一种基于后置处理五轴刀具半径补偿方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于后置处理五轴刀具半径补偿方法。首先研究五轴刀具半径补偿的基本原理，针对常用的三种类型端铣刀，分别推导出其刀具半径补偿方向和补偿后刀位点的矢量。然后，建立前置刀位数据与机床各轴运动数据之间的关系方程，并结合补偿后刀位点的矢量，推导出补偿后的刀位数据与机床各坐标轴之间的关系方程。最后，利用VisualC++6.0开发出一套带有刀具半径补偿功能的后置处理软件。本发明能够解决不具备五轴半径补偿功能机床的刀具半径补偿问题，避免刀具半径尺寸改变后必须返回CAM系统重新生成刀轨和再次进行后置处理的繁琐过程，从而缩短零件总加工时间和提高了数控加工程序可重用性，具有较强的工程应用价值。
【专利说明】一种基于后置处理五轴刀具半径补偿方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种多轴数控机床刀具半径补偿方法，尤其涉及一种基于后置处理五 轴刀具半径补偿方法，属于五轴数控加工领域。
【背景技术】
[0002] 刀具补偿是现代计算机数控（CNC)系统所具有的重要功能之一，可分为刀具半径 补偿和刀具长度补偿两种。针对二维轮廓加工，目前数控系统都具备刀具长度和刀具半径 补偿的功能。然而在五轴数控加工过程中，由于刀触点和刀轴矢量方向都不断变化，因此刀 具半径补偿功能较难实现。国内外学者已对五轴数控加工中刀具半径补偿技术进行了大量 研究，目前已在一些国外商用数控系统中进行了部分应用。总的来说，五轴刀具半径补偿功 能实现主要有两种途径： 现有技术一，数控系统本身具有五轴刀具半径补偿功能，并支持带刀具半径补偿向量 的程序段格式，此时数控程序需要提供刀具半径补偿向量。
[0003] 现有技术二是在后置处理程序中进行刀具半径补偿，生成刀具半径补偿后的数控 程序，这时数控系统不需要提供专门的程序段格式。
[0004] 上述现有技术至少存在以下缺点： 现有技术一，将需要数控系统提供五轴刀具半径补偿功能，对于不具备五轴半径补偿 的数控系统来说，则需要购买相应的软件包对数控系统进行升级改造，将大幅增加机床的 使用成本，从而提高了零件的加工费用。同时，还需要CAM软件能够生成带有补偿向量的刀 位文件，然后利用专用后置处理软件生成带有刀具半径补偿向量的数控加工程序。
[0005] 现有技术二，是在对刀位文件进行后置处理时，考虑到刀具半径补偿值，进行了相 应计算，并输出到数控加工程序中。但当刀具半径发生变化时，需要重新对原有刀位文件进 行后置处理，并得到新的补偿后数控加工程序。这个过程非常繁琐，且数控加工程序的可重 用性较差，必将大幅增加工艺人员的工作量，以及零件的总加工时间，从而提升零件的制造 成本。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提出一种基于后置处理五轴刀具半径补偿方法，解决不具备五轴 刀具半径补偿功能机床的刀具长度补偿问题。
[0007] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的： 本发明的基于后置处理五轴刀具长度补偿方法，包括步骤： A、 研究了五轴刀具半径补偿的基本原理，针对常用的三种类型端铣刀，如球头刀、平底 刀和环形刀，分别推导出其刀具半径补偿方向和补偿后刀位点的矢量方程； B、 以摆头转台类五轴数控机床为例，建立前置刀位数据与机床各轴运动数据之间的关 系方程，结合补偿后刀位点的矢量方程，推导出补偿后的刀位数据与机床各轴运动数据之 间的关系方程，并对其进行求解计算； C、 利用步骤B中计算结果，基于Visual C++ 6. O开发出一套带有刀具半径补偿功能的 后置处理软件，该软件不仅可以直接生成半径补偿后的数控加工程序，而且可以生成带有 半径补偿宏变量的数控加工程序； D、 利用该软件将刀具半径作为宏变量写入后置处理后的数控加工程序中，进而通过修 改数控加工程序中半径宏变量就可以方便实现五轴刀具半径的补偿。
[0008] 由上述发明技术方案可以看出，本发明的基于后置处理五轴刀具长度补偿方法， 首先，研究了五轴刀具半径补偿的基本原理，针对常用的三种类型端铣刀，如球头刀、平底 刀和环形刀，分别推导出其刀具半径补偿方向和补偿后刀位点的矢量方程；然后，以摆头转 台类五轴数控机床为例，建立前置刀位数据与机床各轴运动数据之间的关系方程，结合补 偿后刀位点的矢量方程，推导出补偿后的刀位数据与机床各轴运动数据之间的关系方程， 并对其进行求解计算；之后，利用步骤B中计算结果，基于Visual C++ 6.0开发出一套带 有刀具半径补偿功能的后置处理软件，该软件不仅可以直接生成半径补偿后的数控加工程 序，而且可以生成带有半径补偿宏变量的数控加工程序；最后，利用该软件将刀具半径作为 宏变量写入后置处理后的数控加工程序中，进而通过修改数控加工程序中半径宏变量就可 以方便实现五轴刀具半径的补偿。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 图1为球头刀半径补偿原理示意图； 图2为平底刀半径补偿原理示意图； 图3为环形刀半径补偿原理示意图； 图4为五轴联动叶片机床； 图5为后置处理软件界面； 图6为含切触点信息的刀位文件； 图7为带半径补偿宏变量的数控程序。
【具体实施方式】
[0010] 本发明的基于后置处理五轴刀具长度补偿方法，其较佳的【具体实施方式】是，包 括： A、研究了五轴刀具半径补偿的基本原理，针对常用的三种类型端铣刀，如球头刀、平底 刀和环形刀，分别推导出其刀具半径补偿方向和补偿后刀位点的矢量方程； 在五轴端铣加工曲面过程中，常用刀具类型有球头刀、平底刀和环形刀等，为研究五轴 刀具半径补偿的基本原理，下文将针对以上三种类型刀具分别推导其半径补偿方向和补偿 后刀位点矢量方程。
[0011] 1、球头刀半径补偿方向和补偿后刀位点矢量 如图1所示，为设计曲面，Z7为曲面上的切触点，球头刀在点Z7处与曲面相 切，球头刀的半径为A 0为刀心点，％。3为刀尖点，i为切触点/7处刀位的刀轴矢量， 为切触点/ 7处曲面的法矢量，以上两矢量均为单位矢量。假设球头刀半径发生改 变，即半径由W变为V时，为保持球头刀在切触点/ 7处与曲面S相切，则刀心点0必 须沿切触点/^处的法矢方向进行平移。因此，为球头刀半径补偿方向矢量，补偿量 ΔΛ= IT-J?。于是,在工件坐标系^yffYwZw中补偿后的刀心点?Τ的位置矢量为
【权利要求】
1. 一种基于后置处理五轴刀具半径补偿方法，其特征在于，包括步骤： A、 研究了五轴刀具半径补偿的基本原理，针对常用的H种类型端就刀，如球头刀、平底 刀和环形刀，分别推导出其刀具半径补偿方向和补偿后刀位点的矢量方程； B、 W摆头转台类五轴数控机床为例，建立前置刀位数据与机床各轴运动数据之间的关 系方程，结合补偿后刀位点的矢量方程，推导出补偿后的刀位数据与机床各轴运动数据之 间的关系方程，并对其进行求解计算； C、 利用步骤B中计算结果，基于Visual C++ 6.0开发出一套带有刀具半径补偿功能的 后置处理软件，该软件不仅可W直接生成半径补偿后的数控加工程序，而且可W生成带有 半径补偿宏变量的数控加工程序； D、 利用该软件将刀具半径作为宏变量写入后置处理后的数控加工程序中，进而通过修 改数控加工程序中半径宏变量就可W方便实现五轴刀具半径的补偿。
2. 据权利要求1所述的基于后置处理五轴刀具半径补偿方法，其特征在于，所述步骤A 中，首先，研究了五轴刀具半径补偿的基本原理；然后，针对常用的H种类型端就刀，如球头 刀、平底刀和环形刀，分别推导出其刀具半径补偿方向和补偿后刀位点的矢量方程。
3. 根据权利要求1和2所述的基于后置处理五轴刀具半径补偿方法，其特征在于，所述 步骤B中，首先，W摆头转台类五轴数控机床为例；然后，建立前置刀位数据与机床各轴运 动数据之间的关系方程，W及结合补偿后刀位点的矢量方程，推导出补偿后的刀位数据与 机床各轴运动数据之间的关系方程；最后对上述方程进行求解计算。
4. 根据权利要求1和3所述的基于后置处理五轴刀具半径补偿方法，其特征在于，所述 步骤C中，利用步骤B中计算结果，基于Visual C++ 6.0开发出一套带有刀具半径补偿功 能的后置处理软件；该软件不仅可W直接生成半径补偿后的数控加工程序，而且可W生成 带有半径补偿宏变量的数控加工程序。
5. 根据权利要求4所述的基于后置处理五轴刀具半径补偿方法，其特征在于，所述步 骤D中，利用该软件将刀具半径作为宏变量写入后置处理后的数控加工程序中，进而通过 修改数控加工程序中半径宏变量就可W方便实现五轴刀具半径的补偿。
【文档编号】G05B19/404GK104460516SQ201310440414
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年9月25日 优先权日:2013年9月25日
【发明者】徐汝锋, 陈志同, 程祥 申请人:山东理工大学