本发明属于数控机床后置处理
技术领域：
：，具体为一种采用综合比较方式的五轴数控机床后置处理转角选解优化方法。
背景技术：
：：五轴数控机床广泛应用于加工复杂曲面零件，其主要结构特征是在x/y/z三个平动轴的基础上还具有两个旋转轴。按照机床拓扑结构，一般将五轴数控机床分为三类，即刀具双转动、工作台双转动、刀具转动+工作台转动等类型。五轴数控机床的后置处理功能是将cam软件生成的刀位文件，通过一定的算法转换为特定机床及工艺所需的数控程序。五轴数控机床后置处理算法的难点是在考虑工艺优化条件下的旋转轴运动转角的求解和选解。目前，旋转轴运动转角的求解算法研究已经较为成熟。lee和she[1]利用齐次矩阵推导了3类典型结构五轴数控机床的转角求解逆运动学公式。she[2-4]等根据转动轴的分布，建立机床通用运动变换，推导给出了多种正交和非正交结构的五轴数控机床转角求解逆运动学公式。然而，针对机床和工艺的具体要求，如何对求解计算可能获得的多组转角进行选解优化，目前主要集中在对“优势区间”及特定结构机床的研究应用。现有常规方法[5]将前置出的刀轴矢量带入同一组计算公式计算得出转角的解，并直接选择该解作为最终程序，但此方法不能避免出现碰撞和过切现象。李庄[6]针对ca工作台双转动数控机床，提出在多解条件下选择“优势区间”的解作为优化结果，但可能会造成单解与多解过渡时的转动轴运动突变。代星[7]针对cb工作台双转动数控机床，提出在“优势区间”中确定转动轴的初始角度，并综和考虑双解比较和非依赖轴行程极限的情况实现后续转动轴转角的选取，但该方法在优势不明显的情况下，再局限于“优势区间”选解，可能会错过最优解的选取。宋洋鹏[8]提出在出现逆解干涉段和逆解超程段时对两组逆解集进行解集重组，以避免出现干涉和超程情况，但此方法并不能保证替换过程中的连续性，如果替换过程中发生干涉现象，则需要使用抬刀处理方法，如此便会降低加工效率，影响加工进程。参考文献[1]leers,shech.developingapostprocessorforthreetypesoffive-axismachinetools[j].internationaljournalofadvancedmanufacturingtechnology,1997,13(9):658-665.[2]shech,changcc.designofagenericfive-axispostprocessorbasedongeneralizedkinematicsmodelofmachinetool[j].internationaljournalofmachinetools&manufacture,2007,47(3-4):537-545.[3]shech,changcc.developmentofafive-axispostprocessorsystemwithanutatinghead[j].journalofmaterialsprocessingtechnology,2007,187-188(12):60-64.[4]shech,huangzt.postprocessordevelopmentofafive-axismachinetoolwithnutatingheadandtableconfiguration[j].internationaljournalofadvancedmanufacturingtechnology,2008,38(7-8):728-740.[5]yhjung,dwlee,jskim,etal.ncpost-processorfor5-axismillingmachineoftable-rotating/tiltingtype[j].journalofmaterialsprocessingtechnology,2002(130-131):641-646.[6]李庄.五轴机床运动学通用建模理论研究及应用[d].成都：西南交通大学硕士学位论文,2013[7]代星，熊蔡华，丁汉.双转台式五轴机床后置处理中的最优选解问题研究[j].装备制造技术,2012,40(2)：10-12.daixing,xiongcaihua,dinghan.researchonsolutiondeterminationinthepost-processingprocessforafive-axismachineofdualtabletype[j].equipmentmanufacturingtechnology,2012,40(2):10-12.[8]宋洋鹏.基于机床实体模型的五轴后置处理系统研究与开发[d].哈尔滨：哈尔滨工业大学硕士学位论文,2015。技术实现要素：针对上述后置处理转角选解算法的不足，本发明提出一种采用综合比较方式的五轴数控机床后置处理转角选解优化方法，旨在对各刀位行全部有效解进行逐行比较，通过机床行程和工艺参数等约束条件，选择不发生转角突变或转角突变次数较少的解作为最终结果，尽可能避免由于转角突变造成的提刀运动，提高加工效率。本发明的目的是这样实现的：一种采用综合比较方式的五轴数控机床后置处理转角选解优化方法，包括以下步骤：步骤1：转动轴转角的理论解计算：后置处理转角的理论求解是将刀位文件中的刀轴矢量，根据机床运动结构，采用多体运动学算法得到矢量所对应的转动轴转角；步骤2：转动轴转角的有效解计算(以c'bt结构五轴数控机床为例进行说明)：记b轴行程为[βmin，βmax]，c轴行程为[γmin，γmax]，在转换过程中，可能出现以下三种情况：(1)b轴转角理论解超过行程极限，b、c转角均无有效解；(2)b转角有一个理论解满足机床行程，故只有一个有效解，同理，对应的c转轴可能有一个有效解(即为单有效解情况)或无有效解；(3)b转轴的两个理论解均满足行程，故两个理论解都为有效解，同理对应的c转轴可能也有两个有效解(即为双有效解情况)，一个有效解(即为单有效解情况)或无有效解；步骤3：转动轴转角的优化解计算：转动轴转角的优化解是指在数控程序加工过程中，发生转角突变情况较少的有效解；定义相邻刀位行所发生的最短距离转动量大于某预值(δγ)的情况视为转角突变现象。设nc进给程序段的序号为n，以c'bt结构五轴数控机床转动轴转角的无有效解、单有效解和双有效解三种情况为例，说明转动轴转角优化解的具体计算方法：(1)当b、c轴出现无有效解情况时，流程直接结束；(2)当n＝1且b、c轴出现单有效解时，则记为第1列备选解；(3)当n＝1且b、c轴出现双有效解时，则分别记为第1、第2列备选解；(4)当n>1且b、c轴出现单或双有效解情况时，分别计算该行对应的“后计算轴”c轴的有效解与上一行的两c转角备选解之间的最短距离旋转角，选择旋转角最小的有效解作为该列在第n行所对应的备选解，并在转角突变处作出标记；(5)分别统计第1、2列备选解所出现的转角突变次数，其突变的次数分别记为t1和t2；(6)重复上述过程，直至全部刀位行的两列备选解组合完毕；(7)选择转角突变次数较少的那列备选解作为优化解。与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明对各刀位行全部有效解进行逐行比较，在机床行程和工艺参数等约束条件下，选择不发生转角突变或转角突变次数较少的解作为优化解，使五轴机床的转轴运行更连续，有效避免了五轴机床在加工过程中的碰撞和过切现象以及干涉和超程现象，从而提高了加工效率。附图说明图1是本发明选解程序图。图2是某锥台的刀位文件(节选)。图3是b轴转角两组理论解的分布图(节选)。图4是c轴转角两组理论解的分布图(节选)。图5是b转轴转动量分布图(节选)。图6是c转轴转动量分布图(节选)。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。图1表示一种采用综合比较方式的五轴数控机床后置处理转角选解优化方法，包括以下步骤：步骤1：转动轴转角的理论解计算：后置处理转角的理论求解是将刀位文件中的刀轴矢量，根据机床运动结构，采用多体运动学算法得到矢量所对应的转动轴转角。后置处理转角的理论求解是将刀位文件中的刀轴矢量，根据机床运动结构，采用多体运动学算法得到矢量所对应的转动轴转角。不失一般性，五轴数控机床的转轴拓扑结构可以表达为r'rt和r'r't(“t”代表刀具，“r”表示转轴，三者的组合代表转动传递关系，“'”表示工作台转动轴)。定义靠近刀具的转动轴为“先计算轴”，远离刀具的转动轴为“后计算轴”。本文以c'bt结构的五轴数控机床为例，说明后置处理转角的理论解求解过程(理论解即为通过具体计算公式直接计算出来不经过任何处理的解)。根据五轴数控机床的运动学模型，转轴角度与刀轴矢量具有以下关系：式中：i、j、k—刀位文件中的刀轴矢量；β、γ—机床转动b轴、c轴的转角由式(1)可知，可先求解“先计算轴”b轴转角，并具有两个理论解：β＝±arccosk(2)由式(1)可知当b轴具有两个理论解时，“后计算轴”c轴也可能的具有两个理论解：其它两类正交结构的五轴数控机床转动轴转角理论解的计算过程与之类似，本文不再赘述。步骤2：转动轴转角的有效解计算：根据以上理论转角求解公式以及转动轴的行程极限，须将理论解转换为有效解(即为满足机床行程要求的解)。记b轴行程为[βmin，βmax]，c轴行程为[γmin，γmax]，在转换过程中，可能出现以下三种情况：(1)b轴转角理论解超过行程极限，b、c转角均无有效解；(2)b转角有一个理论解满足机床行程，故只有一个有效解，同理，对应的c转轴可能有一个有效解(即为单有效解情况)或无有效解；(3)b转轴的两个理论解均满足行程，故两个理论解都为有效解，同理对应的c转轴可能也有两个有效解(即为双有效解情况)，一个有效解(即为单有效解情况)或无有效解。其它两种正交结构的五轴数控机床转动轴转角有效解的计算过程与之类似，本文不再赘述。步骤3：转动轴转角的优化解计算：转动轴转角的优化解是指在数控程序加工过程中，发生转角突变情况较少的有效解。定义相邻刀位行所发生的最短距离转动量大于某预值(δγ)的情况视为转角突变现象。设nc进给程序段的序号为n，以c'bt结构五轴数控机床转动轴转角的无有效解、单有效解和双有效解三种情况为例，说明转动轴转角优化解的具体计算方法。(1)当b、c轴出现无有效解情况时，流程直接结束；(2)当n＝1且b、c轴出现单有效解时，则记为第1列备选解。按顺序读取刀位行的刀位点坐标，对应的b轴转角为β11，c轴转角为γ11，定义转角突变次数为tm(初值为0，m为列数，m＝1,2)；(3)当n＝1且b、c轴出现双有效解时，则分别记为第1、第2列备选解。第1列备选解b轴转角为β11＝arccosk，c轴转角为γ11；第2列备选解b轴转角为β21＝-arccosk，c轴转角为γ21；(4)当n>1且b、c轴出现单或双有效解情况时，分别计算该行对应的“后计算轴”c轴的有效解与上一行的两c转角备选解之间的最短距离旋转角，选择旋转角最小的有效解作为该列在第n行所对应的备选解，并在转角突变处作出标记；1)分别计算该行c轴有效解与上一行备选解的最短距离旋转角，选择旋转量最小的有效解作为该列在本行所对应的备选解，如果其大于δγ，则tm＝tm+1(m＝1,2)；2)判断该刀位行是否是最后一行。若不是，继续读取下一行；若是，跳至(5)；(5)分别统计第1、2列备选解所出现的转角突变次数，其突变的次数分别记为t1和t2。(6)重复上述过程，直至全部刀位行的两列备选解组合完毕；(7)选择转角突变次数较少的那列备选解作为优化解。定义β1n、γ1n、β2n、γ2n分别为第n刀位行所对应的b轴和c轴的第1和第2理论解，两列备选解形式如表1所示。表1转轴的两列备选解形式示例根据上述说明，本文设计的五轴数控机床后置处理选解流程图如图1所示。实例验证以某锥台试件的刀位文件进行后置转角计算验证，如图2所示，所使用的五轴数控机床结构形式为c'bt，定义b轴转角行程为[-70°～90°]，c角行程为n×360°，δγ为90°。锥台刀位文件如图2所示。根据式(2)、(3)计算出b、c轴转角理论解，如直接应用，则两转轴的运动量分布如图3、图4所示(图中横坐标表示刀位文件行号，纵坐标表示转轴的转动量)。由图可知，此时不论选择哪一组解c转角都会发生突变导致加工突变(c转角两组解都在同一处刀位发生突变，并且突变角度相同)，b轴转角两组解互为相反数。但是将两组解结合起来分析，发生突变的地方实际是可以连续加工的。依照本文所述选解流程，得出一组不发生突变加工连续的解，能够避免上诉突变现象。按本文所述方法得出的b、c转轴转动量分布如图5，图6所示。当前第1页12当前第1页12