CN114425666A - 一种基于异形结构的六轴激光切割机床的后处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于异形结构的六轴激光切割机床的后处理方法，首先根据机床的机械结构进行推导得到机床的运动链，然后根据该运动链进行从刀具端到工件端的坐标变换，根据坐标变换公式反求出各个轴位移量的求解公式。然后对根据该公式处理得到的各个旋转轴角度进行连续化处理，使旋转角度的变化保持连续性不发生突变，防止干涉现象。由于旋转轴的旋转会造成非线性误差，所以最后对连续化处理后的线性轴位移量进行补偿，使得补偿后的轨迹与预期轨迹相吻合。

Description

一种基于异形结构的六轴激光切割机床的后处理方法
技术领域
本发明涉及多轴机床加工的后处理技术领域，尤其涉及一种基于异形结构的六轴激光切割机床的后处理算法。
背景技术
机床后处理是机床加工过程中特别重要的一个环节，特别是在带有旋转轴的多轴加工过程中起到了十分重要的作用。机床后处理在多轴加工过程中起到了一个翻译的作用，将CAM软件刀路规划完生成的刀路轨迹源代码翻译成数控机床可以识别的NC程序，翻译的好坏很大程度上决定了加工的质量，如果翻译的不好还可能造成机床无法加工或者机床加工中出现干涉等问题。
由于此六轴激光切割机床机械结构的特殊性，目前的CAM软件自带的后处理库中的机床结构均为标准的五轴机床，不包括此种异形结构的多轴机床。机床机械结构如图1所示。
所以需要根据此机床的机械结构进行5+1后处理算法的开发，填补此种机械结构的多轴机床后处理算法的空白。
发明内容
本发明采用了一种基于异形结构的六轴激光切割机床的后处理方法，填补此种机床结构后处理算法的空白。
为了达到上述目的，本方法采取了以下技术方案：
步骤一，根据机床的机械结构，建立机床的运动学模型，推导出从刀具端到工件端的机床运动链。机床运动链如图2所示。
步骤二，根据推导得到的机床运动链进行坐标变换。
步骤三，根据该坐标变换关系，可以将刀具在道具坐标系下的位置和方向余弦变换到工件坐标系下，于是：
Figure BDA0003519283340000021
在公式1等号左端的六个参数代表了刀具在工件坐标系下的位置和方向余弦，同时也是刀路规划完成后得到的源代码中的每行代码所代表的参数。
步骤四，将每两个坐标系之间的坐标变换公式代入公式1相应的矩阵中，并将公式1中的矩阵相乘，对应参数相等，可以得到如下公式：
Figure BDA0003519283340000022
根据公式2求出机床各个轴的求解公式，如下：
Figure BDA0003519283340000031
步骤五，对经计算得到的旋转轴角度进行连续化处理，保证旋转轴角度的连续性，防止旋转角度过大发生干涉以及对电机的冲击。
为达到对角度进行连续化处理的目的，需要以下步骤：
1)设置角度差值的阈值
2)读取第N行的角度值
3)读取第N+1行的角度值并与第N行角度值做差，将差值与设置的阈值进行比较。
4)如果差值小于阈值则进行步骤6，如果差值大于等于阈值则第N+1行角度值减360°。
5)如果差值仍大于等于则第N+1行程序角度加180°。
6)如果差值大于等于阈值则执行步骤5，如果差值小于阈值则停止程序。
经连续化处理后的NC程序对比如图3所示。
步骤六，根据机床的机械结构计算三个线性轴的非线性误差补偿公式。
为得到非线性误差的补偿公式，需要以下步骤：
1)对C轴的角度值进行统一化处理。
2)将C轴旋转角度划分为四个区间，每个区间长度为90°区间长度为0°到360°。
3)假设激光头两个旋转轴转过一定角度，将激光头的两个杆长投影至XY平面。
4)根据区间的不同分别计算在各个区间内的，激光头投影在XY方向的分量值的和，并单独计算激光头在Z方向的分量值。
5)根据步骤4得到的XYZ方向的三个分量值对原始NC程序中的XYZ值进行补偿。补偿前后的NC程序如图4所示。
最终得到的补偿公式如下：
Figure BDA0003519283340000041
附图说明
下面将结合附图及实例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明所基于的六轴机床机械结构示意图。图1-1是激光头AC轴；图1-2是龙门X轴和Z轴；图1-3是Y轴和V轴；图1-4是机床整体图。
图2是机床的运动链。
图3是经连续化处理后的NC程序的对比。
图4是经非线性误差补偿后的NC程序对比。图4-1是非线性误差补偿前；图4-2是非线性误差补偿后。
图5是NX中规划好的刀路路径。
图6是补偿区间的示意图。图6-1是第一区间，图6-2是第二区间，图6-3是第三区间，图6-4是第四区间。
图7是补偿前后刀路仿真轨迹的示意图。图7-1是补偿前的仿真轨迹；图7-2补偿后的仿真轨迹。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合对圆台侧面的加工，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明是基于一台六轴激光切割机床开发了一种后处理算法。
本发明采用了以下技术方案：
步骤一，在NX中对圆台侧面进行刀路规划并得到加工源代码。刀路路径如图5所示。
步骤二，根据机床的机械结构，建立机床的运动学模型，推导出从刀具端到工件端的机床运动链。
步骤三，根据推导得到的机床运动链进行坐标变换。
步骤四，根据该坐标变换关系，可以将刀具在道具坐标系下的位置和方向余弦变换到工件坐标系下，于是我们有：
Figure BDA0003519283340000061
步骤五，将每两个坐标系之间的坐标变换公式代入公式1相应的矩阵中,并将公式1中的矩阵相乘，对应参数相等，可以得到如下公式：
Figure BDA0003519283340000062
根据公式2可以求出机床各个轴的求解公式，如下：
Figure BDA0003519283340000063
步骤六，对经计算得到的旋转轴角度进行连续化处理，保证旋转轴角度的连续性，防止旋转角度过大发生干涉以及对电机的冲击。
步骤七，根据机床的机械结构计算三个线性轴的非线性误差补偿公式。
为得到非线性误差的补偿公式，需要以下步骤：
1)对C轴的角度值进行统一化处理。
2)将C轴旋转角度划分为四个区间，每个区间长度为90°区间长度为0°到360°。
3)假设激光头两个旋转轴转过一定角度，将激光头的两个杆长投影至XY平面。
4)根据区间的不同分别计算在各个区间内的，激光头投影在XY方向的分量值的和，并单独计算激光头在Z方向的分量值。
5)根据步骤4得到的XYZ方向的三个分量值对原始NC程序中的XYZ值进行补偿。
补偿区间的示意图如图6所示，所得各个区间的补偿公式如下所示。补偿前后的圆台侧面加工仿真轨迹如图7所示。
Figure BDA0003519283340000071
Figure BDA0003519283340000072
Figure BDA0003519283340000073
Figure BDA0003519283340000074

Claims (7)

1.一种基于异形结构的六轴激光切割机床的后处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，详细了解机床的机械结构；
步骤二，针对机床的机械机构，建立机床的运动学模型，得到从机床刀具端到机床工件端的运动链；
步骤三，根据步骤二得到的机床运动链，进行从机床刀具端到机床工件端的坐标变换；
步骤四，根据该坐标变换将刀具在刀具坐标系下的位置和方向余弦变换到工件坐标系下；
步骤五，根据步骤四的矩阵相乘，反求出线性轴个旋转轴位移量的求解公式。
2.根据权利要求1所述的一种基于异形结构的六轴激光切割机床的后处理方法，其特征在于，对旋转轴角度的连续化处理包括如下步骤：
步骤一，设置旋转轴角度差值的阈值；
步骤二，读取NC程序第N行的各个旋转轴角度值；
步骤三，读取NC程序第N+1行的旋转轴角度值并于第N行的值进行比较；
步骤四，如果两行程序的旋转轴角度差值大于设置的阈值则第N+1行程序旋转轴角度减360°；
步骤五，经步骤四处理后，如果角度差值仍大于阈值则第N+1行程序旋转轴角度加180°；
步骤六，经步骤五处理后，如果角度差值小于阈值则程序结束，如果差值仍然大于阈值则重复步骤五。
3.根据权利要求1所述的一种基于异形结构的六轴激光切割机床的后处理方法，其特征在于，对非线性误差的补偿包括如下步骤：
步骤一，将C轴的旋转角度划分为4个区间，每个区间长度为90°，区间范围为0°到360°；
步骤二，读取经连续化处理后的旋转轴角度值，判断C轴的角度值是否在划定的区间范围内；
步骤三，如果C轴角度值在区间范围内则进行步骤六，如果C轴角度不在区间内则C轴角度减720°；
步骤四，如果C轴角度值仍不在范围内则C轴角度值加360°；
步骤五，如果C轴角度值仍不在范围内则重复步骤四；
步骤六，假设激光头两个旋转轴都旋转一定角度，并将激光头投影至XY平面；
步骤七，分别计算C轴角度在不同的区间时，激光头投影在XY方向的分量并相加；
步骤八，将上述所有步骤利用C++语言转换成程序。
4.如权利要求1所述的根据权利要求1所述的一种基于异形结构的六轴激光切割机床的后处理方法，其特征在于软件自带的后处理库中没有此类结构的机床，所以需要基于此种机床结构进行后处理算法的开发。
5.如权利要求2所述的根据权利要求1所述的一种基于异形结构的六轴激光切割机床的后处理方法，其特征在于，可以根据设置的阈值来保证旋转轴转动的连续性，防止发生角度的突变和干涉，以免引起对电机的冲击。
6.如权利要求3所述的根据权利要求1所述的一种基于异形结构的六轴激光切割机床的后处理方法，其特征在于，根据该机床的特殊结构计算XYZ三个线性轴的非线性误差补偿公式，保证刀尖点的轨迹与规划的轨迹吻合。
7.如权利要求3所述的根据权利要求1所述的一种基于异形结构的六轴激光切割机床的后处理方法，其特征在于，对C轴的旋转角度进行统一化处理，保证C轴的旋转角度处在规划好的区间内。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116174941A (zh) * 2023-04-26 2023-05-30 弗斯迈智能科技(江苏)有限公司 一种激光切割钙钛矿薄膜切割定位方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106980751A (zh) * 2017-02-27 2017-07-25 浙江大学 一种含双c轴的六轴自动化制孔锪窝机床的运动学反解方法
CN108549319A (zh) * 2018-04-02 2018-09-18 西南交通大学 一种双转台五轴数控机床通用后处理方法
CN109471408A (zh) * 2018-11-01 2019-03-15 西北工业大学 基于nc代码重构的三轴机床几何误差补偿方法
CN110244656A (zh) * 2019-06-24 2019-09-17 杭州电子科技大学 一种基于五轴数控龙门机床六轴改造的nc代码仿真方法
CN111580461A (zh) * 2020-06-08 2020-08-25 南京佳和牙科技术有限公司 基于开放式五轴数控系统rtcp算法的机床控制方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106980751A (zh) * 2017-02-27 2017-07-25 浙江大学 一种含双c轴的六轴自动化制孔锪窝机床的运动学反解方法
CN108549319A (zh) * 2018-04-02 2018-09-18 西南交通大学 一种双转台五轴数控机床通用后处理方法
CN109471408A (zh) * 2018-11-01 2019-03-15 西北工业大学 基于nc代码重构的三轴机床几何误差补偿方法
CN110244656A (zh) * 2019-06-24 2019-09-17 杭州电子科技大学 一种基于五轴数控龙门机床六轴改造的nc代码仿真方法
CN111580461A (zh) * 2020-06-08 2020-08-25 南京佳和牙科技术有限公司 基于开放式五轴数控系统rtcp算法的机床控制方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116174941A (zh) * 2023-04-26 2023-05-30 弗斯迈智能科技(江苏)有限公司 一种激光切割钙钛矿薄膜切割定位方法
CN116174941B (zh) * 2023-04-26 2023-09-08 弗斯迈智能科技(江苏)有限公司 一种激光切割钙钛矿薄膜切割定位方法

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