专利名称：一种五轴数控侧铣加工用刀具半径补偿方法
技术领域：
本发明涉及数控系统中控制五轴数控机床的数控装置，具体的说是一种五轴数控侧铣加工用刀具半径补偿方法。
背景技术：
五轴数控加工是为了克服三轴加工的不足而发展起来的一项先进制造技术，通过增加两个旋转轴，使得加工的灵活性大大增强，在复杂曲面零部件的生产制造以及航空航天、汽车、轮船和模具等行业中具有显著的优势和重要的现实意义。五轴数控机床相对于工件使刀具在直线的3个轴方向上相对移动，同时围绕旋转的2个轴使刀具对于工件以不同的角度进刀，可以提供侧刃铣削的线切削模式，这种模式与点切削的端铣削模式相比，不仅可以大幅度提高加工效率，又能提高加工的可靠性和精度。数控装置只具有平面轮廓两轴半加工的刀具半径补偿功能(G41、G42)，缺少满足五轴侧刃铣削加工模式所需要的空间刀具半径补偿功能。以传统的两轴半加工为例，当刀具半径改变时，可以用G41、G42在加工程序中做刀具半径补偿，然而对于五轴加工则无法使用这种方式，尤其是实际加工过程中，往往会出现刀具磨损，为确保工件精度，除了更换新刀具外，另一种方式为重新生成刀具路径，再转换为相应的多轴NC程序。但是上述两种方式有增加加工成本和现场加工NC程序维护困难的缺点，同时，NC程序使用的适用性也大大降低。
发明内容
针对现有技术中数控装置存在缺少满足五轴侧刃铣削所需的空间刀具半径补偿功能等不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种适合五轴侧刃铣削加工的五轴数控侧铣加工用刀具半径补偿方法。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是本发明五轴数控侧铣加工用刀具半径补偿方法包括以下步骤指令预读分析在编程坐标系中确定刀具偏置方向和刀具半径，确定加工路径上各点的刀心点坐标和刀轴矢量；确定映射平面根据上述步骤中得到的路径各点的刀轴矢量和刀心点坐标确定各点对应的映射平面；确定映射关系通过编程坐标系中的中间点的刀轴矢量和中间点的刀心点坐标， 确定编程坐标系与映射平面坐标系的空间坐标转换关系；映射平面内的刀具半径补偿通过上述步骤中确定的空间坐标转换关系，将编程坐标系下各点的刀心点坐标转换为映射平面坐标系内的坐标，利用平面轮廓刀具半径补偿方法即G41、G42，在映射平面坐标系内确定各点对应的刀具补偿矢量；确定空间刀具半径补偿矢量根据上述根据刀具补偿矢量确定映射平面坐标系补偿后的刀心点坐标，逆向使用空间坐标转换关系，确定各点经过空间刀具补偿后对应的刀心点坐标。所述指令预读分析包括以下步骤判断读入的程序段中是否有开启指令，如果有开启指令，则确定路径起始点的刀心点坐标和刀轴矢量；判断是否在刀具半径补偿模式中，如果在刀具半径补偿模式中，则确定路径中间点的刀心点坐标和刀轴矢量；判断读入的程序段中是否有结束指令，如果有结束指令，则确定路径终点的刀心点坐标和刀轴矢量；如果没有结束指令，则返回确定路径中间点的刀心点坐标和刀轴矢量步骤；如果不处于刀具半径补偿模式，则结束指令预读分析步骤；如果没有开启指令，则直接判断是否在刀具半径补偿模式步骤。所述确定映射平面包括路径起始点、中间点以及终点的映射平面，其中确定路径中间点由相邻的指令位置点和中间位置点以及中间点的刀轴矢量确定映射平面，通过以下公式得到
权利要求
1.一种五轴数控侧铣加工用刀具半径补偿方法，其特征在于包括以下步骤指令预读分析在编程坐标系中确定刀具偏置方向和刀具半径，确定加工路径上各点的刀心点坐标和刀轴矢量；确定映射平面根据上述步骤中得到的路径各点的刀轴矢量和刀心点坐标确定各点对应的映射平面；确定映射关系通过编程坐标系中的中间点的刀轴矢量和中间点的刀心点坐标，确定编程坐标系与映射平面坐标系的空间坐标转换关系；映射平面内的刀具半径补偿通过上述步骤中确定的空间坐标转换关系，将编程坐标系下各点的刀心点坐标转换为映射平面坐标系内的坐标，利用平面轮廓刀具半径补偿方法即G41、G42，在映射平面坐标系内确定各点对应的刀具补偿矢量；确定空间刀具半径补偿矢量根据上述根据刀具补偿矢量确定映射平面坐标系补偿后的刀心点坐标，逆向使用空间坐标转换关系，确定各点经过空间刀具补偿后对应的刀心点坐标。
2.按权利要求1所述的五轴数控侧铣加工用刀具半径补偿方法，其特征在于所述指令预读分析包括以下步骤判断读入的程序段中是否有开启指令，如果有开启指令，则确定路径起始点的刀心点坐标和刀轴矢量；判断是否在刀具半径补偿模式中，如果在刀具半径补偿模式中，则确定路径中间点的刀心点坐标和刀轴矢量；判断读入的程序段中是否有结束指令，如果有结束指令，则确定路径终点的刀心点坐标和刀轴矢量。
3.按权利要求2所述的五轴数控侧铣加工用刀具半径补偿方法，其特征在于如果没有结束指令，则返回确定路径中间点的刀心点坐标和刀轴矢量步骤。
4.按权利要求2所述的五轴数控侧铣加工用刀具半径补偿方法，其特征在于如果不处于刀具半径补偿模式，则结束指令预读分析步骤。
5.按权利要求2所述的五轴数控侧铣加工用刀具半径补偿方法，其特征在于如果没有开启指令，则直接判断是否在刀具半径补偿模式步骤。
6.按权利要求1所述的五轴数控侧铣加工用刀具半径补偿方法，其特征在于所述确定映射平面包括路径起始点、中间点以及终点的映射平面，其中确定路径中间点由相邻的指令位置点和中间位置点以及中间点的刀轴矢量确定映射平面，通过以下公式得到
7.按权利要求1所述的五轴数控侧铣加工用刀具半径补偿方法，其特征在于所述编程坐标系与路径中点的映射平面的空间坐标转换关系包括从映射平面所在坐标系到编程坐标系的齐次变换矩阵T为
全文摘要
本发明涉及一种五轴数控侧铣加工用刀具半径补偿方法，包括指令预读分析确定刀具偏置方向和刀具半径，确定加工路径上各点的刀心点坐标和刀轴矢量；确定映射平面根据路径各点的刀轴矢量和刀心点坐标确定各点对应的映射平面；确定映射关系确定编程坐标系与映射平面坐标系的空间坐标转换关系；映射平面内的刀具半径补偿将编程坐标系下各点的刀心点坐标转换为映射平面坐标系内的坐标，确定各点对应的刀具补偿矢量；确定空间刀具半径补偿矢量确定映射平面坐标系补偿后的刀心点坐标，确定各点经过空间刀具补偿后对应的刀心点坐标。本发明解决了在五轴加工中刀具半径补偿功能失效的问题，使五轴NC程序的适用性得到提高，可操作性更强。
文档编号B23Q15/16GK102371504SQ20101025616
公开日2012年3月14日 申请日期2010年8月18日 优先权日2010年8月18日
发明者于东, 张富彦, 张晓辉, 杨富枝, 林浒, 王峰, 郑飂默 申请人:中国科学院沈阳计算技术研究所有限公司, 沈阳高精数控技术有限公司