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一种基于3轴程序编制5轴机床数控程序的方法

2023-07-14 11:38:58

一种基于3轴程序编制5轴机床数控程序的方法

  技术领域

  本发明属于数控加工技术领域,与一种基于3轴程序编制5轴机床数控程序的方法有关,具体为解决摆头+摆台式5轴加工中心立式钻孔、铣削加工时,某一几何轴超程问题的技术方法。

  背景技术

  编制5轴机床的数控程序时,对于纯粹的3轴程序,有时会因为某一几何轴限位而无法加工。这种情况,可以通过跟随轴适当参与运动来弥补某一几何轴限位的问题,从而实现对零件的加工。但是,这样的程序单纯的依靠某一CAM软件是难以直接实现的。以转台+摆头式5轴立式加工中心(带RTCP功能)为例假定加工中心控制系统为Siemens840Dsl,几何轴为X、Y、Z,跟随轴为A、C,Y-方向有一定的限位(假定Y-方向的限位位置为距离工作台回转中心50)。在A0状态下进行纯粹的3轴铣削或者钻孔时,CAM软件直接通过后处理输出的数控程序是通过X、Y、Z的运动来完成加工,C轴始终是C0。在这里,几何轴是优先跟随轴进行输出的。一旦Y-方向达到限位位置Y-50,机床就会报警,程序将不能继续运行。对于这种情况,通过C轴的回转来调整加工部位的位置(比如通过增加C180插补运动,将%20Y-半区域的特征转到Y+半区),那么怎样才能实现对于每一单纯的X、Y、Z线性插补行增加对应的C值呢。

  对于一个纯粹的3轴程序,程序的每一行都是X、Y、Z的线性或者圆弧插补,如果要解决Y轴负向限位问题,就要将每一个插补行通过C轴旋转调整到Y轴正向上或Y轴正向的某一区域。对于完全在Y轴负向区域的插补,只要在程序开头增加一个C180即可由Y-变为%20Y+方向。但是对于横跨Y-和Y+区域情况的插补,想通过增加某一固定的C值来解决这一问题就变得十分困难,甚至是不可行。

  发明内容

  针对现有5轴机床摆头+摆台式5轴加工中心立式钻孔、铣削加工时存在的某一几何轴超程问题的技术方法问题,本发明旨在提供一种基于3轴程序编制5轴机床数控程序的方法。

  为此,本发明采用以下技术方案:一种基于3轴程序编制5轴机床数控程序的方法,包括以下步骤:

  第一步,建立函数关系:C=f(X,Y),C值为使得每一插补行均旋转到Y轴正向射线上;

  第二步,然后连接某一位置的坐标(x,y)与G17平面的原点(0,0),设这条直线为L,L长度为R(R2=x2+y2),L与Y轴正向的夹角α即是C轴要旋转的角度,sinα=x/R;

  第三步,根据右手定则,我们令X轴正向平面的C值为0~-180°,X轴负向平面的C值0~180°,同时根据sin函数的反函数的单调区间,建立C与x、y的关系为

  当x≥0、y≥0,C=-asin(x/R)

  当x<0、y≥0,C=-asin(x/R)

  当x<0、y<0,C=180°+asin(x/R)

  当x≥0、y<0,C=-180°+asin(x/R)

  将上述函数转化成CAM软件后处理的算法中输出效果。

  作为对上述技术方案的补充和完善,本发明还包括以下技术特征。

  对于不带RTCP功能的5轴机床,将X坐标全部输出为0,Y坐标按R值进行输出;并在每一行前面强制输出2行内容:

  ROT

  AROT%20Z=β(β为C值的相反数);

  程序原点必须放置在机床工作台的中心。

  本发明方法还包括防错语句的判断条件:如果A≠0或者存在TRANS或AROT后面的非零值,则应提示报错信息,或者禁止输出。

  本发明可以达到以下有益效果:本发明适用于对于5轴机床的纯粹3轴程序(含钻孔),本发明通过在每一插补行后面增加一个适当的(变化的)C值来保证整个加工区域完全处于%20Y+方向的某一区域,将所有3轴运动全部以直线插补的形式输出,然后在每一直线插补行后面增加对应的C值,通过建立C值与X、Y值得函数关系,保证整个加工处于Y轴正向上,解决了Y轴负向限位问题。

  具体实施方式

  首先建立这样的函数关系:C=f(X,Y),C值使得每一插补行均旋转到Y轴正向这一射线上。连接某一位置的坐标(x,y)与G17平面的原点(0,0),设这条直线为L,L长度为R(R2=x2+y2),L与Y轴正向的夹角α即是C轴要旋转的角度。

  sinα=x/R

  根据右手定则,我们令X轴正向平面的C值为0~-180°,X轴负向平面的C值0~180°,同时根据sin函数的反函数的单调区间,建立C与x、y的关系为

  当x≥0、y≥0,C=-asin(x/R)

  当x<0、y≥0,C=-asin(x/R)

  当x<0、y<0,C=180°+asin(x/R)

  当x≥0、y<0,C=-180°+asin(x/R)

  将上述函数转化成CAM软件后处理的算法中,以下是A0角度下3轴铣削程序的输出效果对比:

  

  引入C=f(X,Y)函数前、后NC输出结果对比表(铣削)

  以下是A0角度下钻孔程序的输出效果对比:

  

  引入C=f(X,Y)函数前、后NC输出结果对比表(钻孔)

  以上解决方案是针对带RTCP功能的5轴机床而言,那么对于不带RTCP功能的5轴机床呢?

  在此基础上进行两种拓展:

  一是将X坐标全部输出为0,Y坐标按R值进行输出;

  二是在每一行前面强制输出2行内容:

  ROT

  AROT Z=β(β为C值的相反数)。

  当然,对于不带RTCP功能的机床,程序原点必须放置在机床工作台的中心。

  对于5轴机床的纯粹3轴程序(含钻孔),以上后处理的处理方案是一种对后处理的特殊处理,所以该后处理仅能用于此种情况,不能用于其余情况。为了技术方案的严谨性,需要在后处理中加入技术防错语句,以便用错后处理时进行提示。

  对于上述提到的不管是3轴铣削还是钻孔,都可以归纳为一种情况,即A值始终为零的情况。同时,我们再从相反的角度来思考这个问题:是不是所有A值为零的情况,均可以使用该后处理呢?经过试验,除标准3+2定位加工的情况外,其余所有A值为零的情况下,该后处理均可使用。

  那么,我们加入防错语句的判断条件就是:如果A≠0或者存在TRANS或AROT后面的非零值,则应提示报错信息,或者禁止输出,从而使得整个计算方案非常严谨。

  以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

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