混合旋转五轴数控机床后置处理算法研究

牛敏

【摘 要】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。本文主要针对混合旋转五轴数控机床后置处理算法进行深入研究，分析混合五轴机床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。

【关键词】混合旋转；五轴数控机床；刀位文件

一、前言

后置处理程序的输入信息是刀位数据，输出信息是数控机床的加工指令。国内学者针对CAM软件后期开发及针对相关软件进行后处理设定处理等方面做了相关研究，参考文献[1-4]针对不同方面进行相关研究，本文针对多轴后置处理算法的坐标变换原理进行浅析，提高了解CAM软件进行后置处理过程中，将刀位点转换为数控加工程序的基本原理，更好的了解数控技术。

二、混合旋转五轴数控机床的结构分析

混合旋转类数控机床工作台和主轴头各旋转一个轴。此类数控机床一个旋转轴作用于刀具和另一个作用在工作台上。按照刀具到工件的顺序，其回转轴的配置情况有XYZBA、XYZAB、XYZAC与XYZBC四种，设定各轴两两相互正交。

三、混合旋转五轴数控机床后置处理算法

以如图1所示XYZAB五轴数控机床为例，建立如图1所示坐标系统，其中OwXYZ、OtXYZ分别为与工件、刀具所建立的坐标系。

设定机床初始状态为刀具轴线平行与Z轴，坐标系Om2XYZ的原点Om2与工件坐标系原点Ow重合。设Om2XYZ的原点Om2到刀具坐标系原点Ot的距离为L，即摆动长度为L，则Om2在刀具坐标系中位置矢量为rm2（0，0，L）；Om1XYZ的原点在工件坐标系中的位置矢量为rm1（xm1，ym1，zm1）。同样，在工件坐标系中，刀位点和刀轴矢量分别为[0，0，-L]T和[0，0，1]T，机床平动轴相对于初始状态的位置为rs（x，y，z），旋转轴A、B相对于初始状态的角度分别为θA、θB（θB逆时针为正、θA顺时针为正）。刀轴和刀位点矢量在工件坐标系中的表达分别为u（i，j，k）和rm（xp，yp，zp）。

通过建立相关坐标系，实施坐标变换，可得：

（1）、（2）式中，T 和R分别为平移和回转运动的齐次坐标变换矩阵：

确定出两个旋转轴的旋转角度和三个直线轴的坐标值，确立到位文件的相关刀具姿态数据点。

四、结论

本文主要分析工作台和主轴头混合旋转组合五轴机床情况下，后置处理过程中刀位文件生成算法，通过针对工作台旋转与主轴头混合构成五轴为例进行后置处理算法的分析及推导，充分理解多轴数控机床实施坐标变换算法及实现加工程序生成的理念，加深混合旋转机床后处理算法及刀位文件形成过程，有助于多轴加工的编程人员及操作人员理解相关理论。

【參考文献】

[1]吴奥蒿.基于NX五轴机床后处理开发研究[J].现代制造技术与装备，2018，（10）：52-53.

[2]庄瑛.五轴机床自动倾斜面加工后处理算法研究[J].机械，2018，（8）：15-20.

[3]周智敏，张素颖.正交五轴机床NC加工路径后处理研究[J].煤矿机械，2017，（10）：72-74.

[4]鲁淑叶.基于Powermill的五轴加工中心后处理的研究[J].煤矿机械，2017，（10）：163-165.