多坐标数控加工是一项难度较大的高、精、尖技术。现代数控机床虽然充分利用数控系统的补偿功能来提高其加工精度和动态性能 ,但这些补偿功能仅包括了反向间隙补偿、螺距误差补偿及热补偿功能。在刀具补偿方面 ,只是二维轮廓具有刀具半径补偿及刀具长度补偿<1> ,而在三维空间进行刀具补偿方面 ,目前所见资料未能得到较好解决。特别是在五轴联动的数控机床上 ,由于刀具的空间摆动自由度的出现 ,使得的刀具空间补偿较难实现。我们在成功研制了五轴联动刀具空间补偿后 ,对因刀具空间补偿后进给速度发生变化问题做了重点研究。经研制的加减速模块 ,使得五轴联动机床能更好地高速加工。为了解决上述问题 ,本文研究了五轴联动机床的一种形式 (即X、Y、Z、B、C)下的刀具空间补偿后的加减速问题。1主轴头 /主轴头 (head/head)的五轴数控机床两个回转轴均为主轴头 ,即主轴头具有A、B、C三个摆动运动中的任两个。刀轴具有两个旋转自由度 ,刀轴方向呈自由状态。例如X、Y、Z、B、C结构形式中 ,B为刀轴绕Y轴的旋转运动轴 ,C为刀轴绕Z轴的旋转运动轴 ,如图 1所示。2刀具空间补偿后进给速度分析刀具空间补偿后五轴联动机床要想高速加工 ,就要求系统具有足够的超前路径加 (减 )速优化预处理能力 ,即应具备超前程序段预处理 (LookAhead)功能。高速加工中超前路径加减速优化预处理就象在各种路面开汽车一样 ,路面好 ,前面没有急转弯你可以加大油门开快一些 ,如果前面有拐弯你得提前减小油门开慢一些。在高速加工中G代码就是路面 ,电动机好比汽车 ,为了保证机床在高速运动条件下的精度和平稳性 ,系统必须提前看到将要执行的一系列空间待加工路径 ,并根据速度看得足够远。在五轴联动控制时 ,可根据程序预处理缓冲区里的G代码 (SKY2 0 0 1<2 > 高速加工系统允许提前处理 2 5 0 0个程序段 ) ,由各轴的理论加 (减 )速度与各轴实际允许加 (减 )速度对比决定是否降低当前速度或提高到理论速度 ,也就是根据圆弧曲率半径的大小 ,动态地调节进给速度。其工作原理是 :首先为不同半径的圆弧设定一个最大允许进给速度 ,当数控系统发现待加工的某段圆弧的最大允许进给速度小于其编程速度时 ,它将自动把进给速度降低到该段圆弧的最大允许进给速度。如果数控系统发现待加工的路径比较平直 ,则立刻将进给速度提高到所允许的最大理论进给速度 ,由机床数控系统在保证加工精度的条件下使机床尽可能在最大理论速度下进行工作。它可以通过在每秒钟内进行 2 0 0 0～10 0 0 0次进给速度的改变来达到上述目的。3五轴联动加减速控制软件结构基于四开数控平台研制的控制软件结构如图 2所示。首先通过参数预置模块将刀具长度补偿量dl 和半径补偿量dr 分别送入刀具长度偏置寄存器H和半径偏置寄存器D中 ,然后通过程序输入模块将五轴NC程序调入。为了简化插补运算过程 ,缩短插补运算时间 ,提高系统运行速度 ,这里 ,把调入的五轴NC程序经过预处理模块和译码模块处理 ,生成插补所需要的按照一定格式存放的数据 ,即插补矩阵。这些经预处理和译码后的数据存放在插补缓冲区 ,插补时再从插补缓冲区调到插补工作区。最后将刀具长度偏置寄存器H和半径偏置寄存器D中的数据与存放在插补缓冲区的五轴NC程序的插补矩阵同时调入插补工作区。经过加减速模块处理后,再经CNC插补模块插补后 ,最后控制五轴联动机床工作。在南京四开数控平台的SKY2 0 0 1软件中调入没有刀具补偿时的五轴NC加工程序 (见图 3) ,经译码预处理后送入插补缓冲区 ,与已进入插补缓冲区的刀具补偿量 (见图 4 )同时进入插补工作区。经过加减速模块处理 ,经CNC控制器中的插补模块完全插补后最终控制五轴联动机床工作。4结论以一个球体零件为模型 (Model) ,应用英国莱康(LICOM )公司的alphaCAM软件的造型功能对其三维实体做了实体造型 (SolidModel)。应用该软件的CAD/CAM功能对该球体工件的加工进行五轴联动刀具路径<3> 的生成。经多次 3D模拟 ,最后用该软件自带的Fanuc 15 - 16MB 5 -Axis (IJArcs) .amp这一五轴后处理程序 ,并对其进行适当修改后 ,生成该球体工件的五轴NC加工程序。这就是待插补的NC程序。应用刀具补偿模块和上述的加减速模块加工出的工件试件尺寸精确 ,加工精度好 ,减轻了五轴五联动机床的振动 ,提高了机床的高速加工能力。五轴联动加减速控制软件研究@毕俊喜$内蒙古工业大学机械学院!呼和浩特市,邮编:010062,电话:(0471)6575472
@陆启建$南京四开电子企业有限公司
@刘明灯$南京四开电子企业有限公司五轴联动;;
刀具补偿;;
CAD/CAM;;加减速五轴五 联动数控机床主要应用于自由曲面的加工。但五轴联动所涉及的加减速就目前所见资料而言,未能 得到很好解决。本文重点分析了刀轴有两个旋转自由度(如B、C)的五轴联动的加减速问题。结 果表明经研制的加减速模块在南京四开电子企业有限公司的五轴五联动数控机床上得到较好应用。1刘雄伟,张定华,王增强等编著.数控加工理论与编程技术北京:机械工业出版社,2000
2RenBingyinandLiuHuaming.CutterLocationOptim izationin5-axisNCMachiningofFreeformSurface swithAFlat-endCutter.JournalofHarbinInstitu teTechnology,1999,12(4)ingofFreeformSurface swithAFlat-endCutter.JournalofHarbinInstituteTechnology,1999,12(4)
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