对整体叶轮流道及叶片加工刀位轨迹进行后置处理,并通过Vericut软件进行仿真试验,验证后置处理方法的可行性和高效性。     

双摆头型五轴数控机床的坐标变换关系研究

以双摆头五轴数控加工中心结构为例,包括两个旋转轴A/C和X、Y、Z三个直线轴。分别研究刀具在平动与转动中刀位点的变换关系,建立刀位点换算关系式;根据该机床结构搭建相应的运动学方程,从机床的动态角度出发,分析五轴联动过程中刀位点及刀轴矢量的运动变化规律,运用工程数学计算方法建立A/C轴旋转角度与X/Y/Z轴向坐标数据补偿关系式,实现C-A(X)型双摆头型五轴联动机床的运动求解,为后续的后置处理器的构造作理论基础。     

带倾斜回转工作台的四坐标后置处理方法

针对带倾斜回转工作台的四坐标数控加工的后置处理,提出了一种非正交多轴联动数控机床的逆运动学求解方法。基于矢量绕任意轴线的旋转变换,建立了非正交情况下四坐标机床各运动坐标同刀位数据之间的映射关系,从而实现了机床平动坐标和转动坐标的计算。该方法同样适用于非正交情况下五坐标机床的逆运动学求解。利用刀具同加工表面相切的控制方式,给出了实际加工中进刀及退刀过程的构造方法。本文方法稳定可靠,并已成功应用于工程实际中。     

五轴联动数控加工的刀具路径优化方法研究

为解决五轴联动加工复杂曲面过程中的刀具路径不连续问题,提出了五轴数控的刀具路径优化方法。通过五轴NC代码的坐标变换还原有效切削路径,对切削路径进行误差约束下的非均匀有理B样条(NURBS)曲线拟合。对旋转轴路径采用五次样条曲线进行插值,建立切削路径和旋转轴路径的参数映射关系,通过机床逆运动变换求解C2连续的平动轴路径。实验表明,经过该方法优化后,切削路径和各驱动轴运动路径具有良好的平滑性,显著提高了五轴加工曲面精度和表面质量。     

非正交五轴联动数控机床后置处理算法

针对转动工作台与主轴成45°倾角的特殊双转台五轴联动数控机床,在分析机床结构和运动特点的基础上,提出了两种刀位后置处理坐标变换的计算方法,并推导出相应的坐标变换公式。该算法基于三维图形几何变换理论,解决了非正交旋转轴机床后置处理的坐标转换问题。经CAD/CAM软件C im atron E6.0的图形验证及DMU70V的机床验证,均表明该算法正确可靠。     

五轴数控机床空间误差测量、建模与补偿技术研究

正五轴机床相比于三轴机床,它能加工各种复杂表面,具有更高的生产效率、更好的灵活性和更少的装夹时间。然而,两个旋转轴引入了更多的几何误差,譬如旋转轴轴线的位置误差和平行度误差等,导致了五轴机床有较大的空间误差。本研究旨在首先测量和辨识五轴机床平动轴和旋转轴的所有41项几何误差元素,然后对机床的空间误差建立数学模型,最后对机床的空间误差进行补偿,从而提高机床的整体精度。     

五轴3D打印的通用后置处理

引入打印机的结构参数以表示两旋转轴与工件在机架坐标系中的位置,并采用指数积理论建立了双转台五轴3D打印机通用正向运动学模型。结合三角函数周期性、旋转轴行程、五轴结构特点等获得旋转轴角度双解的具体表达式,并提出基于旋转角度最短路径的选择原则以获得旋转轴角度的最佳组合。利用选择的旋转轴角度求出各平动轴位移量,获得的所有运动量都是基于各轴零位的绝对运动所得,进而生成能直接用于加工的数控打印代码,可在没有旋转刀具中心点跟随功能的帮助下完成加工。结合双转台、摆头转台、双摆头3种不同类型的五轴3D打印机研究了通用后置处理方法。将该方法用于五轴3D打印、五轴数控加工试验和多种结构类型的五轴加工仿真,验证了其正确性与通用性。     

双转台五轴数控机床误差实时补偿

以双转台五轴数控机床为对象,建立各移动轴和旋转轴运动的数学模型,以工件坐标系为基础坐标系,应用齐次坐标系变换理论,推导任一时刻各轴运动在工件坐标系中的位置误差数学表达式.针对五轴机床的移动轴和旋转轴同时运动存在耦合的情况,提出一种分步实施的解耦补偿方法,即在实施误差补偿时首先进行姿态误差补偿,通过旋转轴的旋转运动将工件的实际姿态调整到与理想姿态相同,然后通过移动轴的平移运动进行位置误差补偿,并相应建立五轴机床误差补偿数学模型.通过仿真分析和对曲面零件的实时补偿加工试验,明显提高加工精度,并有效避免直接进行补偿加工过程中可能带来的运动干涉情况,从而验证该五轴机床误差补偿数学模型及其实时补偿的可行性和有效性.     

双转台五轴机床运动学分析及非线性误差研究

建立正确的A-C型五轴联动机床的WCS(工件坐标)和MCS(机床坐标)之间的矩阵转换关系,从而得出刀轴矢量和机床两个转轴的转角之间的映射方程,对于理解机床运动和CAM系统是至关重要的。由于旋转轴运动及CNC的平动轴线性插补、旋转轴跟随插补,导致五轴铣削过程会不可避免地产生非线性误差,详细分析了非线性误差产生的原因,舍弃线性插补而采用刀轴矢量平面插补,通过机床的逆运动学方程计算刀位的插补点和新的插补矢量,经CAM后处理系统转换成NC数控程序。最后给出一个实例进行分析和MATLAB仿真,验证了运动学推论和减小非线性误差策略的正确性。     

任意拓扑结构机床运动轴误差传递链建模方法

在对任意结构机床进行空间几何误差建模时,必须要获得该机床运动轴误差传递链,从而基于微分变换实现任意结构机床误差建模。通过运用多体系统理论,构建任意结构机床拓扑结构与低序体阵列,利用机床拓扑结构与低序体序列提出了机床运动轴连接支承件相对运动矩阵与机床支承件连接矩阵概念,建立了获取运动轴误差传递链的数学模型。该数学模型将描述机床拓扑结构的低序体序列与机床支承件相对运动关系结合起来,给出了获取任意机床运动轴误差传递链的建模方法。并且将利用此建模方法获得的运动轴误差传递链运用于基于微分变换的机床空间几何误差建模中,实现了对任意结构机床空间几何误差建模。最后以五轴立式加工中心为算例,验证了该运动轴误差传递链建模方法的有效性。     

双转台五轴立式机床专用后置处理算法

通过分析WABECOH双转台五轴立式数控机床各轴的运动关系,建立各轴运动关系的数学模型,并开展机床运动学求解,给出了该五轴机床后置处理的转动角度和坐标变换计算公式。根据转动角度和坐标变换的计算公式,利用C++语言开发了WABECOH五轴数控机床专用后置处理程序,基于所提后置处理方法进行了叶轮类复杂零件的加工仿真与实验验证。结果表明,所开发的专用后置处理软件生成的数控代码可以满足该机床五轴联动的要求,较好地解决了该类机床的后置处理问题。     

基于机床运动模型的走刀步长计算方法

为提高五坐标数控加工刀具轨迹生成的精度和切削效率,通过特定机床结构运动建模,对自由曲面刀具轨迹规划中的走刀步长计算方法进行研究。针对刀具摆动与工作台转动类型的非正交结构五坐标机床,在建立机床运动传递关系的基础上,实现任意刀轴方位的机床各轴运动坐标分解,构建机床运动模型。基于此,分析切削误差产生机理,推导出非正交结构的机床实际运动误差估计公式。利用切削误差对比关系,迭代计算满足精度要求的最大走刀步长。算例表明,在相同的允许误差条件下,本文算法较之传统变步长方法,最大误差降低了37.01%,而平均步长相对于等步长方法,增加了8.91%,说明基于机床运动模型的走刀步长计算方法能够有效控制切削误差,并提高自由曲面五坐标加工的刀具轨迹质量。     

五轴数控机床旋转轴几何误差测量与建模

利用球杆仪对五轴数控机床旋转轴的几何误差进行了测量及建模。在测试中,五轴数控机床采用两个平动轴和一个旋转轴同步运动,球杆仪采用径向、切向和轴向三种测试路径,并在此基础上对其进行几何误差建模。     

无限旋转C轴工作台结构的五轴机床后置转角求解

当前五轴机床C轴工作台的转动行程已由某个限定范围扩展为无限范围（n×360°）, 但通常后置处理中的转角求解方法不能使求解范围扩展到无限,因而制约了机床性能的发挥。针对该问题,建立基于多体系统理论的五轴机床转动轴运动学方程,通过定义“最小运动圆周”来改进五轴机床转角的计算方法,对后置转角求解区域进行了扩展,并给出了具体的求解流程。该求解算法可以有效提高C轴工作台的转动连续性。最后在某结构类型的机床上进行了后置求解仿真试验,验证了算法的可行性和有效性。     

五轴机床后处理旋转角求解及优选研究

通过五轴机床的运动学方程,可以逆解刀轴矢量与两个旋转轴转角的数学关系,在CAM软件后处理过程中,A、C的角度解可能存在多个取值。通过定义最短旋转圆路径,限制C轴的转动角度范围为[-180°,180°],以改进C轴的转角运动。仿真和实验证明,所提出的后置处理旋转角改进方法能够避免A-C轴转动角度的突变,使A、C轴旋转运动连续、平稳,避免发生过切与干涉,对于五轴机床的实际加工应用有非常明显的意义。     

刀具旋转五轴数控机床后置处理算法研究

多轴机床主要是在三个直线轴的基础上增加旋转轴,刀具旋转五轴机床依靠多自由度能够加工复杂形状的零部件,多轴机床的优势在切削过程中能够通过变换刀具姿态适应待加工零件形状,实现满足精度要求的下的最大效率切削。五轴机床数控加工程序需要后置处理算法生成,本文主要针对刀具旋转五轴数控机床后置处理算法进行深入研究,分析刀具姿态变换过程中验算过程,便于更好的了解多轴机床的工作原理及编程原理。     

一种大摆角五轴联动混联机床设计及运动学分析

提出一种由空间三自由度混联机构和二自由度运动平台组成的五轴联动混联机床构型,运用螺旋理论分析该机构的运动原理。采用闭环矢量法和速度映射关系,对该机床构型的运动学特性进行分析,给出了该机构的位置逆解,确定驱动杆和动平台之间的位姿关系。在此基础上,分析了速度性能及姿态空间,得到机构速度Jacobian矩阵。通过运动学仿真,验证了机床运动学分析的正确性。研究表明,具有该结构的机床可实现较大摆角的加工工作,刀具的摆角可达(-40°~90°),通过五轴联动和刀具的大摆角转动,可实现对复杂工件的五面精密加工。     

五轴数控机床旋转轴安装误差测量辨识方法

为了方便快捷、准确地测量五轴数控机床旋转轴的安装误差,提出一种基于旋转轴综合误差测量的安装误差辨识方法。该方法借助于五轴数控机床的RTCP功能,测量某点绕旋转轴转动过程中的理论坐标与实际坐标的综合误差数据,通过误差数据的平面圆和直线拟合,实现了安装误差的分离和辨识,包括2项位移误差和2项垂直度误差。试验结果表明,该方法计算准确,可用于机床旋转轴的装配调试精度分析。     

基于球杆仪的五轴数控机床误差快速检测方法

几何误差是五轴数控机床重要误差源,针对传统测量方法仪器昂贵、测量周期长问题,提出基于球杆仪的五轴数控机床几何误差快速检测方法。对于机床的平动轴误差,利用多体系统理论及齐次坐标变换法,建立平动轴空间误差模型,通过球杆仪在同一平面不同位置进行两次圆轨迹,辨识出4项平动轴关键线性误差;针对五轴机床的转台和摆动轴,设计基于球杆仪的多条空间测试轨迹,完整求解出旋转轴12项几何误差。实验结果显示,所提方法获得转角定位误差与激光干涉仪法最大误差为0.001 8°,利用检测结果进行机床空间误差补偿,测试轨迹偏差由16μm降至4μm,为补偿前的25%,验证了方法的有效性。提出的五轴机床几何误差检测方法方便、便捷,适用于工业现场。     

非正交五轴联动数控机床后置处理技术研究与应用

通过对非正交五轴加工中心德玛吉DMU50E机床结构及参数的分析,构建该机床运动学模型,推导出工作台运动角度计算和直线坐标变换公式。将该算法通过Tcl语言编程并应用于UG后置处理器中,配制出该机床的非正交五轴联动数控加工后置处理程序。应用机床仿真软件VERICUT对该后置处理生成的NC程序进行验证,该后置处理程序稳定可靠,现已成功应用于工程中。