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開發(fā)后置三種類型的五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床
摘要:本文提出了一種后處理能力轉(zhuǎn)化刀具的位置（氯離子）大壩，以機(jī)械控制的數(shù)據(jù)為典型的5軸機(jī)床工具，以建立一個(gè)之間的接口，電腦輔助制造（ CAM ）系統(tǒng)和數(shù)控控制（ NC ）進(jìn)行儀器，分析方程，為數(shù)控?cái)?shù)據(jù)，得到了使用齊次坐標(biāo)矩陣和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)。此外，該發(fā)達(dá)的后處理方法是通過一個(gè)測(cè)量?jī)x對(duì)5軸機(jī)床的驗(yàn)證坐標(biāo)測(cè)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)有效，建議后處理方法可以被用來整合各種五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床受聘于制造系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞 坐標(biāo)變換矩陣；刀具的位置數(shù)據(jù)；五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)器；數(shù)控編程
1導(dǎo)言
自由曲面（或曲面）已經(jīng)找到了廣泛的工業(yè)應(yīng)用，如在汽車機(jī)構(gòu)，船體航天部分。模具或沖壓模具用于創(chuàng)建這樣一個(gè)部分，通常是加工使用數(shù)控（數(shù)控）機(jī)床。傳統(tǒng)方式加工的自由曲面是用3軸機(jī)床與球頭軋機(jī)。3軸機(jī)床不能改變的工具方向，因此5軸機(jī)床是介紹定切削刀具在適當(dāng)?shù)姆较颍咝实臋C(jī)器。與日新月異的計(jì)算機(jī)技術(shù)， commercial CAD / CAM系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以自由曲面和產(chǎn)生，無論是3軸或5軸刀具路徑。刀具位置（氯離子）的數(shù)據(jù)，組成的刀具尖端的地位和工具的方向，便可以直接獲得由民航處模型的產(chǎn)品設(shè)計(jì)創(chuàng)造了在CAD / CAM系統(tǒng)。然而，困難，經(jīng)常出現(xiàn)在溝通該CAM系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床的，尤其是當(dāng)各種機(jī)床是受雇于CAM系統(tǒng)。界面鏈接該CAM系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床是所謂后處理器轉(zhuǎn)換多款數(shù)據(jù)機(jī)的代碼?；旧喜煌M合機(jī)床的控制單元，需要不同的后處理器。因此，制造系統(tǒng)與各種機(jī)床需要若干后處理器。各種研究解決問題的發(fā)展后處理器的機(jī)床。貝迪和維氏制定了一個(gè)后處理程序法努克機(jī)工具。巴拉吉介紹了制定和實(shí)施一個(gè)后處理轉(zhuǎn)換成源代碼機(jī)器代碼格式。林和朱推導(dǎo)出數(shù)控?cái)?shù)據(jù)機(jī)床制造凸輪與菲亞特-面對(duì)追隨者用改進(jìn)的代碼。但是，上述工程不僅關(guān)系到3軸加工。此外，由于工具軸取向，這是一個(gè)固定為三軸機(jī)床轉(zhuǎn)型，由氯離子數(shù)據(jù)，以數(shù)控?cái)?shù)據(jù)很簡(jiǎn)單，沒有額外的坐標(biāo)變換技術(shù)是美國(guó)履行其工業(yè)界的需求，為品種和幾何精度高，使用多軸加工有所增加，特別是加工雕塑表面。徐和李開發(fā)了4軸CAM系統(tǒng)包括多款數(shù)據(jù)生成和后處理。用克沖浪的方法界定和復(fù)合機(jī)曲率表面上三，四和五軸機(jī)床。竹內(nèi)和渡邊提出了五軸聯(lián)動(dòng)控制碰撞-免費(fèi)工具，路徑和后處理的方法有兩種機(jī)器配置。坂本和稻崎分類配置的5軸機(jī)床工具分為3類。不過，分析數(shù)控?cái)?shù)據(jù)的表達(dá)是不具備的上述工程。林仔最近使用的生署符號(hào)生成1數(shù)控?cái)?shù)據(jù)方程的加工空間凸輪上一個(gè)四人軸機(jī)床。介紹技術(shù)加工球面。在他們的工作，理想的數(shù)控?cái)?shù)據(jù)導(dǎo)出只有一個(gè)配置5軸機(jī)床。與此同時(shí)，饒等人。發(fā)展主要軸的方法，以機(jī)復(fù)雜曲面上二配置的5軸機(jī)器。不過，只有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的決心。平移搬遷為機(jī)床沒有進(jìn)行調(diào)查。既然有可能有相當(dāng)數(shù)量的組合，五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床配置，后處理將不可避免地發(fā)展個(gè)體。不過，根據(jù)該分類所提出的坂本和稻崎，5軸機(jī)床的結(jié)構(gòu)可分為三種基本類型。沒有上述研究已推導(dǎo)完整的分析方程的數(shù)控?cái)?shù)據(jù)，其中包含三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和兩輪轉(zhuǎn)動(dòng)的議案。這項(xiàng)工作旨在建立一個(gè)后置三種五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)上，齊次坐標(biāo)變換矩陣。分析方程的數(shù)控?cái)?shù)據(jù)可以得到等同的形式，塑造函數(shù)矩陣與已知的氯離子數(shù)據(jù)和解決的同時(shí)代數(shù)方程。此外，機(jī)床的設(shè)置程序和的特點(diǎn)，為不同的配置進(jìn)行了討論。以驗(yàn)證的正確性和有效性發(fā)達(dá)后處理，設(shè)計(jì)Bezier曲面是加工模型材料的一個(gè)典型的五軸聯(lián)動(dòng)加工中心和然后來衡量坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（ CMM ）的。
2運(yùn)動(dòng)學(xué)模型
機(jī)床是鉸接式開放鏈串聯(lián)聯(lián)系接頭。關(guān)節(jié)可被旋轉(zhuǎn)或棱柱。驅(qū)動(dòng)一個(gè)旋轉(zhuǎn)的聯(lián)合旋轉(zhuǎn)的聯(lián)系，對(duì)聯(lián)合軸而驅(qū)動(dòng)一個(gè)棱柱聯(lián)合的鏈接沿聯(lián)合軸。要適當(dāng)?shù)乜刂频匚缓头较?，刀具和機(jī)床，模型建立的數(shù)學(xué)描述的幾何形狀和運(yùn)動(dòng)的機(jī)床是必需的。 denavit和hartenberg首先介紹了空間轉(zhuǎn)換接連兩次的聯(lián)系坐標(biāo)系統(tǒng)使用4 × 4齊次坐標(biāo)變換矩陣。這是一個(gè)傳統(tǒng)的模擬技術(shù)用于機(jī)制，機(jī)器人技術(shù)，誤差分析與計(jì)算機(jī)編程。在本文中，四個(gè)基本變換矩陣使用他們的介紹。他們可以表述如下
（a，b，c）意味著翻譯所提供的載體ai+bj+ck ，和Rot（X，θ），Rot（Y，θ） ，Rot（ Z，θ）暗示輪換θ關(guān)于x ， y和z坐標(biāo)軸，分別為“ C ”和“ S ”型是指余弦和正弦職能。空間轉(zhuǎn)型，從一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)，以另一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)，因此可以分解相結(jié)合的根本轉(zhuǎn)變矩陣。
3定義中CL數(shù)據(jù)五軸聯(lián)動(dòng)
加工刀具的位置數(shù)據(jù)為5軸銑削組成的位置和方向的刀具與加工工件坐標(biāo)系，顯示在圖1。在這方面的文件，這一點(diǎn)的矢量為，和載體形式，是用來代表方向齊次坐標(biāo)；標(biāo)“ T ”型是指該換位矩陣。這值得一提的是顯著刀具的立場(chǎng)是定義為刀具中心的提示，而不是刀具的接觸點(diǎn)。對(duì)于給定的參數(shù)化設(shè)計(jì)，表面加工利用5軸銑削與一般性的切割工具的定義按照DIN 66215凡任何一點(diǎn)的刀具可以被界定為聯(lián)絡(luò)點(diǎn)，適當(dāng)?shù)亩嗫顢?shù)據(jù)才能確定由微分幾何和齊次坐標(biāo)變換矩陣。
4后置5軸加工
流動(dòng)注射化學(xué)發(fā)光的檔案，一旦取得，應(yīng)轉(zhuǎn)化為參考的投入（即三直線運(yùn)動(dòng)加兩輪轉(zhuǎn)動(dòng)議案）利用逆運(yùn)動(dòng)學(xué)轉(zhuǎn)化為協(xié)商的5軸機(jī)床。這是眾所周知的翻譯作為翻譯軟件是所謂的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的意思。
圖1幾何定義多款數(shù)據(jù)
圖2配置三種五軸聯(lián)動(dòng)加工中心 (a)表傾斜類型，
（b）主軸傾斜類型，（c）表/主軸傾斜類型
逆運(yùn)動(dòng)學(xué)轉(zhuǎn)型取決于對(duì)幾何結(jié)構(gòu)的5軸機(jī)床使用。理論上，用很多的組合來產(chǎn)生5軸機(jī)床的配置。然而，在實(shí)踐中，配置可分為三種基本類型，根據(jù)軸向分布的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單位[6，7] ：
1 、表傾斜與二輪調(diào)，放在表上。
2 、主軸傾斜與二輪調(diào)，對(duì)主軸。
3 、表/主軸傾斜與一輪換，每個(gè)表和主軸。
該后置5軸加工介紹了在這文件是適用于上述三種類型。此外，運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)構(gòu)在圖（2a）至（2c），是挑選的開始推導(dǎo)程序。此外，兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸假定不斷交叉與對(duì)方表傾斜的類型和主軸傾斜類型的配置簡(jiǎn)化的提法。一般而言，加工工件對(duì)數(shù)控機(jī)根據(jù)一項(xiàng)計(jì)劃的一部分，坐標(biāo)系統(tǒng)和一軸指定系統(tǒng)首先必須確定。此外，三線性垂直軸（X ，Y，Z）的，數(shù)控機(jī)床工具可能涉及扶輪社的議案，圍繞旋轉(zhuǎn)軸，其中所指定的字符A ，B和C的說明扶輪的議案，周圍的X，Y和Z軸。因此，5軸機(jī)床配置在圖2(a)~ 2(c)能的特點(diǎn)是（X ，Y ，Z，A，c）和（X ，Y ，Z，A，B） 。所有的動(dòng)作，應(yīng)交由程序坐標(biāo)系統(tǒng)，例如：該G54 - G59代碼是用來定義程序坐標(biāo)系統(tǒng)，在Fanuc的控制器。大多數(shù)情況下，程序坐標(biāo)系統(tǒng)是吻合工件坐標(biāo)系統(tǒng)和應(yīng)用，因此在這文件。
4、1表傾斜類型
關(guān)于表傾斜類型，圖3描繪有關(guān)奈特系統(tǒng) 。坐標(biāo)系統(tǒng)和是重視工件和刀具。該支點(diǎn)R是相交的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸。偏移向量所確定的，從低點(diǎn)， R是所需的坐標(biāo)變換。
圖3坐標(biāo)系統(tǒng)表傾斜型的配置
自從他的結(jié)構(gòu)要素的機(jī)床，構(gòu)成一個(gè)扶輪社能，線性表，機(jī)床床身，主軸和刀具，他發(fā)電的議案，機(jī)床，它決定他設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，為機(jī)床和轉(zhuǎn)介作為形式塑造功能，可特色序列從工件和截至切割。為機(jī)床配置圖中顯示。他連續(xù)結(jié)構(gòu)要素可以說是根據(jù)圖4，因此，相對(duì)方位刀具與尊重到工件坐標(biāo)系能夠確定乘以相應(yīng)的基地在變換矩陣系列，應(yīng)一律平等，以他已知的氯離子數(shù)據(jù)， [0]噸和[1]。數(shù)學(xué)表達(dá)式是描述如下：
凡政治部和 ?的旋轉(zhuǎn)角度約的X和Z軸，分別和積極的輪換是在方向推進(jìn)右手邊的螺釘在+X和+ Z軸的方向。，，是翻譯的相對(duì)距離分別為X ，Y和z表。乘以方程（5）及（6），收益率：
圖4 關(guān)系的結(jié)構(gòu)性要素表傾斜式協(xié)商成形
從上述方程，轉(zhuǎn)角（，）和相對(duì)翻譯的距離內(nèi)（，，）都可以得到解決。另一方面的X ，Y ，Z值的數(shù)控?cái)?shù)據(jù)在程控明，得到了利用方程（6）的條件下，== 0 ，和=，以來，該計(jì)劃坐標(biāo)系統(tǒng)是同步與工件坐標(biāo)制度。這導(dǎo)致了：
因此，理想的方程為數(shù)控?cái)?shù)據(jù)這一配置可表示為如下：
凡arctan2 （y，x）是函數(shù)返回的角度，在距離五瓦特通過審查的跡象，雙方的Y和x[12] 。
4、2主軸傾斜類型
主軸傾斜類型為主軸的傾斜式配置，二旋轉(zhuǎn)軸（A和B軸）是適用于主軸（圖2b）條，使該支點(diǎn)住宅（圖五）是選定要的交叉口，這些兩條軸線上。此外，由于主軸將輪流在加工，有效的工具L1，確定從該支點(diǎn)R以刀具中心或提示，是需要數(shù)控機(jī)床數(shù)據(jù)的推導(dǎo)。同樣的坐標(biāo)變換程序，類似的表型傾斜配置，導(dǎo)致到下面的方程：
因此，分析方程，為數(shù)控?cái)?shù)據(jù)可得到求解（15）-（17） ：
圖5坐標(biāo)系統(tǒng)的主軸-累型配置 圖6坐標(biāo)系統(tǒng)表/主軸傾斜型的配置
4、3表/主軸傾斜類型
在該案件此配置，有一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸就扶輪表和主軸，以及樞軸點(diǎn)位分別對(duì)A和B軸。顯示在圖6，支點(diǎn)類是位于A軸任意，和支點(diǎn)經(jīng)常預(yù)算是選擇要相交的主軸擺式軸（二軸）和刀具的軸。偏移向量是計(jì)算從?有效的工具，是距離之間的支點(diǎn)和刀具中心。同樣地之前，下列方程可以得到利用坐標(biāo)變換矩陣：
再次，通過求解方程（23）-（25），分析方程的數(shù)控?cái)?shù)據(jù)，這臺(tái)機(jī)器的配置可以表現(xiàn)為：
5討論
從推導(dǎo)描述在前面的章節(jié)，有些調(diào)查結(jié)果可以說明如下：
1、如果有一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)對(duì)扶輪表（如表傾斜的類型和表/主軸傾斜型），抵銷載體相關(guān)工件的起源與樞軸點(diǎn)必須確定由式觸摸傳感器的工具后，工件已夾緊夾具上就座。
2、當(dāng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，是適用于主軸（如主軸傾斜的類型和表/主軸傾斜型），有效的工具，這是長(zhǎng)度之間的距離樞軸點(diǎn)和刀具秘訣中心和可以考慮作為總擺動(dòng)半徑為工具提示，應(yīng)加以衡量。
該工具單位是用來測(cè)量距離，這是所謂的一套長(zhǎng)度，從搜集到的飛機(jī)尖端的工具，顯示在圖7 。壓力計(jì)的飛機(jī)是在特定直徑的錐柄，以確保所有工具融入了同樣的立場(chǎng)，在主軸的鼻子。那么，有效的工具，長(zhǎng)度可以計(jì)算出加入設(shè)置長(zhǎng)度和距離，這是一個(gè)常數(shù)值由機(jī)嘟嘟制造，從主軸的鼻子該支點(diǎn)。
3、該支點(diǎn)的定義是相交的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸。不過，對(duì)于表/主軸傾斜協(xié)商成形，旋轉(zhuǎn)軸不相交，在太空中。同樣地如前所述，支點(diǎn)為轉(zhuǎn)臺(tái)可以任意選定的旋轉(zhuǎn)軸。這個(gè)現(xiàn)象可以解釋為觀察數(shù)控?cái)?shù)據(jù)表達(dá)的方程（28）-（30），由于這些方程是獨(dú)立的值。
6 執(zhí)行和核查
6、1實(shí)驗(yàn)實(shí)施
以驗(yàn)證的可行性，所提出的后處理方法，測(cè)量?jī)x實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了一張表/主軸傾斜5軸加工中心在國(guó)家成大大學(xué)。數(shù)控加工的數(shù)據(jù)涉及的條款都抵消了矢量和有效的工具，長(zhǎng)度為此配置。 1 Bezier曲面與4 × 4控制點(diǎn)矩陣所給予的：
（-20，-40，0） （0，-40，10） （20，-40，10） （40，-40，0）
（-20，-20，0） （0，-20，10） （20，-20，10） （40，-20，0）
（-20，0，0） （0，0，10） （20，0，10） （40，0，0）
（-20，20，0） （0，20，10） （20，20，10） （40，20，0）
是加工。在這個(gè)文件中，刀具軌跡生成是基于對(duì)等參方法與球頭立銑刀，其刀具的方向，假設(shè)為正常的聯(lián)絡(luò)點(diǎn)的表面。在數(shù)學(xué)方面，Bezier曲面可表示為，其中和是獨(dú)立的參數(shù)[15]。等參步長(zhǎng)的定義是投入增量的變化在每個(gè)參數(shù)。一旦和參數(shù)已經(jīng)明確，這點(diǎn)可以加以界定表面上，并用來作為刀位點(diǎn)，同時(shí)，刀具的方向可以計(jì)算用微分幾何[15] ：
因此，完整的CL數(shù)據(jù)等參工具路徑才能確定。AC程序是用來產(chǎn)生流動(dòng)注射化學(xué)發(fā)光的數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)換多款數(shù)據(jù)機(jī)控制數(shù)據(jù)（ NC代碼）使用的建議后處理的方法。那個(gè)試點(diǎn)已削減的基礎(chǔ)上進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)條件：
1、直徑的球頭立銑刀是10的mm 。
2、該主軸轉(zhuǎn)速是500轉(zhuǎn)，和進(jìn)給速度是200mm/min。
3、逐步超過該工具的路徑是0.5毫米。
4、偏移向量=0，=-10.0mm和=-25.0mm。
5 、有效的工具的長(zhǎng)度=409.571mm。
6 、工件材料是丙烯酸樹脂。
6、2 CMM的核查
成品的一部分（圖9）是根據(jù)（模型bhn710）CMM的構(gòu)成一橋型的主體和個(gè)人電腦。在實(shí)際測(cè)量，16套典型測(cè)量數(shù)據(jù)（見圖10）所采取的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)使用2毫米，直徑雷尼紹pH值-9輕觸式觸發(fā)探頭。那個(gè)觸摸式觸發(fā)探頭，可以驅(qū)動(dòng)對(duì)部分沿正常的方向發(fā)展。外界的指導(dǎo)點(diǎn)和內(nèi)指南點(diǎn)（圖11）產(chǎn)生的根據(jù)，表面上正常向量所得的方程（31）。探測(cè)路徑可以表示在條款的具體數(shù)控代碼和發(fā)送到的CNC控制器。同時(shí)，加工測(cè)量行動(dòng)中，最初探針移動(dòng)到指定點(diǎn)以外的指南很快。其次，探針移動(dòng)到里面，慢慢引導(dǎo)點(diǎn)直到它觸及表面點(diǎn)。一測(cè)點(diǎn)與位置坐標(biāo)探頭球中心是收集和保存在一個(gè)檔案。累積數(shù)據(jù)補(bǔ)償，抵銷了探針中心的協(xié)調(diào)與半徑的探頭球沿黨內(nèi)正常的方向表面。比較實(shí)測(cè)樣本點(diǎn)與設(shè)計(jì)是表面所顯示的圖12 。這個(gè)數(shù)字表明，最大偏差的加工表面相比，設(shè)計(jì)，表面上是0.02mm 。這些結(jié)果表明，所建議的后處理方法是非常有效和可靠的。
圖7定長(zhǎng)度的刀具 圖8加工由表/主軸傾斜類型的加工中心
圖9測(cè)量加工工件的CMM 圖10檢查要點(diǎn)，供加工表面
圖11內(nèi)外指南點(diǎn)為探針 圖12尺寸誤差
7結(jié)論
本文介紹的分析方法，以發(fā)展后置三種典型的五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床，形式塑造功能是源自根據(jù)均相坐標(biāo)變換矩陣。完整的分析方程式籌措的數(shù)控?cái)?shù)據(jù)得到等同的形式塑造功能和氯離子的數(shù)據(jù)。執(zhí)行與測(cè)量?jī)x5軸加工中心和核查對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)證實(shí)，擬議的后處理方法是可靠的。此外，為了整合各種配置五軸機(jī)床，發(fā)展一個(gè)籠統(tǒng)的后處理方法是在目前的進(jìn)展情況。
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