双转台五轴数控编程3D刀具半径补偿的算法研究及实现

摘要

高速高精五轴联动数控系统及机床是一个国家的重大战略装备，也是一个强国的重要标志。它是解决大型复杂曲面例如叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等零件的加工的重要、甚至唯一有效手段。然而五轴联动数控机床在实践中的应用长期以来使用起来面临两个困难或瓶颈是：一个是编制高效的数控加工程序的困难(一些著名商业软件如UG等已具有)，二是快速变更数控程序的困难。其根本问题之一可以归结为“3D刀具半径补偿功能的缺失”。实现3D刀具半径补偿的功能最主要的困难在于：五轴数控机床增加了两个旋转轴的运动，使得刀具空间运动，摆姿非常复杂，空间刀具半径补偿的实现变得极其困难，传统二轴、三轴刀具半径补偿已经不适合五轴3D刀具半径补偿。
　　 本文提出了五轴3D刀具半径补偿算法，并利用。Visual C++6.0软件编程实现，最后在Vericut软件上进行实验仿真验证，证明它是满足要求的。对该领域关键问题及相关论文成果作了深入的分析、研究和总结，主要内容包括：⑴建立起3D刀具半径补偿的数学模型，推导了实现刀具半径补偿的算法；⑵以双转台机床为平台，建立机床的数学模型，推导实现后置处理的算法，并对机床运动进行求解；⑶借助UG软件对叶片模型实例进行处理，进行刀迹规划，输出刀位文件，为后面实现刀具半径补偿算法提供加工信息；⑷用Visual C++6.0开发五轴3D刀具半径补偿后置处理模拟系统，实现刀具半径补偿算法。读入刀位文件后，只需要修改相应的刀具参数，就可以输出带有补偿的刀位文件或者带有补偿的NC代码；⑸利用Vericut软件模拟加工带有补偿的NC代码。通过比较刀具半径变化后，这些实现刀具半径补偿的NC代码加工的实验结果，可以看出设计是可行的。本文推导的算法通用性好，计算量小，只是在刀位文件信息采集时，如果刀位文件比较大时就需要大量存储空间。不过由于现代数控系统的存储的能力已经得到大大提升，所以算法能够满足加工的要求。