五轴数控磨床及铣床通用后置处理系统研制

摘要

由于机床结构及工件安装方向定义的不同（五轴铣床以主轴方向来确定机床 Z轴方向，而五轴磨床的主轴方向可以为X轴、Y轴或Z轴中的任意一个；工件坐标系设置、砂轮安装、毛坯装夹定位等也存在较大差异），导致五轴磨床和五轴铣床在后置处理运动求解算法和后置处理系统的通用性上还存在较多不足。针对这一问题，本文在通用求解算法、磨床运动学工艺问题、系统开发三个方面进行了深入研究，开发出一套适用于多种结构五轴磨床和铣床的后置处理系统软件。论文主要完成了以下研究： (1)在通用求解算法的研究上，分析了五轴磨床和五轴铣床的结构差异，将主轴方向引入机床结构划分，提出了36种机床结构的划分方法，并以此建立了磨铣通用后置求解坐标系统；针对固定工件坐标系方向导致的求解问题，在后置求解模型的构建中引入工件坐标系旋转角的概念，实现了工件坐标系不同情况下机床运动量的统一求解，提高了数控代码的可移植性；针对机床运动正方向非标的特殊机床，提出了先默认运动正方向，求解后再调整的处理方法，实现该类机床的统一求解；分析了不同类型机床之间的空间坐标关系，提出一种基于机床类型变换的求解方法，该方法将所有36种类型机床以坐标系旋转的方式变换到6种主轴方向为Z轴的机床上进行运动求解，从而将角度求解方法减少至2种，将平动量的求解方法减少至6种。 (2)在磨床运动学工艺问题的研究上，主要针对多工步磨削加工工艺特点，砂轮组安装、毛坯装夹定位特点及磨削进退刀方法进行了相应研究。分析了多工步磨削加工中砂轮安装位置、砂轮安装方向及毛坯装夹长度对求解的影响，提出一种采用砂轮位置偏置和砂轮安装方向来实现多个工步刀位文件同时处理的求解方法，提高了后置处理的效率；分析了磨床加工立铣刀具的工艺特点及磨床结构与工步间进退刀方式间的关系，通过定义砂轮-毛坯干涉检测坐标系，实现了不同结构磨床砂轮与毛坯位置关系的统一表达，以此为基础计算出安全位置、快速逼近位置和进退刀路径，完成进退刀代码的自动添加，保证了加工的安全性。 (3)在五轴磨床及铣床后置处理系统开发上，通过对系统功能的详细分析，采用模块化的思想进行系统设计，将系统划分为4个主要功能模块，包括：规则库管理模块、机床管理模块、后置处理算法模块、后置处理过程模块；采用ACCESS和XML文件等多种形式组建数据结构，采用刀位识别、功能识别、功能参数提取的分步处理方法进行刀位数据的处理；采用分层构建的思路对系统架构进行设计，按照数据库层、持久层、业务层、表现层将系统划分为4层，并用MFC与ACCESS开发了后置处理系统软件。 (4)采用4个加工实例来验证系统的正确性和通用性，验证内容包括多种刀位格式的支持、多种数控代码的支持、多种铣床结构的支持、多种磨床结构的支持。实例加工结果证明了该后置处理系统的正确性和较强的通用性。

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