专利名称：一种多轴数控机床通用后置处理方法
技术领域：
本发明涉及多轴数控加工领域，具体是一种多轴数控机床通用后置处理方法。
背景技术：
随着新能源、航空航天、造船等行业的发展，对主要功能部件如风电叶片、飞机进气道、螺旋桨等的加工质量要求越来越高。这类零件外形及工作型面形状复杂，加工精度高，只有采用多轴数控机床才能完成加工。在五轴数控加工中，后置处理的主要任务是将CAM软件生成的加工刀位轨迹源文件转换成为特定机床可接受的数控NC代码，目前多轴数控机床后置求解，主要包含手工推导和数值计算这两种方法。手工推导方法不仅过程复杂、容易出错，而且得到的计算公式只能用于特定结构的机床，不具备通用性；数值方法具有通用性，但是计算时间较长，在某些情况下求解精度不高，造成加工误差。随着加工零件日益复杂，机床结构不断更新，对后置处理的求解效率和求解精度提出了更高的要求，因此具有快速性和精确性的通用后置求解算法具有重要意义。
发明内容
针对现有的通用后置处理方法的不足，本发明提出一种多轴机床通用后置处理方法，根据机床结构建立机床运动变换链，再采用数值方法和全微分方法计算刀位源文件中其他刀位点对应的机床各轴运动量，进而获得数控机代码。本发明为工艺人员提供一种适合于各种机床结构的通用后置方法，减少了人工推导计算公式的环节，有利于提高后置处理的速度和效率。实现本发明的目的所采用的具体技术方案如下一种多轴数控机床通用后置处理方法，包含如下步骤(一 )根据机床结构建立机床运动变换链，机床运动链包括刀具到机床运动链Qmt 和工件到机床运动链Qwm,刀具刀位点方向矢量和位置经运动变换得到工件上加工点的方向矢量和位置信息；( 二)根据步骤(一)中所建立的机床运动变换链，建立从刀具到工件的变换矩阵 Qwt ；(三)输入初始刀位点CL1的机床各平动轴运动坐标Δi ；(四)计算出初始刀位点CL1后续的各刀位点CLi+1的平动轴运动坐标Δi+1，具体为1.输入刀位点CLw的位置矩阵vOw，该矩阵表明该刀位点的位置坐标。第一次进入步骤(四)中的子步骤(1)时i的取值为1，其中 = 1，2···，η;2.设定全微分算法初始迭代条件，即取CL^1为迭代计算初始刀位点，通过迭代计算，最终使其与目标刀位点CLi+1重合，自然，刀位点CL^1对应的机床运动坐标与目标刀位点CLw相同，S卩A^1= Ai(下标中逗号前数值表示第i+1个刀位点，逗号后的数值表示进行第一次迭代)3.令k= 1，利用全微分算法对每个刀位点⑶㈩进行迭代计算，建立第k+Ι次迭代计算的中间刀位点CLi+1,k+1与第k次迭代计算的中间刀位点CLi+1,k之间机床各平动轴和转动轴的运动坐标增量dAk的关系，求解出dAk。第一次进入(四)中3时k的取值为1 ；4.根据步骤(四)中子步骤C3)得到的机床各平动轴和转动轴运动坐标增量 dAk，求出第k+Ι次迭代计算的中间刀位点CLi+1,k+1的机床运动坐标Ai+1,k+1 ；5.根据机床运动变换链，通过所述第k+Ι次迭代计算中间刀位点CLi+1,k+1对应的机床运动坐标Ai+1,k+1，得到刀位点CLi+1,k+1对应的位置矩阵％+1,4+1 ‘6.如果第k+Ι次迭代计算中间刀位点CLi+1,k+1对应的机床运动坐标Ai+1,k+1对应的位置矩阵与目标刀位点(！^工对应的位置矩阵vCi,+/j、于设定的误差δ之内，或者k 的值大于设定的迭代次数t，则此时目标刀位点CLi+1所对应的机床运动坐标Δ i+1 = Δ i+1, k+1，否则，将k的值增加1，返回步骤(四)中子步骤(3)，，进行再次计算；(五)判断i的值是否小于n，如果小于η则返回步骤(四)中子步骤1，将i增加1后继续计算，否则计算结束，输出各刀位点对应的机床平动轴运动坐标和旋转轴运动坐标。本发明通过机床结构建立机床运动变换链，根据微分算法求解刀位源文件中各刀位点对应的机床各轴运动量，得到机床机代码。本发明所建立的多轴数控机床通用后置处理方法，其有益成果在于本发明消除了手工推导方法中机床各轴运动量计算公式的推导环节，简化了机床后置处理的流程，提高后置处理的速度；本发明消除了数值处理方法计算时间长，求解精度不稳定的缺点，提高了后置处理的精度；适用于任意结构多轴机床后置处理，具有求解速度快，求解精度高的特
点ο
图1为多轴机床通用后置处理流程图
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。多轴机床通用后置处理方法，包括如下步骤(一 )对多轴数控机床各运动部件之间相对位置关系进行分析测量，建立机床运动变换链，机床运动链包括刀具到机床运动链Qmt和工件到机床运动链Twm,刀具刀位点方向矢量和位置经运动变换得到工件上加工点的方向矢量和位置信息，关系如下面方程组所 其中Qmt是刀具相对于机床床身的变换矩阵，Qmw是工件相对于机床床身的变换矩阵。
τ是刀具坐标系中刀位点位置矩阵，
τ是刀具坐标系中刀位点方向矢量，… 是工件坐标系中刀位点位置矩阵，该矢量通过Ux，UY, Uz三个数值分别描述该位置矩阵在X， Y，Z方向上的分量，Pff是工件坐标系中刀位点方向矢量，该矢量通过Px，PY, Pz三个数值表示
权利要求
1. 一种多轴数控机床通用后置处理方法，包括如下步骤(1)根据机床结构建立机床运动变换链，其中，所述机床运动链包括刀具到机床运动链 Qmt，工件到机床运动链Q ，以及刀具刀位点方向矢量和位置经运动变换得到的工件上加工点的方向矢量和位置；(2)根据步骤(1)中所建立的机床运动变换链，建立从刀具到工件的变换矩阵Qwt;(3)输入初始刀位点CL1的机床各平动轴运动坐标A1；(4)计算出所述初始刀位点CL1后续的任一刀位点CLi+1的平动轴运动坐标，其中 i = 1，2···，η，η为正整数，具体为(4. 1)输入所述刀位点CLi+1的位置矩阵vC4hl，该矩阵表明该刀位点的位置坐标，其中第一次进入步骤(4. 1)时i的取值为1 ；(4. 2)利用全微分算法对刀位点CLi+1进行迭代计算，建立第k+Ι次迭代计算的中间刀位点CLi+1,k+1与前一次迭代计算的中间刀位点CLi+1,k之间机床各平动轴和转动轴的运动坐标增量cUk的关系，求解出dΔk，其中第一次进入步骤(4.2)时k的取值为1 ；(4. 3)根据所述的运动坐标增量d Δ k，求出第k+1次迭代计算的中间刀位点CLi+1,k+1的机床运动坐标Δi+1, k+1 ，(4. 4)根据机床运动变换链，通过所述第k+Ι次迭代计算中间刀位点CLi+1,k+1对应的机床运动坐标Ai+1,k+1，得到刀位点CLi+1,k+1对应的位置矩阵1i+1 ‘(4. 5)如果第k+Ι次迭代计算中间刀位点CLi+1,k+1对应的机床运动坐标Δ i+1,k+1对应的位置矩阵1i+1与目标刀位点CLw对应的位置矩阵vCi,+1小于设定的误差δ之内，或者k的值大于设定的迭代次数t，则此时目标刀位点CLwK对应的机床运动坐标Ai+1 = Ai+1,k+1， 否则，将k的值增加1，跳转到步骤(4. 2)重新计算。(5)判断i的值是否小于n，如果小于η则返回步骤(4.1)，将i增加1后循环计算，否则，计算结束，输出各刀位点对应的机床平动轴运动坐标和旋转轴运动坐标。
全文摘要
本发明公开了一种多轴数控机床通用后置处理方法，包括如下步骤(1)根据机床结构建立机床运动变换链(2)根据步骤(1)中所建立的机床运动变换链，建立从刀具到工件的变换矩阵QWT(3)输入初始刀位点CL1的机床各平动轴运动坐标Δ1(4)计算出所述初始刀位点CL1后续的任一刀位点CLi+1的平动轴运动坐标Δi+1(5)判断i的值是否小于n，如果小于n则返回步骤(4.1)，将i增加1后继续计算，否则，计算结束，输出各刀位点对应的机床平动轴运动坐标和旋转轴运动坐标。本发明克服了一般后置处理方法中机床各轴运动坐标计算公式需要手工推导的缺点，可以满足各类多轴数控机床的后置处理需求，具有求解速度快、求解精度高的优点。
文档编号G05B19/19GK102402198SQ201110324388
公开日2012年4月4日 申请日期2011年10月24日 优先权日2011年10月24日
发明者彭芳瑜, 李斌, 杨建中, 王伟, 闫蓉, 马吉阳 申请人:华中科技大学