五軸機(jī)床刀軸矢量編程的實(shí)現(xiàn)

五軸機(jī)床刀軸矢量編程的實(shí)現(xiàn)

0刀軸佐佐亞刀軸將刀軸用于不同結(jié)構(gòu)五軸機(jī)床的程序,其程序規(guī)則能互互使用傳統(tǒng)的可控五軸接觸加工通常采用旋轉(zhuǎn)軸角度的編程控制方法，這簡單易懂，但程序不足。旋轉(zhuǎn)軸角度編程按A、C軸結(jié)構(gòu)機(jī)床編制的加工程序不能用于B、C軸結(jié)構(gòu)的五軸機(jī)床,其程序無法互換使用。采用刀軸矢量控制的編程,其刀具或轉(zhuǎn)臺的運(yùn)動姿態(tài)不再用具體的旋轉(zhuǎn)軸角度定義,而是使用刀具在空間的方向矢量(刀軸矢量在X、Y、Z軸上的分量)進(jìn)行表述,這一表述方式使刀軸控制不受機(jī)床結(jié)構(gòu)限制,從而使得其程序能較好地在不同結(jié)構(gòu)的五軸機(jī)床上互換使用。華中8系統(tǒng)(簡稱HNC-8)在五軸線圓插補(bǔ)上亦提供了基于旋轉(zhuǎn)刀軸中心控制(RotationalToolConterPoint,RTCP)刀軸矢量控制的編程功能1軸機(jī)床rtcp補(bǔ)償功能的含義五軸機(jī)床因在進(jìn)行刀位點(diǎn)(刀具中心參考點(diǎn))軌跡運(yùn)動的同時伴有刀軸的擺轉(zhuǎn)動作,樞軸點(diǎn)(樞軸旋轉(zhuǎn)中心)與刀位點(diǎn)的坐標(biāo)不再如剛性平動時那樣同步變化,其因刀軸擺轉(zhuǎn)角度β產(chǎn)生的改變還會影響到其他線性軸坐標(biāo)的變化,無法僅通過采用簡單的刀長補(bǔ)償來實(shí)現(xiàn)刀位點(diǎn)到樞軸點(diǎn)的補(bǔ)償變換,但當(dāng)樞軸中心距(指樞軸點(diǎn)到刀位點(diǎn)的距離)確定時,其相關(guān)線性軸坐標(biāo)隨擺轉(zhuǎn)角度的變化量是可計(jì)算得到的。圖1所示為RTCP功能示意圖。由圖1所示可知,當(dāng)?shù)段稽c(diǎn)移動到某一位置的同時伴隨著刀軸Y向擺轉(zhuǎn)β角時,樞軸點(diǎn)相對于其剛性平動時的位置將在X、Z線性軸坐標(biāo)上產(chǎn)生一附加的移動量,其值可按以下關(guān)系進(jìn)行計(jì)算:式中:ΔX為X軸向位移變化量;ΔZ為Z軸向位移變化量;L為擺長;β為擺轉(zhuǎn)角度。由此即可實(shí)現(xiàn)從刀位點(diǎn)對應(yīng)轉(zhuǎn)換到樞軸點(diǎn)的位置補(bǔ)償關(guān)系。由圖1c所示可知,由于刀長隨所用刀具而有所不同,故五軸機(jī)床系統(tǒng)根據(jù)不同刀具的擺長,對其刀位點(diǎn)軌跡中所有插補(bǔ)點(diǎn)進(jìn)行基于旋轉(zhuǎn)軸角度的上述線性軸附加移動量的補(bǔ)償換算,得出樞軸點(diǎn)的運(yùn)動軌跡,然后據(jù)此調(diào)整控制樞軸的運(yùn)動,這就是通常意義上的刀具中心點(diǎn)RTCP控制功能。對于以工件旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)五軸加工的雙擺臺五軸機(jī)床,這種補(bǔ)償功能則稱之為旋轉(zhuǎn)盤中心控制(RotationalaroundpanCenterPoint,RPCP),即基于工件旋轉(zhuǎn)中心的編程。2旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度與五軸的卡擦力編程的比較2.1旋轉(zhuǎn)軸指令特點(diǎn)圖2所示為旋轉(zhuǎn)軸角度和刀軸矢量編程示意圖。與傳統(tǒng)五軸系統(tǒng)一樣,HNC-8的五軸快速定位及直線插補(bǔ)的標(biāo)準(zhǔn)程序段可在指定刀尖點(diǎn)X軸、Y軸、Z軸坐標(biāo)值的同時指定A軸、B軸、C軸的旋轉(zhuǎn)角度值,由圖2a所示可知,其指令格式為:這一編程方式是以A軸、B軸、C軸指定目標(biāo)終點(diǎn)(或從起點(diǎn)到終點(diǎn))處刀具軸或工作臺的旋轉(zhuǎn)角度位置進(jìn)行表述,是適應(yīng)機(jī)床結(jié)構(gòu)的具體旋轉(zhuǎn)軸角度值,如A90.C60,或B-90.C45.。2.2刀軸佐佐亞刀軸之間的垂直垂直度hrc-8在HNC-8中亦可通過指定I軸、J軸、K軸刀軸矢量數(shù)據(jù)的形式,實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動的線圓插補(bǔ)編程控制,如圖2b所示。其指令格式為:矢量方式下I軸、J軸、K軸是程序終點(diǎn)的刀軸在工件坐標(biāo)系X、Y、Z方向上的矢量,由三個方向的正負(fù)I、J、K矢量及配比關(guān)系確定刀軸的空間角度方向。當(dāng)?shù)遁S垂直于某加工平面時,該加工平面兩軸的矢量為0,與之垂直的另一軸的矢量為1,如I0J0K1表示刀軸垂直于XY平面。圖3所示為矩形錐壁加工的刀軸矢量設(shè)定,當(dāng)在XY主平面加工一矩形錐壁時,刀軸在各側(cè)邊需作不同方向的傾斜,其刀軸矢量應(yīng)相應(yīng)變化,此時刀軸矢量可按相應(yīng)直角邊分量給定,矢量大小在保證其傾角的前提下可任意變化。對圓弧而言,HNC-8允許在G2/G3指令格式后使用I、J、K刀軸矢量以實(shí)現(xiàn)五軸擺角加工,但為避免歧義,此時圓弧插補(bǔ)應(yīng)以刀具半徑R編程方式表述。在HNC-8系統(tǒng)中,采用刀軸矢量編程方式時需先通過G43.5H_指令啟用RTCP控制功能,而旋轉(zhuǎn)軸角度編程方式可通過G43.4H_指令啟用機(jī)床的RTCP控制功能。雖然兩者都能實(shí)現(xiàn)基于RTCP刀尖點(diǎn)自動補(bǔ)償?shù)目刂乒δ?具有適應(yīng)機(jī)床結(jié)構(gòu)變化的基本條件,但當(dāng)更換不同結(jié)構(gòu)的五軸機(jī)床實(shí)施加工時,由于使用旋轉(zhuǎn)軸角度的編程已限定了旋轉(zhuǎn)軸地址,必須按新機(jī)床結(jié)構(gòu)類型重新調(diào)整程序,因此,其RTCP程序的通用性依然僅限于適應(yīng)同類機(jī)床的靈活裝夾位置變化上。3旋轉(zhuǎn)軸以推動槽底輪廓補(bǔ)償編程圖4所示為周邊為等錐度角的矩形槽錐壁加工案例,在完成矩形槽直壁的加工后,使用直徑小于Ф6mm銑刀以傾斜10°的姿態(tài)角,沿矩形凹槽周邊實(shí)施錐壁銑削。若以毛坯左下角為編程零點(diǎn),以相對于槽底輪廓引入刀具半徑補(bǔ)償編程,旋轉(zhuǎn)軸采用刀軸矢量I、J、K控制,按圖4所示走刀路線編程如下:由上述程序可以看出,刀軸矢量控制并未限定所用旋轉(zhuǎn)軸的地址,僅由刀軸矢量在X、Y、Z方向的分量數(shù)據(jù)表述傾角變化。機(jī)床執(zhí)行時將根據(jù)G43.5H_指令啟用的RTCP功能,參照系統(tǒng)設(shè)定的五軸結(jié)構(gòu)類型自行計(jì)算并控制相應(yīng)旋轉(zhuǎn)軸擺轉(zhuǎn),因此,其程序適用任意五軸結(jié)構(gòu)的機(jī)床。4面的安裝位置基于RTCP刀軸矢量編程加工的優(yōu)勢主要體現(xiàn)為工件在機(jī)床工作臺面上的安裝位置沒有嚴(yán)格的要求,僅需裝夾好后通過對刀獲取其工件零點(diǎn)的坐標(biāo)位置即可;程序不需轉(zhuǎn)換即可在任意五軸結(jié)構(gòu)的機(jī)床上執(zhí)行,因此,可借助VERICUT多軸加工仿真軟件先行仿真檢查后4.1刀軸佐量注冊為使VERICUT軟件能實(shí)現(xiàn)基于RTCP刀軸矢量編程加工的仿真,應(yīng)對I軸、J軸、K軸變量添加將其用于為G1/G2/G3的注冊許可,為避免沖突,建議刪除I、J、K變量中作為G2/G3圓心與起點(diǎn)相對關(guān)系的注冊許可,要求程序中采用刀具半徑R編程方式實(shí)現(xiàn)圓弧插補(bǔ)。同時,針對G54工件零點(diǎn)相對于旋轉(zhuǎn)軸中心的可能偏置,應(yīng)進(jìn)行RTCP/RPCP旋轉(zhuǎn)點(diǎn)偏置的設(shè)置,以確保其按RTCP刀尖點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償。圖5所示為刀軸矢量注冊示意圖。圖6、圖7所示分別為雙擺臺C+A、雙擺頭B+A機(jī)床使用RTCP功能實(shí)現(xiàn)矩形槽錐壁五軸加工仿真驗(yàn)證的結(jié)果。結(jié)果證實(shí),不使用具體旋轉(zhuǎn)軸擺轉(zhuǎn)角度而僅用刀軸矢量的同一加工程序即可在不同五軸結(jié)構(gòu)的機(jī)床上得到相同的加工效果,驗(yàn)證了刀軸矢量編程的通用性。4.2主要參數(shù)設(shè)置在HNC-8機(jī)床上,需先對機(jī)床參數(shù)進(jìn)行設(shè)置檢查,包括通道參數(shù)中機(jī)床結(jié)構(gòu)類型設(shè)定(P040040)、擺頭結(jié)構(gòu)類型(P040410)或轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)類型(P040425)、擺頭第1/2旋轉(zhuǎn)軸的方向矢量及偏移矢量(P040411~P040422)或轉(zhuǎn)臺第1/2旋轉(zhuǎn)軸的方向矢量及偏移矢量(P040426~P040437)等,這些參數(shù)應(yīng)根據(jù)實(shí)際機(jī)床結(jié)構(gòu)及RTCP標(biāo)定測試的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)定。圖8所示為在使用HNC-8系統(tǒng)的GL8-V雙擺臺C+A五軸機(jī)床中錐壁實(shí)際加工的效果。5軸機(jī)床刀軸佐量編程的應(yīng)用對于基于RTCP刀軸矢量的編程而言,雖然其刀軸矢量數(shù)據(jù)控制的表述沒有旋轉(zhuǎn)軸角度編程表述直觀易讀