五轴联动机床后置处理中刀具三维补偿的研究

0 引言

　　随着当今时代的发展，数控技术的广泛应用。刀具半径补偿功能已在二轴联动的数控系统中实现，且广泛应用于二维轮廓加工中。但，刀具半径补偿功能在多轴(三轴以上)联动数控系统中却未能较好的实现。尤为突出的是在五轴联动数控系统中，因为在该系统中机床刀具的旋转运动，导致五轴联动数控机床的刀具三维补偿功能不易解决。本文主要针对五轴后置处理中，根据前置处理生成的刀位源文件，在经过一定的后处理算法和对刀具三维补偿进行相应的处理。生成具有刀具三维补偿的G代码。并在VERICUT里进行仿真，对是否加刀具三维补偿进行对比，最后，通过对叶轮零件进行加工验证。

1 五轴联动机床后置处理的算法

　　通常在研究后置处理中刀具三维补偿之前，我们应先对五轴机床的算法进行求解。本文针对柳州市数控机床研究所研发的VMC850F双转台机床进行分析。该机床的结构与北京机电院产的BVl00五轴联动机床一致，研究了BVl00五轴联动加工中心后置处理的算法。根据如图1所示的机床运动关系，推导出计算机床的运动坐标值X，Y，Z，A，C的方法为悟：

2 刀具三维补偿的分析

　　2.1 刀具三维补偿原因分析

　　在传统的零件轮廓铣削加工时，由于刀具半径尺寸影响，刀具的中心轨迹与零件轮廓往往不一致。为了避免计算刀具中心轨迹，直接按零件图样上的轮廓尺寸编程，利用数控系统的刀具半径补偿功能将程序轨迹按其给定的加工方向偏移，从而机床按补偿后的轨迹进行加工。如图2所示。在五轴数控加工中，通常选用刀具中心编程，且在加工时也要保证编程时所用的刀具参数与实际加工时所用的刀具参数相同，如此一来就给数控加工中刀具的使用寿命带来了一定的局限性。例如在实际加工中，刀具必然会产生磨损，从而刀具参数也会随之发生改变，这给程序的再用性带来了一定的问题，然而解决此问题的方法有以下几种：

　　(1)是再一次更换为与编程刀具参数一致的刀具；
　　(2)是根据新的刀具参数再一次前置处理生成刀位源文件，将新刀位源文件后置处理得到数控程序；
　　(3)在后置处理软件中加入刀具三维补偿功能，使之生成带有刀具三维补偿的数控程序。

　　上述三总方法均能解决此问题，但是根据前两总方法做大大降低了生产效率，也提高了生产成本，也不符合在企业加工中的生产要求。而第三种方法是可行的，既能提高生产效率又能节省生产成本。下面我们对刀具三维补偿原理进行分析。

2.2 刀具三维补偿原理

　　如图3所示，在五轴数控加工中某数控加工程序段表示的刀心坐标m(z_m，y_m，z_m，am，c_m)，刀具与工件表面切触与点n(x_n，y_n，z_n)，明显可以看加工后的刀具尺R1≠R，刀具尺寸不一样时，同样的接触点，但是

　　刀心坐标不一致；因此，当刀具磨损后，必须进行刀具三维补偿，否则，工件就不能达到工艺要求。采用刀具三维补偿是为了保证刀具的实际加工轨迹与理论加工轨迹相一致，所以切触点n的位置不变。因此，刀具三维补偿的实质是要求出刀具在加工过程中刀具与工件的接触点坐标；根据图3中实线表示刀具在三维半径补偿之后的刀具位置，经过刀具三维补偿的刀心坐标为m1(z_m1，y_m1，z_m1，a_m1，c_m1)。新的刀心坐标计算方法如下：