CN102023613A - 一种五轴联动数控加工后置处理器及其处理方法 - Google Patents

Abstract

一种五轴联动数控加工后置处理器及其处理方法，涉及一种数控加工程序的后置处理器及处理方法，处理器包括用于处理由工件形状特征及加工工序生成刀位源文件的计算机程序软件，程序软件包括按以下功能模块：文件管理功能模块、刀具管理功能模块、后置处理功能模块、NC文件修改功能模块、G代码仿真功能模块、NC文件传输功能模块、坐标系偏移功能模块、误差补偿功能模块、速度修正功能模块、编程方式功能模块、抬刀和编程起点功能模块。处理方法包括文件设置、刀具设置、编程方式处理、机床运动参数数据处理、对刀具动态切削速度数据处理、输出G代码文件等步骤。本发明可实现加工动态速度及速度补偿、非线性误差补偿、G代码五轴联动的模拟仿真。

Description

一种五轴联动数控加工后置处理器及其处理方法

技术领域

本发明涉及一种数控加工程序的后置处理器及处理方法，尤其是涉及在五轴联动数控机床上加工叶轮、叶片等特型零件的数控加工程序的后置处理器及后置处理方法。

背景技术

五轴联动数控加工技术是一种科技含量高、精密度高，专门用于加工复杂曲面零件，这种技术对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等，有着举足轻重的影响力。现在，大家普遍认为，五轴联动数控技术是解决叶轮、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加工的唯一手段。历年以来西方发达国家对我国实行技术封锁，五轴联动设备及技术不向我国提供，由此引发了著名的“东芝”事件。目前，国外三菱、发那科系统对我国用户只开发四轴联动技术，对提高机床性能的后置处理软件更是严密封锁。近年来我国进口了少量五轴联动机床，不但机床价格昂贵，而且由于技术封锁，机床使用性能受到极大限制。大多数常用的CAM软件系统大都提供了后置处理参数配置模块和后置处理算法执行模块，有些CAM软件还提供了常见数控机床与系统的后置参数集供用户参考、选用，但其核心部分并不透明。用户通过这些后置处理系统只能完成大部分机床的数控程序生成等工作，但当遇到一些特殊的数控系统或数控机床时，需要修改这些后置处理系统提供的数据库模型，对此，用户往往难于处理，也无法进行运动误差校验、进给速度校验等功能的开发。虽然我们可以利用三维软件生成一种极少用的五轴机床的程序，但是其他类型的五轴机床的加工程序，则需要专业公司为我们进行定制后处理或后处理软件，其成本很高。为此，我国国内也有人研发出一些数控加工后置处理方法及其控制系统，如2007年3月21日授权公告、专利号为ZL200410081463.1的中国专利所述的一种四轴联动数控加工后置处理方法及其控制系统，这种后置处理方法及其控制系统只适用四轴联动数控加工机床，且功能不能满足以下功能：进行非线性误差补偿、NC文件修改功能、G代码仿真功能、兼容多种CAM软件刀位源文件、NC文件传输功能。

发明内容

本发明的目的是针对于不同刀位源文件、不同数控系统的五轴数控机床，而提供的一种能进行非线性误差补偿、工装误差补偿、动态切削速度误差补偿的五轴数控加工程序后置处理器，主要完成对刀轴矢量运动变换关系和数值计算，对其刀位源文件进行数据结构分析并进行数值处理，在后处理中实现刀位源文件管理、刀具库管理、刀位源文件转换及修改、G代码仿真、NC文件传输、坐标系偏移、误差补偿、速度修正、编程方式处理、抬刀和编程起点功能设置。

本发明为实现上述目的采用的技术方案是：一种五轴联动数控加工后置处理器，该处理器包括用于处理由工件形状特征及加工工序生成刀位源文件的计算机程序软件，所述计算机程序软件包括按以下功能模块：文件管理功能模块、刀具管理功能模块、后置处理功能模块、NC文件修改功能模块、G代码仿真功能模块、NC文件传输功能模块、坐标系偏移功能模块、误差补偿功能模块、速度修正功能模块、编程方式功能模块、抬刀和编程起点功能模块。

本发明的进一步技术方案是：所述后置处理功能模块包括编译所述刀位源文件并将经编译的刀位源文件放到存储器的模块、从存储器读取所述经编译的刀位源文件的模块I、对编程方式处理模块I、对坐标系偏移处理的模块、对抬刀和编程起点数据处理模块I、对刀具参数数据处理的模块II、对机床运动参数进行数据处理的模块I、对刀具的动态速度进行数据处理的模块I、非线性误差补偿的模块I、工装误差补偿的模块I，所述NC文件修改功能模块包括将所需编译的刀位源文件放到存储器的模块II、从存储器读取所述经编译的刀位源文件的模块II、对刀具轨迹文件编辑的模块，所述G代码仿真功能模块包括将所需编译的刀位源文件放到存储器的模块III、从存储器读取所述经编译的刀位源文件的模块III、对刀具轨迹仿真的模块，所述NC文件传输模块包括对机床串口通讯数据处理的模块，所述误差补偿功能模块包括对刀具进行误差补偿数据处理的模块、非线性误差补偿的模块II、工装误差补偿的模块II，所述速度修正功能模块包括对刀具的动态速度进行数据处理的模块II。

本发明的更进一步技术方案是：所述文件管理功能模块包括将所需编译的刀位源文件放到存储器的模块I，所述刀具管理功能模块包括对刀具参数数据处理的模块I，所述坐标系偏移功能模块包括从存储器读取所述经编译的刀位源文件的模块IV、对坐标系偏移功处理的模块II、对机床运动参数进行数据处理的模块II。

本发明的又进一步技术方案是：所述编程方式功能模块包括从存储器读取所述经编译的刀位源文件的模块V、对编程方式处理模块II、对机床运动参数进行数据处理的模块III，所述抬刀和编程起点功能模块包括从存储器读取所述经编译的刀位源文件的模块VI、对抬刀和编程起点数据处理模块II、对机床运动参数进行数据处理的模块IV。

本发明的另一目的是针对于不同刀位源文件、不同数控系统的五轴数控机床，而提供的一种能进行非线性误差补偿、工装误差补偿、动态切削速度误差补偿的五轴数控加工程序后置处理方法，主要完成对刀轴矢量运动变换关系和数值计算，对其刀位源文件进行数据结构分析并进行数值处理，在后处理过程中实现刀位源文件管理、刀具库管理、刀位源文件转换及修改、G代码仿真、NC文件传输、坐标系偏移、误差补偿、速度修正、编程方式处理、抬刀和编程起点功能设置。

本发明为实现上述目的采用的技术方案是：一种如上述后置处理器的处理方法，由工件形状特征及加工工序生成刀位源文件，计算机通过执行基于命令的程序对所述刀位源文件进行处理，其特征在于，其处理的步骤包括：(1)对文件进行设置的步骤；(2)根据刀位源文件对刀具进行设置的步骤；(3)对编程方式处理的步骤；(4)对机床运动参数数据处理的步骤；(5)对刀具动态切削速度数据处理的步骤；(6)输出G代码文件的步骤。

本发明的进一步技术方案是：所述步骤(4)对机床运动参数数据处理的步骤包括对坐标系偏移的步骤、对非线性误差进行补偿的步骤、对工装误差进行补偿的步骤、对抬刀和编程起点处理的步骤。

本发明的更进一步技术方案是：在所述步骤(6)之后依次还设有对NC文件修改的步骤、对G代码仿真的步骤、对NC文件传输的步骤，在步骤(6)之后若不需要对NC文件进行修改，在输出G代码文件的步骤之后可直接进入对G代码仿真的步骤，在对G代码仿真的步骤之后若发现NC文件不合格可返回步骤(4)后再次进入对机床运动参数数据处理的步骤。

本发明的再进一步技术方案是：在所述步骤(5)对刀具动态切削速度数据处理的步骤，其处理方法是：根据经编译过的刀位源文件中的参数部分确定出刀具在切削过程中两相邻空间刀具点的距离，然后根据参数中刀轴矢量数据确定出刀具在切削过程中两相邻空间刀具点的矢量夹角，再进行刀具动态切削速度的确定。

本发明的再进一步技术方案是：在所述步骤(4)对工装误差进行补偿的步骤，其方法是：将刀具原始数据与工装误差相叠加后再次进入对机床运动参数数据处理的步骤。

本发明的再进一步技术方案是：在所述步骤(4)中对非线性误差进行补偿的步骤，其方法是：将两刀具点之间的距离进行误差值比较，当两刀具点之间的距离超过原先设定误差值，则在两刀具点中间插入一个新的刀具点，再次进入对机床运动参数处理的步骤。

由于采用了上述方案，本发明与现有其它同类技术相比较有如下有益效果：

(1)可针对不同的CAM软件的刀位源文件进行处理；

由于设置了文件管理功能模块，可针对不同CAM软件(UG、Pro/E、Catia、Cimatron)的刀位源文件进行处理。

(2)可进行五轴联动G代码的模拟仿真；

由于本发明五轴联动数控加工后置处理器设有G代码仿真功能模块，可实现五轴联动G代码的仿真，在仿真过程在可检查加工过程中的过切或工装干涉现象。

(3)可实现G代码与机床串口通讯；

由于于本发明五轴联动数控加工后置处理器直接内设NC文件传输功能模块，可直接与机床接口通讯实现数据传输与在线加工，改变了以往后置处理软件通过特定的DNC接口进行通讯模式。

(4)可实现加工动态速度及速度补偿；

由于本发明五轴联动数控加工后置处理器的后置处理功能模块中设置了对刀具的动态速度进行数据处理的模块，是在数学建模时考虑到在五轴联动过程当中，当切削点与机床的摆动及回转中心的距离变化较大或零件的曲率变化较大时，为保证在加工的过程中恒功率状态，必需进行动态速度切削误差补偿，因此可实现加工动态速度及速度补偿。

(5)可进行非线性误差补偿；

由于本发明五轴联动数控加工后置处理器在后置处理功能模块、误差补偿功能模块、中均设有非线性误差补偿的模块，即在数学建模时考虑到当前后两个原始刀位点之间的插补误差超过规定值时，可以在两个刀位点中点处插入新的刀位点，然后再计算对应于此新插入点的机床轴位置，再次检验原第一点和此中点之间以及中点和原第二点之间的非线性误差，直到满足指定要求为止，这样针对某些特型零件在曲率变化较大的区域进行非线性误差补偿实现圆滑过渡，从而满足产品加工性能。

(6)结构简单、适用性强、效率高。

由于本发明五轴联动数控加工后置处理器开发周期短，界面直观，便于操作；针对不同的CAM软件的刀位源文件，研究和开发数控编程后处理器，其专业性、适用性强；能达到提高生产效率，提高加工质量之目的，有效地解决了CAD/CAM一体化技术的瓶颈难题，推进了CAD/CAM一体化技术的推广应用。

下面结合附图和实施例对本发明五轴联动数控加工后置处理器作进一步的说明。

附图说明

图1是本发明五轴联动数控加工后置处理器的结构框图。

图2是本发明五轴联动数控加工后置处理器的文件管理功能模块的结构框图。

图3是本发明五轴联动数控加工后置处理器的刀具管理功能模块的结构框图。

图4是本发明五轴联动数控加工后置处理器的后置处理功能模块的结构框图。

图5是本发明五轴联动数控加工后置处理器的NC文件修改功能模块的结构框图。

图6是本发明五轴联动数控加工后置处理器的G代码仿真功能模块的结构框图。

图7是本发明五轴联动数控加工后置处理器的NC文件传输功能模块的结构框图。

图8是本发明五轴联动数控加工后置处理器的坐标系偏移功能模块的结构框图。

图9是本发明五轴联动数控加工后置处理器的误差补偿功能模块的结构框图。

图10是本发明五轴联动数控加工后置处理器的速度修正功能模块的结构框图。

图11是本发明五轴联动数控加工后置处理器的编程方式功能模块的结构框图。

图12是本发明五轴联动数控加工后置处理器的抬刀和编程起点功能模块的结构框图。

图13是本发明五轴联动数控加工后置处理方法流程图。

图14是本发明五轴联动数控加工后置处理方法中对机床运动参数数据处理的步骤结构框图。

图15是典型叶轮示意图。

图16是数控加工叶轮流道时刀具轨迹的示意图。

图17是经过后置处理后的部分加工程序代码。

主要元件标号说明：

a-文件管理功能模块，a1-将所需编译的刀位源文件放到存储器的模块I；

b-刀具管理功能模块，b1-对刀具参数数据处理的模块I；

c-后置处理功能模块，c1-编译所述刀位源文件并将经编译的刀位源文件放到存储器的模块，c2-从存储器读取所述经编译的刀位源文件的模块I，c3-对编程方式处理模块I，c4-对坐标系偏移处理的模块，c5-对抬刀和编程起点数据处理模块I，c6-对刀具参数数据处理的模块II，c7-对机床运动参数进行数据处理的模块I，c8-对刀具的动态速度进行数据处理的模块I，c9-非线性误差补偿的模块I，c10-工装误差补偿的模块I；

d-NC文件修改功能模块，d1-将所需编译的刀位源文件放到存储器的模块II，d2-从存储器读取所述经编译的刀位源文件的模块II，d3-对刀具轨迹文件编辑的模块；

e-G代码仿真功能模块，e1-将所需编译的刀位源文件放到存储器的模块III，e2-从存储器读取所述经编译的刀位源文件的模块III，e3-对刀具轨迹仿真的模块；

f-NC文件传输模块，f1-对机床串口通讯数据处理的模块；

g-坐标系偏移功能模块，g1-从存储器读取所述经编译的刀位源文件的模块IV，g2-对坐标系偏移功处理的模块II，g3-对机床运动参数进行数据处理的模块II；

h-误差补偿功能模块，h1-对刀具进行误差补偿数据处理的模块，h2-非线性误差补偿的模块II，h3-工装误差补偿的模块II；

i-速度修正功能模块，i1-对刀具的动态速度进行数据处理的模块II；

j-编程方式功能模块，j1-从存储器读取所述经编译的刀位源文件的模块V，j2-对编程方式处理模块II，j3-对机床运动参数进行数据处理的模块III；

k-抬刀和编程起点功能模块，k1-从存储器读取所述经编译的刀位源文件的模块VI，k2-对抬刀和编程起点数据处理模块II，k3-对机床运动参数进行数据处理的模块IV。

具体实施方式

如图1至图12所示，本发明五轴联动数控加工后置处理器，该处理器包括用于处理由工件形状特征及加工工序生成刀位源文件的计算机程序软件，所述计算机程序软件包括按以下顺序工作的功能模块：文件管理功能模块a、刀具管理功能模块b、后置处理功能模块c、NC文件修改功能模块d、G代码仿真功能模块e、NC文件传输功能模块f、坐标系偏移功能模块g、误差补偿功能模块h、速度修正功能模块i、编程方式功能模块j、抬刀和编程起点功能模块k。

如图2、图3所示，所述文件管理功能模块a包括将所需编译的刀位源文件放到存储器的模块I a1，所述刀具管理功能模块b包括对刀具参数数据处理的模块I b1。

如图4所示，所述后置处理功能模块c包括编译所述刀位源文件并将经编译的刀位源文件放到存储器的模块c1、从存储器读取所述经编译的刀位源文件的模块I c2、对编程方式处理模块I c3、对坐标系偏移处理的模块c4、对抬刀和编程起点数据处理模块I c5、对刀具参数数据处理的模块II c6、对机床运动参数进行数据处理的模块I c7、对刀具的动态速度进行数据处理的模块I c8、非线性误差补偿的模块I c9、工装误差补偿的模块I c10。

如图5所示，所所述NC文件修改功能模块d包括将所需编译的刀位源文件放到存储器的模块II d1、从存储器读取所述经编译的刀位源文件的模块II d2、对刀具轨迹文件编辑的模块d3。

如图6所示，所述G代码仿真功能模块e包括将所需编译的刀位源文件放到存储器的模块IIIe1、从存储器读取所述经编译的刀位源文件的模块IIIe2、对刀具轨迹仿真的模块e3。

如图7所示，所述NC文件传输模块f包括对机床串口通讯数据处理的模块f1。

如图8所示，所述坐标系偏移功能模块g包括从存储器读取所述经编译的刀位源文件的模块IVg1、对坐标系偏移功处理的模块II g2、对机床运动参数进行数据处理的模块II g3。

如图9所示，所述误差补偿功能模块h包括对刀具进行误差补偿数据处理的模块h1、非线性误差补偿的模块II h2、工装误差补偿的模块II h3。

如图10所示，所述速度修正功能模块i包括对刀具的动态速度进行数据处理的模块II i1。

如图11所示，所述编程方式功能模块j包括从存储器读取所述经编译的刀位源文件的模块Vj1、对编程方式处理模块II j2、对机床运动参数进行数据处理的模块IIIj4。

如图12所示，所述抬刀和编程起点功能模块k包括从存储器读取所述经编译的刀位源文件的模块VIk1、对抬刀和编程起点数据处理模块II k2、对机床运动参数进行数据处理的模块IVk3。

其中，上述将所需编译的刀位源文件放到存储器的模块I、将所需编译的刀位源文件放到存储器的模块II及将所需编译的刀位源文件放到存储器的模块III功能相同，上述从存储器读取所述经编译的刀位源文件的模块I、从存储器读取所述经编译的刀位源文件的模块II、从存储器读取所述经编译的刀位源文件的模块III、从存储器读取所述经编译的刀位源文件的模块IV功能相同。上述对抬刀和编程起点数据处理模块I与对抬刀和编程起点数据处理模块II功能相同，上述对编程方式处理模块I与对编程方式处理模块II功能相同，

上述对刀具参数数据处理的模块I、对刀具参数数据处理的模块II功能相同，上述对机床运动参数进行数据处理的模块I、对机床运动参数进行数据处理的模块II、对机床运动参数进行数据处理的模块III、对机床运动参数进行数据处理的模块IV功能相同，上述工装误差补偿的模块I与工装误差补偿的模块II功能相同，上述非线性误差补偿的模块I与非线性误差补偿的模块II功能相同，上述对刀具的动态速度进行数据处理的模块I与对刀具的动态速度进行数据处理的模块II功能相同。

如图13、图14所示，本发明如上述后置处理器的处理方法，由工件形状特征及加工工序生成刀位源文件，计算机通过执行基于命令的程序对所述刀位源文件进行处理，其处理的步骤包括：

(1)对文件进行设置的步骤s1，在对文件进行设置的步骤中将经编译的刀位原文件放到存储器，然后计算机通过执行程序指令从存储器读取所述经编译的刀位原文件；

(2)根据刀位源文件对刀具进行设置的步骤s2，根据刀位源文件选择对应刀具、并设置刀具的各项参数；

(3)对编程方式处理的步骤s3，根据刀位源文件选择相对编程或绝对编程方式；

(4)对机床运动参数数据处理的步骤s4，对机床运动参数数据处理的步骤包括选择机床结构类型步骤s41(其中五轴机床结构类型包括主轴摆动旋转型、工作台旋转摆动型、工作台复合摆动型、主轴摆动工作台回转型)，然后对选择机床运动参数进行对坐标系偏移的步骤s42、对非线性误差进行补偿的步骤s43、对工装误差进行补偿的步骤s44、对抬刀和编程起点处理的步骤s44；

(5)对刀具动态切削速度数据处理的步骤s5；

(6)输出G代码文件的步骤s6，在所述步骤(6)之后依次还设有对NC文件修改的步骤s7、对G代码仿真的步骤s8、对NC文件传输的步骤s9，在步骤(6)之后若不需要对NC文件进行修改，在输出G代码文件的步骤s6之后可直接进入对G代码仿真的步骤s8，在对G代码仿真的步骤之后若发现NC文件不合格可返回步骤(4)后再次进入对机床运动参数数据处理的步骤。

其中在所述步骤(4)中对非线性误差进行补偿的步骤s42，其方法是：将两刀具点之间的距离进行误差值比较，当两刀具点之间的距离超过原先设定误差值，则在两刀具点中间插入一个新的刀具点，再次进入对机床运动参数处理的步骤，其数学模式为：

设相邻前后两刀具点分别为Q₁、Q₂，直线Q₁Q₂经过点Q₁、Q₂。经机床运动模型变换，得出机床各运动轴运动量分别为Q₁(X₁，Y₁，Z₁，A₁，C₁)、Q₂(X₂，Y₂，Z₂，A₂，C₂)。由于数控系统做线性插补，则从Q₁(X₁，Y₁，Z₁，A₁，C₁)运动到Q₂(X₂，Y₂，Z₂，A₂，C₂)的过程中，任意一时刻机床运动状态为：

Q_t＝Q₁+t(Q₂-Q₁)

即： $Q_t=\left|\begin{array}{c}{X}_1+t(X_2-X_1)\\ Y_1+t(Y_2-Y_1)\\ Z_1+t(Z_2-Z_1)\\ A_1+t(A_2-A_1)\\ C_1+t(C_2-C_1)\end{array}\right.$

Q_t为在时间段t内，各个时刻处工件坐标系下的刀具点。设Q_t到直线Q₁Q₂的距离为ω_t，根据非线性加工误差的分布情况，Q_t直接取Q₁Q₂中点，即t＝0.5。

综上所述：

Q_t＝Q₁+0.5(Q₂-Q₁)

$Q_t=\left|\begin{array}{c}{X}_1+0.5(X_2-X_1)\\ Y_1+0.5(Y_2-Y_1)\\ Z_1+0.5(Z_2-Z_1)\\ A_1+0.5(A_2-A_1)\\ C_1+0.5(C_2-C_1)\end{array}\right|$

则： ${\mathrm{\ω}}_{\max }=|Q_t-\{Q_1+\left[(Q_t-Q_1)\frac{(Q_2-Q_1)}{|Q_2-Q_1|}\right]\frac{(Q_2-Q_1)}{|Q_2-Q_1|}\left\}\right|$

当ω_max超过原先设定误差值时，则在两刀具点Q₁、Q₂中间插入一个新的刀具点Q_m：

$Q_m=\left|\begin{array}{c}\frac{X_1+X_2}{2}\\ \frac{Y_1+Y_2}{2}\\ \frac{Z_1+Z_2}{2}\\ \frac{I_1+I_2}{2}\\ \frac{J_1+J_2}{2}\\ \frac{K_1+K_2}{2}\end{array}\right|$

式中Q_m为非线性误差补偿所插入的新刀具点；

X₁为X方向前刀具点的原始数据值，X₂为X方向后刀具点的原始数据值；

Y₁为Y方向前刀具点的原始数据值，Y₂为Y方向后刀具点的原始数据值；

Z₁为Z方向前刀具点的原始数据值，Z₂为Z方向后刀具点的原始数据值；

I₁为前刀具点刀轴在X方向投影矢量，I₂为后刀具点刀轴在X方向投影矢量；

J₁为前刀具点刀轴在Y方向投影矢量，J₂为后刀具点刀轴在Y方向投影矢量；

K₁为前刀具点刀轴在Z方向投影矢量，K₂为后刀具点刀轴在Z方向投影矢量；

插入的新刀具点Q_m再次进入机床运动参数处理步骤，计算Q_m机床各运动轴运动量(X_m，Y_m，Z_m，A_m，C_m)。如果新插入的刀具点Q_m与前刀具点Q₁或者后刀具点Q₂仍然超过设定误差值则再次在按照上诉方法在Q₁Q_m或Q_mQ₂间插入新的刀具点，直到插入该新的刀具点与前后两刀具点误差值小于设定误差值为止。

其中在所述步骤(4)对工装误差进行补偿的步骤s43，其方法是：将刀具原始数据与工装误差相叠加后再次进入对机床运动参数数据处理的步骤，其数学模型为：

$\mathrm{\Δfor}=\left|\begin{array}{ccc}X& +& L\\ Y& +& M\\ Z& +& N\\ A& +& \mathrm{aa}\\ C& +& \mathrm{cc}\end{array}\right|$

式中Δfor为工装误差补偿值；

X为工件X轴理论坐标值，L为工件X方向误差补偿值；

Y为工件Y轴理论坐标值，M为工件Y方向误差补偿值；

Z为工件Z轴理论坐标值，N为工件Z方向误差补偿值；

A为工件A轴理论坐标值，aa为工件A角误差补偿值；

C为工件C轴理论坐标值，cc为工件C角误差补偿值；

其中在所述步骤(5)对刀具动态切削速度数据处理的步骤s5，其处理方法是：根据经编译过的刀位源文件中的参数部分确定出刀具在切削过程中两相邻空间刀具点的距离，然后根据参数中刀轴矢量数据确定出刀具在切削过程中两相邻空间刀具点的矢量夹角，再进行刀具动态切削速度的确定，其数学模型为：

即 $\mathrm{\ΔF}=\frac{\mathrm{\ΔS}}{\mathrm{\δS}}\mathrm{Fe}$

式中ΔF为动态切削速度；

ΔS为当量位移；

δS为刀位点坐标在工件坐标系中的位移增量；

F为标准进给速度；

e为调整系数；

其中： $\mathrm{\ΔS}=\sqrt{{\left(\mathrm{\ΔX}\right)}^2+{\left(\mathrm{\ΔY}\right)}^2+{\left(\mathrm{\ΔZ}\right)}^2+{\left(\mathrm{\ΔA}\right)}^2+{\left(\mathrm{\ΔC}\right)}^2}$

$\mathrm{\δS}=\sqrt{{\left(\mathrm{\ΔX}\right)}^2+{\left(\mathrm{\ΔY}\right)}^2+{\left(\mathrm{\ΔZ}\right)}^2}$

ΔX刀具运动前后空间相邻点间X方向位移增量；

ΔY刀具运动前后空间相邻点间Y方向位移增量；

ΔZ刀具运动前后空间相邻点间Z方向位移增量；

ΔA刀具运动前后空间相邻点间A转角增量；

ΔC刀具运动前后空间相邻点间C转角增量。

现以北京机电院生产的BV100五轴加工中心(工作台回转摆动型)和UG加工叶轮得到刀位源文件为例进行多功能五轴后置处理器的介绍，并对叶轮进行实物流道粗加工。

首先编译所述刀位源文件，参考图15典型叶轮示意图，说明本发明后置处理方法的具体实施过程，参考图13本发明后置处理方法的流程图，根据零件加工工艺要求采用UG软件，由该CAM软件生成叶轮型面加工的刀位源文件。参考图16数控加工叶轮流道时刀具轨迹的示意图。然后通过后置处理软件按以下顺序对此刀位源文件进行处理：文件进行设置、刀具进行设置、对编程方式处理、对机床运动参数数据处理、对刀具动态切削速度数据处理、输出G代码文件，生成所需的数控加工程序，得到叶轮流道加工程序代码(图17中仅示出部分加工程序代码)。

通过该后置处理方法所生成的数控加工程序，无需手工修改就可以直接输入数控机床进行产品加工，能够适时调整进给速度，保证机床按恒功率加工，从而解决了通用后置处理器存在的瓶颈技术问题。本发明提供的技术解决方案不仅包括国产五轴联动机床，而且也包括进口的五轴联动数控机床，其加工对象除本实施例的个案外，还可适用于其它行业、具有不同曲率表面混合成型的相同或者类似型面的产品的机械加工中。

Claims (10)

1.一种五轴联动数控加工后置处理器，该处理器包括用于处理由工件形状特征及加工工序生成刀位源文件的计算机程序软件，其特征在于，所述计算机程序软件包括按以下功能模块：文件管理功能模块（a）、刀具管理功能模块（b）、后置处理功能模块（c）、NC文件修改功能模块（d）、G代码仿真功能模块（e）、NC文件传输功能模块（f）、坐标系偏移功能模块（g）、误差补偿功能模块（h）、速度修正功能模块（i）、编程方式功能模块（j）、抬刀和编程起点功能模块（k）。

2.如权利要求1所述五轴联动数控加工后置处理器，其特征在于，所述后置处理功能模块（c）包括编译所述刀位源文件并将经编译的刀位源文件放到存储器的模块（c1）、从存储器读取所述经编译的刀位源文件的模块Ⅰ（c2）、对编程方式处理模块Ⅰ（c3）、对坐标系偏移处理的模块（c4）、对抬刀和编程起点数据处理模块Ⅰ（c5）、对刀具参数数据处理的模块Ⅱ（c6）、对机床运动参数进行数据处理的模块Ⅰ（c7）、对刀具的动态速度进行数据处理的模块Ⅰ（c8）、非线性误差补偿的模块Ⅰ（c9）、工装误差补偿的模块Ⅰ（c10），所述NC文件修改功能模块（d）包括将所需编译的刀位源文件放到存储器的模块Ⅱ（d1）、从存储器读取所述经编译的刀位源文件的模块Ⅱ（d2）、对刀具轨迹文件编辑的模块（d3），所述G代码仿真功能模块（e）包括将所需编译的刀位源文件放到存储器的模块Ⅲ（e1）、从存储器读取所述经编译的刀位源文件的模块Ⅲ（e2）、对刀具轨迹仿真的模块（e3），所述NC文件传输模块（f）包括对机床串口通讯数据处理的模块（f1），所述误差补偿功能模块（h）包括对刀具进行误差补偿数据处理的模块（h1）、非线性误差补偿的模块Ⅱ（h2）、工装误差补偿的模块Ⅱ（h3），所述速度修正功能模块（i）包括对刀具的动态速度进行数据处理的模块Ⅱ（i1）。

3.如权利要求2所述五轴联动数控加工后置处理器，其特征在于，所述文件管理功能模块（a）包括将所需编译的刀位源文件放到存储器的模块Ⅰ（a1）,所述刀具管理功能模块（b）包括对刀具参数数据处理的模块Ⅰ（b1），所述坐标系偏移功能模块（g）包括从存储器读取所述经编译的刀位源文件的模块Ⅳ（g1）、对坐标系偏移功处理的模块Ⅱ（g2）、对机床运动参数进行数据处理的模块Ⅱ（g3）。

4.如权利要求2所述五轴联动数控加工后置处理器，其特征在于，所述编程方式功能模块（j）包括从存储器读取所述经编译的刀位源文件的模块Ⅴ（j1）、对编程方式处理模块Ⅱ（j2）、对机床运动参数进行数据处理的模块Ⅲ（j3），所述抬刀和编程起点功能模块（k）包括从存储器读取所述经编译的刀位源文件的模块Ⅵ（k1）、对抬刀和编程起点数据处理模块Ⅱ（k2）、对机床运动参数进行数据处理的模块Ⅳ（k3）。

5.一种如权利要求1所述后置处理器的处理方法，由工件形状特征及加工工序生成刀位源文件，计算机通过执行基于命令的程序对所述刀位源文件进行处理,其特征在于,包括以下处理的步骤：（1）对文件进行设置的步骤；（2）根据刀位源文件对刀具进行设置的步骤；（3）对编程方式处理的步骤；（4）对机床运动参数数据处理的步骤；（5）对刀具动态切削速度数据处理的步骤；（6）输出G代码文件的步骤。

6.如权利要求5所述处理方法，其特征在于，所述步骤（4）对机床运动参数数据处理的步骤包括对坐标系偏移的步骤、对非线性误差进行补偿的步骤、对工装误差进行补偿的步骤、对抬刀和编程起点处理的步骤。

7.如权利要求5所述处理方法，其特征在于，在所述步骤（6）之后依次还设有对NC文件修改的步骤、对G代码仿真的步骤、对NC文件传输的步骤，在步骤（6）之后若不需要对NC文件进行修改，在输出G代码文件的步骤之后可直接进入对G代码仿真的步骤，在对G代码仿真的步骤之后若发现NC文件不合格可返回步骤（4）再次进入对机床运动参数数据处理的步骤。

8.如权利要求5所述处理方法，其特征在于，在所述步骤（5）对刀具动态切削速度数据处理的步骤，其处理方法是：根据经编译过的刀位源文件中的参数部分确定出刀具在切削过程中两相邻空间刀具点的距离，然后根据参数中刀轴矢量数据确定出刀具在切削过程中两相邻空间刀具点的矢量夹角，再进行刀具动态切削速度的确定。

9.如权利要求6所述处理方法，其特征在于，在所述步骤（4）对工装误差进行补偿的步骤，其方法是：将刀具原始数据与工装误差相叠加后再次进入对机床运动参数数据处理的步骤。

10.如权利要求6所述处理方法，其特征在于，在所述步骤（4）中对非线性误差进行补偿的步骤，其方法是：将两刀具点之间的距离进行误差值比较，当两刀具点之间的距离超过原先设定误差值，则在两刀具点中间插入一个新的刀具点，再次进入对机床运动参数处理的步骤。

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