現(xiàn)代數(shù)控技術專題六五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術ppt課件

1、五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-301專題六專題六 五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術一、五軸聯(lián)動數(shù)控加工介紹一、五軸聯(lián)動數(shù)控加工介紹二、五軸聯(lián)動機床的分類二、五軸聯(lián)動機床的分類三、五軸聯(lián)動數(shù)控加工流程和坐標變換三、五軸聯(lián)動數(shù)控加工流程和坐標變換四、五軸聯(lián)動的非線性化誤差和線性插補四、五軸聯(lián)動的非線性化誤差和線性插補五、五軸聯(lián)動的幾種插補方法五、五軸聯(lián)動的幾種插補方法五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-302一、五軸聯(lián)動數(shù)控加工介紹一、五軸聯(lián)動數(shù)控加工介紹 通過通過X,Y,ZX,Y,Z三個平動三個平動

2、正交軸，可以確定正交軸，可以確定刀具在空間中的任刀具在空間中的任意位置。意位置。 通過兩個旋轉軸的通過兩個旋轉軸的調整，可以確定刀調整，可以確定刀軸的傾角。軸的傾角。 五個自由度實現(xiàn)定五個自由度實現(xiàn)定位和定姿。位和定姿。五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-303一、五軸聯(lián)動數(shù)控加工介紹一、五軸聯(lián)動數(shù)控加工介紹 五軸數(shù)控機床的特點五軸數(shù)控機床的特點:改變刀具方向改變刀具方向轉臺轉臺擺頭結構擺頭結構雙擺頭結構雙擺頭結構雙轉臺結構雙轉臺結構三個平動，兩個轉動三個平動，兩個轉動五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-304一、五軸聯(lián)動數(shù)控

3、加工介紹一、五軸聯(lián)動數(shù)控加工介紹 改變刀具方向帶來的優(yōu)勢改變刀具方向帶來的優(yōu)勢復雜工件復雜工件刀具長度刀具長度加工效率加工效率工藝性能工藝性能通過改變刀具方向可以提高刀具可達性，實現(xiàn)葉輪、葉片和通過改變刀具方向可以提高刀具可達性，實現(xiàn)葉輪、葉片和螺旋槳等復雜曲面工件的數(shù)控加工螺旋槳等復雜曲面工件的數(shù)控加工整體葉輪整體葉輪汽輪機葉片汽輪機葉片復雜螺旋槳復雜螺旋槳五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-305一、五軸聯(lián)動數(shù)控加工介紹一、五軸聯(lián)動數(shù)控加工介紹 改變刀具方向帶來的優(yōu)勢改變刀具方向帶來的優(yōu)勢加工效率加工效率工藝性能工藝性能復雜工件復雜工件刀具長度刀具長度通過

4、選擇合理刀具方向可以在避開干涉的同時使用更短的刀通過選擇合理刀具方向可以在避開干涉的同時使用更短的刀具，提高銑削系統(tǒng)整體的剛度，改善加工過程中的動態(tài)特性具，提高銑削系統(tǒng)整體的剛度，改善加工過程中的動態(tài)特性三軸三軸五軸五軸用小半徑刀具加工時用小半徑刀具加工時VS.五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-306一、五軸聯(lián)動數(shù)控加工介紹一、五軸聯(lián)動數(shù)控加工介紹 改變刀具方向帶來的優(yōu)勢改變刀具方向帶來的優(yōu)勢工藝性能工藝性能復雜工件復雜工件通過規(guī)劃刀具方向可以高效的刀具加工復雜曲面零件，減少通過規(guī)劃刀具方向可以高效的刀具加工復雜曲面零件，減少裝夾次數(shù)，提高加工效率裝夾次數(shù)，

5、提高加工效率一次裝夾一次裝夾點銑加工點銑加工側銑加工側銑加工VS.刀具長度刀具長度加工效率加工效率五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-307一、五軸聯(lián)動數(shù)控加工介紹一、五軸聯(lián)動數(shù)控加工介紹 改變刀具方向帶來的優(yōu)勢改變刀具方向帶來的優(yōu)勢復雜工件復雜工件刀具長度刀具長度通過調整刀具方向可以使球頭銑刀用合理的區(qū)域參與切削，通過調整刀具方向可以使球頭銑刀用合理的區(qū)域參與切削，降低切削力和刀具磨損，提高加工表面質量降低切削力和刀具磨損，提高加工表面質量刀具方向影響切削力的大小刀具方向影響切削力的大小控制切削區(qū)域控制切削區(qū)域加工效率加工效率工藝性能工藝性能五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)

6、的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-308一、五軸聯(lián)動數(shù)控加工介紹一、五軸聯(lián)動數(shù)控加工介紹長征系列火箭發(fā)動機葉輪長征系列火箭發(fā)動機葉輪汽車汽油機渦輪增壓器葉輪汽車汽油機渦輪增壓器葉輪船舶柴油機渦輪增壓器葉輪船舶柴油機渦輪增壓器葉輪直直1111用用HoneywellHoneywell公司的公司的航空渦軸發(fā)動機航空渦軸發(fā)動機五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-309一、五軸聯(lián)動數(shù)控加工介紹一、五軸聯(lián)動數(shù)控加工介紹模具模具激光激光水切割水切割五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3010 縮短加工時間縮短加工時間 提

7、高加工質量提高加工質量 降低加工成本降低加工成本 加工復雜零件加工復雜零件一、五軸聯(lián)動數(shù)控加工介紹一、五軸聯(lián)動數(shù)控加工介紹五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3011q 縮短加工時間縮短加工時間q減少工件裝卡次數(shù)減少工件裝卡次數(shù)q提高材料的去除率提高材料的去除率q 一、五軸聯(lián)動數(shù)控加工介紹一、五軸聯(lián)動數(shù)控加工介紹五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3012q 提高加工質量提高加工質量q穩(wěn)定加工精度穩(wěn)定加工精度q提高表面平滑提高表面平滑q縮短刀具長度縮短刀具長度q 五軸五軸三軸三軸一、五軸聯(lián)動數(shù)控加工介紹一、五軸聯(lián)動數(shù)控加工介紹

8、五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3013q 降低成本降低成本q延長刀具壽命延長刀具壽命q減少加工設備減少加工設備q提高效率提高效率q減少工裝和刀具減少工裝和刀具q 一、五軸聯(lián)動數(shù)控加工介紹一、五軸聯(lián)動數(shù)控加工介紹五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3014q 優(yōu)勢加工場合優(yōu)勢加工場合q空間曲面線連續(xù)加工空間曲面線連續(xù)加工q空間孔系高精度定位加工空間孔系高精度定位加工q 一、五軸聯(lián)動數(shù)控加工介紹一、五軸聯(lián)動數(shù)控加工介紹五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3015v 空間孔系高精度定位加工空間

9、孔系高精度定位加工一、五軸聯(lián)動數(shù)控加工介紹一、五軸聯(lián)動數(shù)控加工介紹五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3016專題六專題六 五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)理論和技術一、五軸聯(lián)動數(shù)控加工介紹一、五軸聯(lián)動數(shù)控加工介紹二、五軸聯(lián)動機床的分類二、五軸聯(lián)動機床的分類三、五軸聯(lián)動數(shù)控加工流程和坐標變換三、五軸聯(lián)動數(shù)控加工流程和坐標變換四、五軸聯(lián)動的非線性化誤差和線性插補四、五軸聯(lián)動的非線性化誤差和線性插補五、五軸聯(lián)動的幾種插補方法五、五軸聯(lián)動的幾種插補方法五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3017二、五軸聯(lián)動數(shù)控機床的分類二

10、、五軸聯(lián)動數(shù)控機床的分類q 五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心q雙擺頭結構雙擺頭結構q雙轉臺結構雙轉臺結構q擺頭轉臺結構擺頭轉臺結構q 刀具雙擺動刀具雙擺動 刀具擺動，轉臺轉動刀具擺動，轉臺轉動 工作臺雙轉動工作臺雙轉動五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3018二、五軸聯(lián)動數(shù)控機床的分類二、五軸聯(lián)動數(shù)控機床的分類q 五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心q雙擺頭結構雙擺頭結構進給坐標軸進給坐標軸: 直線軸：直線軸：X,Y,Z；旋轉軸：；旋轉軸：A、C或者或者B、C。特點：特點： 工件可以完全不動的放置在工作臺上，適合加工零件體積和重量較大的工工件可以

11、完全不動的放置在工作臺上，適合加工零件體積和重量較大的工件，如大型的模具，不足之處：主軸采用雙擺頭結構，剛性較低，只適合進件，如大型的模具，不足之處：主軸采用雙擺頭結構，剛性較低，只適合進行精加工。行精加工。 例如，例如，F(xiàn)IDIA公司的公司的KR211/214系統(tǒng)。系統(tǒng)。五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3019二、五軸聯(lián)動數(shù)控機床的分類二、五軸聯(lián)動數(shù)控機床的分類q 五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心q雙擺頭結構雙擺頭結構直線進給軸： X、Y、Z旋轉軸：A(+95-110)、C(+200-200)最大進給速度：直線軸:24m/min；旋轉軸A/C:2

12、000degrees/min定位精度：直線軸:0.012mm；旋轉軸: 2最大主軸轉速：24000rpmf刀庫容量：42五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3020二、五軸聯(lián)動數(shù)控機床的分類二、五軸聯(lián)動數(shù)控機床的分類雙擺頭結構雙擺頭結構五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3021二、五軸聯(lián)動數(shù)控機床的分類二、五軸聯(lián)動數(shù)控機床的分類雙擺頭結構雙擺頭結構五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3022二、五軸聯(lián)動數(shù)控機床的分類二、五軸聯(lián)動數(shù)控機床的分類q 五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心q雙轉

13、臺結構雙轉臺結構 雙轉臺機床的旋轉坐標行程范圍大，工藝性能好，雙轉臺機床轉臺的剛性雙轉臺機床的旋轉坐標行程范圍大，工藝性能好，雙轉臺機床轉臺的剛性大大高于擺頭的剛性，從而機床的總體剛性也較高。例如：大大高于擺頭的剛性，從而機床的總體剛性也較高。例如：DECKEL MAHO DMU 70V機床。機床。 五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3023二、五軸聯(lián)動數(shù)控機床的分類二、五軸聯(lián)動數(shù)控機床的分類q 五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心q擺頭轉臺結構擺頭轉臺結構擺頭轉臺結構的性能介于上述兩種結構之間。下圖所示。擺頭轉臺結構的性能介于上述兩種結構之間。下圖所示

14、。例如：例如：Felex 510 五軸臥式加工中心五軸臥式加工中心A擺頭、擺頭、B轉臺轉臺NUM 760系統(tǒng)。系統(tǒng)。 五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3024q 五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心q擺頭轉臺結構擺頭轉臺結構(A、C軸）軸）五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3025二、五軸聯(lián)動數(shù)控機床的分類二、五軸聯(lián)動數(shù)控機床的分類q五軸特種加工機床五軸特種加工機床q激光切割激光切割q電火花加工電火花加工q離子束加工離子束加工q快速原型加工系統(tǒng)快速原型加工系統(tǒng)五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2

15、022-1-3026專題六專題六 五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)理論和技術一、五軸聯(lián)動數(shù)控加工介紹一、五軸聯(lián)動數(shù)控加工介紹二、五軸聯(lián)動機床的分類二、五軸聯(lián)動機床的分類三、五軸聯(lián)動數(shù)控加工流程和坐標變換三、五軸聯(lián)動數(shù)控加工流程和坐標變換四、五軸聯(lián)動的非線性化誤差和線性插補四、五軸聯(lián)動的非線性化誤差和線性插補五、五軸聯(lián)動的幾種插補方法五、五軸聯(lián)動的幾種插補方法五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3027三、五軸聯(lián)動數(shù)控加工流程和坐標變換三、五軸聯(lián)動數(shù)控加工流程和坐標變換q五軸聯(lián)動加工的流程分析五軸聯(lián)動加工的流程分析CADCAM后處理CNC控制器 五軸聯(lián)

16、動加工的一般處理流程：五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3028刀具路徑的生成刀具路徑的生成 刀軸控制方法的指定刀軸控制方法的指定 工件的工件的CADCAD模型模型 三、五軸聯(lián)動數(shù)控加工流程和坐標變換三、五軸聯(lián)動數(shù)控加工流程和坐標變換q五軸聯(lián)動加工的流程分析五軸聯(lián)動加工的流程分析五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3029 加工參數(shù)的選擇 刀具路徑規(guī)劃 數(shù)控加工的仿真 后置處理q五軸聯(lián)動加工的流程分析五軸聯(lián)動加工的流程分析qq。三、五軸聯(lián)動數(shù)控加工流程和坐標變換三、五軸聯(lián)動數(shù)控加工流程和坐標變換五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五

17、軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3030簡要介紹通用商業(yè)CAM功能：可以指定加工方法：粗加工，半精加工，精加工可以指定走刀路徑策略：如行切，等高線切削等可以指定波峰殘余誤差scallop），內(nèi)外公差，從而自動計算行距?？梢灾付ū茏寧缀?，從而避免刀具與工件的碰撞可以進行刀具路徑切削仿真，檢查是否存在過切與碰撞可以選擇種類繁多的刀具，可以通過指定參數(shù)，生成用戶自定義刀具?？梢酝瑫r考慮刀具及工件的裝夾，更全面的避免刀具碰撞?？梢灾付ㄉ蛇\動的類型，直線、圓弧、NURBS樣條。三、五軸聯(lián)動數(shù)控加工流程和坐標變換三、五軸聯(lián)動數(shù)控加工流程和坐標變換q五軸聯(lián)動加工的流程分析五軸聯(lián)動加工的流程分析 生

18、成的刀位點數(shù)據(jù)采用六個參數(shù)表示：生成的刀位點數(shù)據(jù)采用六個參數(shù)表示：x，y，z，i，j，k；其中；其中x，y，z表示刀具參考點的位置，表示刀具參考點的位置，i，j，k表示刀軸方向矢量。刀具參考點是刀表示刀軸方向矢量。刀具參考點是刀具上的一點，相對位置固定，具上的一點，相對位置固定， 五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3031四、五軸聯(lián)動數(shù)控的關鍵技術四、五軸聯(lián)動數(shù)控的關鍵技術q五軸聯(lián)動加工的流程分析五軸聯(lián)動加工的流程分析五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3032工件的刀具路徑表示工件的刀具路徑表示 ： 坐標系坐標系OXYZO

19、XYZ為工件坐標系。為工件坐標系。S S為工件的一個表面，為工件的一個表面，L L為其中的一條刀具路徑，為其中的一條刀具路徑，P P為刀為刀具路徑上的一點，具路徑上的一點，D D為對應的刀軸方向。對于五軸加工，刀具路徑是由刀具上一個固定的為對應的刀軸方向。對于五軸加工，刀具路徑是由刀具上一個固定的參考點所經(jīng)過的軌跡和刀具軸的方向確定的。這個固定的刀具參考點為刀具末端的中心參考點所經(jīng)過的軌跡和刀具軸的方向確定的。這個固定的刀具參考點為刀具末端的中心，例如，對于球頭刀，固定點為刀具軸線與刀具球面的交點，對于平底刀，固定點則為，例如，對于球頭刀，固定點為刀具軸線與刀具球面的交點，對于平底刀，固定點則

20、為刀具底部的中心。刀具底部的中心。 三、五軸聯(lián)動數(shù)控加工流程和坐標變換三、五軸聯(lián)動數(shù)控加工流程和坐標變換q五軸聯(lián)動加工的流程分析五軸聯(lián)動加工的流程分析五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3033后處理：后處理： 對給定的刀位數(shù)據(jù)源文件進行處理，生成針對指定機床的對給定的刀位數(shù)據(jù)源文件進行處理，生成針對指定機床的NC代代碼。對刀位數(shù)據(jù)源文件中描述的刀軌，按照指定的線性化誤差，生碼。對刀位數(shù)據(jù)源文件中描述的刀軌，按照指定的線性化誤差，生成相應的成相應的G代碼。由刀位數(shù)據(jù)點代碼。由刀位數(shù)據(jù)點x，y，z，i，j，k，到機床各軸相應，到機床各軸相應的運動的運動X，Y，Z

21、，B，C的變換，由于兩個旋轉軸的關系，不再是簡的變換，由于兩個旋轉軸的關系，不再是簡單的線性變換或坐標偏置，而是存在復雜函數(shù)關系。單的線性變換或坐標偏置，而是存在復雜函數(shù)關系。 根據(jù)機床的結構形式，算法各不相同。根據(jù)機床的結構形式，算法各不相同。 三、五軸聯(lián)動數(shù)控加工流程和坐標變換三、五軸聯(lián)動數(shù)控加工流程和坐標變換q五軸聯(lián)動加工的流程分析五軸聯(lián)動加工的流程分析五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3034后處理的目標是： 給定刀具參考點坐標x，y，z及刀軸方向i，j，k，求取相應機床三個平動軸的坐標X，Y，Z及兩個旋轉軸的坐標B，C。 XfXx，y，z，i，j，

22、k）；YfYx，y，z，i，j，k）；ZfZx，y，z，i，j，k）；BfBx，y，z，i，j，k）；CfCx，y，z，i，j，k）； x，y，z，i，j，kq五軸聯(lián)動加工坐標變換五軸聯(lián)動加工坐標變換三、五軸聯(lián)動數(shù)控加工流程和坐標變換三、五軸聯(lián)動數(shù)控加工流程和坐標變換五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3035 兩個旋轉軸的坐標比較容易理解，也就是使得刀具平行于給定的刀軸方向i，j，k，兩個旋轉軸相應的坐標。三個平動軸的坐標，由于兩個旋轉軸的存在，變得比較復雜。假設機床的三個平動軸X、Y、Z分別產(chǎn)生平移運動X、Y、Z ，而兩個旋轉軸沒有運動，那么刀具參考點也會

23、產(chǎn)生同樣的位移X、Y、Z ，但是，如果兩個旋轉軸分別轉過角度B、C，那么，刀具參考點所產(chǎn)生的運動就不再是X、Y、Z ，而是要綜合考慮三個平動軸的平移運動和兩個旋轉軸的旋轉運動B、C 。 上面所說的坐標變換則這里分析的過程正好相反，這里分析的是從機床三個平動軸和兩個旋轉軸的運動到刀具參考點的運動，而坐標變換則是從刀具參考點坐標和刀軸方向反求機床三個平動軸和兩個旋轉軸的坐標。 坐標變換表達式的求解，與機床具體的結構相關。三、五軸聯(lián)動數(shù)控加工流程和坐標變換三、五軸聯(lián)動數(shù)控加工流程和坐標變換q五軸聯(lián)動加工坐標變換五軸聯(lián)動加工坐標變換五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-

24、3036三、五軸聯(lián)動數(shù)控加工流程和坐標變換三、五軸聯(lián)動數(shù)控加工流程和坐標變換幾個重要概念：幾個重要概念： 第四軸：是一個旋轉軸，而且它的運動獨立于另外一根旋轉軸，第四軸：是一個旋轉軸，而且它的運動獨立于另外一根旋轉軸，例如下圖中的例如下圖中的C軸。軸。 第五軸：另外的一根旋轉軸，它的運動受第四軸運動的影響。例第五軸：另外的一根旋轉軸，它的運動受第四軸運動的影響。例如下面彩圖中的如下面彩圖中的B軸，它的方向會隨軸，它的方向會隨C軸的運動改變。軸的運動改變。 擺動中心擺動中心P：如果第四軸與第五軸相交，則為兩旋轉軸的交點，若：如果第四軸與第五軸相交，則為兩旋轉軸的交點，若不相交，則是過第五軸且垂直

25、于第四軸的平面不相交，則是過第五軸且垂直于第四軸的平面T與第四軸的交點。與第四軸的交點。 擺動中心是不受兩個旋轉軸運動影響的，它的運動只與三個平擺動中心是不受兩個旋轉軸運動影響的，它的運動只與三個平動軸的運動有關。因而，我們把擺動中心的坐標作為三個平動軸的動軸的運動有關。因而，我們把擺動中心的坐標作為三個平動軸的坐標。于是，對于雙擺頭結構，坐標變換就是，在已知刀具參考點坐標。于是，對于雙擺頭結構，坐標變換就是，在已知刀具參考點坐標及刀軸方向的條件下，求出兩個旋轉軸的坐標及擺動中心的坐坐標及刀軸方向的條件下，求出兩個旋轉軸的坐標及擺動中心的坐標。從工件坐標系向機床坐標系的變換。標。從工件坐標系向

26、機床坐標系的變換。 q五軸聯(lián)動加工坐標變換五軸聯(lián)動加工坐標變換五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3037三、五軸聯(lián)動數(shù)控加工流程和坐標變換三、五軸聯(lián)動數(shù)控加工流程和坐標變換q五軸聯(lián)動加工坐標變換五軸聯(lián)動加工坐標變換q雙擺頭結構雙擺頭結構五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3038三、五軸聯(lián)動數(shù)控加工流程和坐標變換三、五軸聯(lián)動數(shù)控加工流程和坐標變換工件刀具q五軸聯(lián)動加工坐標變換五軸聯(lián)動加工坐標變換q雙擺頭結構雙擺頭結構五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3039三、五軸聯(lián)動數(shù)控加工流程和坐標變

27、換三、五軸聯(lián)動數(shù)控加工流程和坐標變換mOtOwO( , )txyzr t tt假定B、C軸是相交的，刀具初始位置所示，與Z軸平行。圖中：為刀具旋轉點，為刀具點，初始狀態(tài)時，動軸B與Y軸平行，刀具軸線平行于Z軸，工件坐標系和機床坐標系方向一致，刀具坐標系原點在工件坐標系中的位置矢量為為工件上與刀具的接觸點。mOtO(0,0, )mrL設回轉軸交點到刀具坐標系原點的距離為L，在刀具坐標系中位置矢量為xSySzSBC為要求的機床五個坐標軸相應的運動。(,)xyzu u uu刀軸方向矢量和刀位點矢量在工件坐標系中的表達式分別為，和 (,)mxyzrppp設這兩個矢量可由刀具坐標系相對與機床坐標系的旋轉

28、和機床坐標系相當于工件坐標系的平移得到：q五軸聯(lián)動加工坐標變換五軸聯(lián)動加工坐標變換q雙擺頭結構雙擺頭結構五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3040(,0)()()()()(0,0,1,0)TTxyzsmtZCYBmu u uT rrrRRTr(,1)()()()()(0,0,0,1)TTxyzsmtZCYBmpppT rrrRRTr三、五軸聯(lián)動數(shù)控加工流程和坐標變換三、五軸聯(lián)動數(shù)控加工流程和坐標變換10000100()0010001mTrL100010()0010001xxyysmtzzststT rrrstLcos0sin00100()sin0cos000

29、01BBYBBBRcossin00sincos00()00100001CCCCZCRq五軸聯(lián)動加工坐標變換五軸聯(lián)動加工坐標變換q雙擺頭結構雙擺頭結構五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3041cossinsinsincos00 xCByCBzBuuucossinsinsincos11xCBxxyCByyzBzzpLstpLstpLstL由以上表達式計算得到：三、五軸聯(lián)動數(shù)控加工流程和坐標變換三、五軸聯(lián)動數(shù)控加工流程和坐標變換arccos()Bzuarctan()yCxuucossinxxCBxspLtsinsinyyCByspLtcoszzBzspLtL由此可

30、以得到：q五軸聯(lián)動加工坐標變換五軸聯(lián)動加工坐標變換q雙擺頭結構雙擺頭結構五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3042三、五軸聯(lián)動數(shù)控加工流程和坐標變換三、五軸聯(lián)動數(shù)控加工流程和坐標變換q五軸聯(lián)動加工坐標變換五軸聯(lián)動加工坐標變換q雙轉臺結構雙轉臺結構五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-30430zyxuuusincossinsincos0BCBCBxxxyyyzzzxxxxyyyzzzyxxxzzzzcos cos(s +t -m )+sin(s +t -m )-sin cos(s +t -m ) m -cos sin(s +t

31、 -m )+cos(s +t -m ) sin sin(s +t -m ) m sin(s +t -m ) cos(s +t -m ) m1 BCCBCxBCCBCyzBBppp 1=三、五軸聯(lián)動數(shù)控加工流程和坐標變換三、五軸聯(lián)動數(shù)控加工流程和坐標變換q五軸聯(lián)動加工坐標變換五軸聯(lián)動加工坐標變換q雙轉臺結構雙轉臺結構五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3044三、五軸聯(lián)動數(shù)控加工流程和坐標變換三、五軸聯(lián)動數(shù)控加工流程和坐標變換arccosBBzku1, 1Bk arctanyCCxuku 0,1Ck coscos()cossin()sin()xBCxxBCyyB

32、zzxxspmpmpmmtsin()cos()yCxxCyyyyspmpmmt-sincos() sinsin()cos()zBCxxBCyyBzzzzspmpmpmmtq五軸聯(lián)動加工坐標變換五軸聯(lián)動加工坐標變換q雙轉臺結構雙轉臺結構五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3045專題六專題六 五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)理論和技術一、五軸聯(lián)動數(shù)控加工介紹一、五軸聯(lián)動數(shù)控加工介紹二、五軸聯(lián)動機床的分類二、五軸聯(lián)動機床的分類三、五軸聯(lián)動數(shù)控加工流程和坐標變換三、五軸聯(lián)動數(shù)控加工流程和坐標變換四、五軸聯(lián)動的非線性化誤差和線性插補四、五軸聯(lián)動的非線性化誤差

33、和線性插補五、五軸聯(lián)動的幾種插補方法五、五軸聯(lián)動的幾種插補方法五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3046四、五軸聯(lián)動的非線性化誤差和線性插補四、五軸聯(lián)動的非線性化誤差和線性插補1、五軸聯(lián)動加工路徑的非線性化誤差、五軸聯(lián)動加工路徑的非線性化誤差曲面加工的刀具運動軌跡在理論上是由刀具與曲面的嚙合關系所確定的一個連曲面加工的刀具運動軌跡在理論上是由刀具與曲面的嚙合關系所確定的一個連續(xù)函數(shù)續(xù)函數(shù),而在實際多軸數(shù)控加工中而在實際多軸數(shù)控加工中,刀具的運動方式為線性插補運動刀具的運動方式為線性插補運動,連續(xù)光滑軌連續(xù)光滑軌跡只能用一系列的小直線段進行離散逼近跡只能用一系

34、列的小直線段進行離散逼近,通過線性插補來近似包絡成型。這通過線性插補來近似包絡成型。這樣樣,刀具運動的包絡面與加工表面之間就存在一定的逼近誤差刀具運動的包絡面與加工表面之間就存在一定的逼近誤差,這種由離散線性這種由離散線性運動代替理想刀具軌跡所引起的加工誤差是非線性誤差。運動代替理想刀具軌跡所引起的加工誤差是非線性誤差。五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3047四、五軸聯(lián)動的非線性化誤差和線性插補四、五軸聯(lián)動的非線性化誤差和線性插補1、五軸聯(lián)動加工路徑的非線性化誤差、五軸聯(lián)動加工路徑的非線性化誤差 后處理采用線性化的方法，即根據(jù)指定的線性化誤差，把機床三個平

35、移軸的后處理采用線性化的方法，即根據(jù)指定的線性化誤差，把機床三個平移軸的運動采用小直線段來逼近?？梢愿鶕?jù)給定的機床運動變量參數(shù)兩個旋轉軸的運動采用小直線段來逼近。可以根據(jù)給定的機床運動變量參數(shù)兩個旋轉軸的相對位置，刀具安裝點的相對位置，刀具長度，工件坐標系的偏置等和線性相對位置，刀具安裝點的相對位置，刀具長度，工件坐標系的偏置等和線性化誤差，生成化誤差，生成NC代碼。如下圖所示，直線代碼。如下圖所示，直線AB為刀位數(shù)據(jù)文件中定義的一段直為刀位數(shù)據(jù)文件中定義的一段直線刀軌，那么它對應的機床三個平移軸的運動則為一段曲線，線刀軌，那么它對應的機床三個平移軸的運動則為一段曲線，AC與與CB則則為線性化

36、后的兩個直線段，它們將是輸出到為線性化后的兩個直線段，它們將是輸出到NC的加工線段。的加工線段。 五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3048四、五軸聯(lián)動的非線性化誤差和線性插補四、五軸聯(lián)動的非線性化誤差和線性插補如果采用后處理來對刀位數(shù)據(jù)文件進行線性化，生成的數(shù)控代碼就是若干段需要線性插補的小直線段。如下圖： iPiiPQ ( ,)iiiiix y z iP ( ,)iiiiix y z 1iP11111(,)iiiiixyzjiP(,)jjjjjiiiiixyz11111jjjjjiiiiiiiiiiiiiiiiiiiixxyyzzxxyyzz為轉動中心的

37、位置，為刀軸方向，在機床坐標系的坐標為。對于給定起點 ，終點；假設為其中的第j個插補點，則有：(1)2、五軸聯(lián)動加工路徑的線性插補、五軸聯(lián)動加工路徑的線性插補五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3049四、五軸聯(lián)動的非線性化誤差和線性插補四、五軸聯(lián)動的非線性化誤差和線性插補 222111()()()iiiiiiilxxyyzz1iii1iiiiiiKliiiKlVaBCBCiBKViCKViBKaiCKa三個平動軸的合成速率為，加速度為 兩旋轉軸的角速度分別為， ，角加速度分別為， 。由(1)式可知：， 從而有：，（3）定義： ；（2）五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和

38、技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3050四、五軸聯(lián)動的非線性化誤差和線性插補四、五軸聯(lián)動的非線性化誤差和線性插補 V1iiPPVjiVjjiilV T11jjjiiiiiixxxxll11jjjiiiiiiyyyyll11jjjiiiiiizzzzll1jjjiiiil K1jjjiiiil K可見，對于五坐標的線性插補，三平動坐標的合成速率與兩旋轉軸的角速度并不是互相獨立的，對于加速度亦是如此。因而，五坐標線性插補的進給速度可以由三平動坐標的合成速率 來指定，則兩旋轉軸的角速度亦隨之確定。那么，五坐標線性插補的方法如下： 對于直線段 ，首先根據(jù)指定的三平動坐標的合成速率 和加減

39、速控制算法，計算出第j個插補周期的三平動坐標的合成速率 和加減速控制算法，計算出第j個插補周期的三平動坐標的合成速率，則三平動坐標在該插補周期內(nèi)的合成進給量為 （T為插補周期），三平動坐標各自的進給量分別為：，這與三坐標的直線插補是相同的。而兩旋轉軸的相應的進給量分別為：，五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3051專題六專題六 五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)理論和技術一、五軸聯(lián)動數(shù)控加工介紹一、五軸聯(lián)動數(shù)控加工介紹二、五軸聯(lián)動機床的分類二、五軸聯(lián)動機床的分類三、五軸聯(lián)動數(shù)控加工流程和坐標變換三、五軸聯(lián)動數(shù)控加工流程和坐標變換四、五軸聯(lián)動的非線性化

40、誤差和線性插補四、五軸聯(lián)動的非線性化誤差和線性插補五、五軸聯(lián)動的幾種插補方法五、五軸聯(lián)動的幾種插補方法五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-30521、五軸聯(lián)動加工數(shù)據(jù)流程、五軸聯(lián)動加工數(shù)據(jù)流程五、五軸聯(lián)動的幾種插補方法五、五軸聯(lián)動的幾種插補方法五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3053五、五軸聯(lián)動的幾種插補方法五、五軸聯(lián)動的幾種插補方法2、五軸聯(lián)動幾種插補方式、五軸聯(lián)動幾種插補方式 五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3054工件坐標系與機床坐標系轉換在工件坐標系與機床坐標系轉換在CAM/C

41、NC過程中的順序問過程中的順序問題。題。x，y，z，i，j，k工藝參數(shù)與通常三軸控制不同工藝參數(shù)與通常三軸控制不同 切削深度是變量切削深度是變量 進給量是變量進給量是變量 NC程序中的程序中的F代表了什么？代表了什么？五、五軸聯(lián)動的幾種插補方法五、五軸聯(lián)動的幾種插補方法2、五軸聯(lián)動幾種插補方式、五軸聯(lián)動幾種插補方式 五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3055五、五軸聯(lián)動的幾種插補方法五、五軸聯(lián)動的幾種插補方法五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3056在五軸聯(lián)動插補的數(shù)控系統(tǒng)中，變成有以下四種高速插補方式，這是由五軸聯(lián)動中的

42、非線性誤差造成的。 機床坐標系下的線性插補。CAM后置處理經(jīng)過坐標轉換后輸出NC代碼。小線段用前看速度平滑。該種方法有非線性誤差。 工件坐標系下離散刀位點直接插補。將CAM輸出的刀位點直接插補，插補后進行坐標轉換。該種方法基本上無非線性誤差。 機床坐標系下的樣條曲線插補。CAM后置處理經(jīng)過坐標轉換后輸出NC代碼，再CNC中由樣條擬合后插補。該種方法有非線性誤差。 工件坐標系下的雙樣條曲線插補。CAM直接輸出樣條曲線，CNC進行樣條插補后進行坐標轉換。該種方法基本上無非線性誤差。五、五軸聯(lián)動的幾種插補方法五、五軸聯(lián)動的幾種插補方法2、五軸聯(lián)動幾種插補方式、五軸聯(lián)動幾種插補方式 五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的

43、理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3057五、五軸聯(lián)動的幾種插補方法五、五軸聯(lián)動的幾種插補方法 2、五軸聯(lián)動幾種插補方式、五軸聯(lián)動幾種插補方式 11111jjjjjiiiiiiiiiiiiiiiiiiiixxyyzzxxyyzzx，y，z，i，j，k（1機床坐標系下的線性插補機床坐標系下的線性插補這是五軸加工中最為傳統(tǒng)、得到這是五軸加工中最為傳統(tǒng)、得到CAM軟件普遍支軟件普遍支持，也是應用最為廣泛的一種方式，所有的五軸持，也是應用最為廣泛的一種方式，所有的五軸數(shù)控系統(tǒng)都支持這種方式，因此對這種方式進行數(shù)控系統(tǒng)都支持這種方式，因此對這種方式進行研究仍有一定意義。研究仍有一定意義

44、。五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的理論和技術2022-1-3058五、五軸聯(lián)動的幾種插補方法五、五軸聯(lián)動的幾種插補方法 2、五軸聯(lián)動幾種插補方式、五軸聯(lián)動幾種插補方式 （1機床坐標系下的線性插補機床坐標系下的線性插補由于這種方式的加工代碼由大量微小程序段組成，而且程序段間一階不連續(xù)，由于這種方式的加工代碼由大量微小程序段組成，而且程序段間一階不連續(xù)，采用傳統(tǒng)的在單個程序段進行加減速的速度規(guī)劃方式，會使得進給速度波采用傳統(tǒng)的在單個程序段進行加減速的速度規(guī)劃方式，會使得進給速度波動嚴重，甚至根本達不到編程進給速度，影響加工質量和速度。動嚴重，甚至根本達不到編程進給速度，影響加工質量和速度?！扒罢八俣绕交椒ㄊ墙鉀Q這個問題的關鍵。但這種方式不能對工件坐標系前瞻速度平滑方法是解決這個問題的關鍵。但這種方式不能對工件坐標系下刀具參考點刀尖點的進給速度進行有效的控制。下刀具參考點刀尖點的進