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新式多軸混合構架車床數控作業(yè)程序的整治

作者:天乙數控機床時間:2021-11-191064次瀏覽

信息摘要:

利用位姿矩陣鏈的思想,把6PM2的總體算法分解為串聯(lián)位姿矩陣和并聯(lián)位姿矩陣兩部分。串聯(lián)位姿矩陣是從定平臺經過串聯(lián)部分到達動平臺的坐標變換,而并聯(lián)位姿矩陣則是從定平臺經過并聯(lián)部分到達動平臺的坐標變換。通過解方程(1)可求得各實軸的驅動量。在加工時,可以使工件隨旋轉工作臺繞Z軸轉動,那么刀具只要存在繞Y軸的

利用位姿矩陣鏈的思想,把6PM2的總體算法分解為串聯(lián)位姿矩陣和并聯(lián)位姿矩陣兩部分。串聯(lián)位姿矩陣是從定平臺經過串聯(lián)部分到達動平臺的坐標變換,而并聯(lián)位姿矩陣則是從定平臺經過并聯(lián)部分到達動平臺的坐標變換。通過解方程(1)可求得各實軸的驅動量。


  在加工時,可以使工件隨旋轉工作臺繞Z軸轉動,那么刀具只要存在繞Y軸的轉動時,就可實現絕大多數的加工。因此動平臺只需繞Y軸轉動即可,假設轉過θ角,則:parallel=cosθ0sinθ12r(cosθ-1)010-sinθ0cosθZc0=f(θ,Zc)=f(L1,L2,L3)式中Zc為動平臺中心在定平臺坐標系中Z方向的坐標值。


  在加工程序中可以得到刀具軸在工件坐標系中的方向矢量Cx,Cy,Cz,利用這些方向矢量可反解出歐拉角描述中的α、β:α=arctan2(Cy,Cx)β=arccos(Cz)在此基礎上解方程可得:γ=πC=π-αθ=π4-β式中Lx、Lz、H是由機床結構決定的固定值,xw、yw、zw是工件坐標系原點在旋轉工作臺坐標系中的坐標值。


  知道了Zc和θ就可以根據并聯(lián)部分的逆解求出三個并聯(lián)桿L1、L2、L3的長度:L1=12r(3cosθ-1)-R2+Zc-rsinθ式中R和r分別為定平臺和動平臺外接圓的半徑。


  插補處理混聯(lián)機床因并聯(lián)機構的存在,刀具和驅動桿之間是非線性對應的,當驅動桿線性運動時,刀具的軌跡是非線性的。為減小這種偏差,必須對刀具的線性軌跡進行細分,將一段長的軌跡由多段小的線性軌跡的組合來代替,即在工件坐標系中進行粗插補。


  直線插補設一段直線軌跡起點為P0,刀軸方向矢量T0,終點為Pn,刀軸方向矢量為Tn。對于混聯(lián)機床,起點和終點的刀軸方向有可能不同,固插補時須考慮刀軸方向矢量的變化,可采用雙軌跡插補算法<3>。在直線軌跡起點和終點處分別沿刀軸方向取距離為L的兩點P′0和P′n,則:P′0=P0+LT0P′n=Pn+LTn式中L的取值取決于插補精度和機床結構。插補點數的選取應同時考慮直線P0Pn和P′0P′n。圓弧插補在圓弧插補過程中,一段圓弧由一系列弧弦代替,所以有兩個因素要考慮:插補弧長和弧弦誤差。


  圓弧路徑的起點為P0,終點為Pn,圓心為Pc,半徑為R,圓弧所在平面單位法矢量為n=(ax,ay,az),當刀具軸垂直于圓弧所在平面時,n可以取刀具軸對應的單位方向矢量;當刀具軸與圓弧所在平面不垂直時,應根據向量P0Pc和PnPc計算出圓弧所在平面的單位法向量。速度控制6PM2混聯(lián)機床的控制系統(tǒng)采用PC+PMAC的形式,PMAC自身提供插補功能,因此可采用PMAC的PVT模式來實現驅動軸的位置和速度控制。主機提供如下數據:在時間T后,電機的位置P和速度V。其中T為插補周期,可根據加工實際要求確定,位置P為插補周期中終點各軸對應的位置,速度V為插補周期中終點所對應的速度。


  機床加工提供的是刀具的運動速度,并且要求刀具要盡可能地做勻速運動,以保證加工的表面質量,但由于并聯(lián)部分的存在,使刀具做勻速運動時,并聯(lián)桿的運動是非勻速的,因此需要根據刀具的運動速度求出各實軸的驅動速度。假設刀具做勻速運動,其插補周期內兩點的刀位數據分別為P1=(X1,Y1,Z1,θX1,θY1,θZ1)和P2=(X2,Y2,Z2,θX2,θY2,θZ2),進給速率為F。


  首先要通過刀位數據求出動平臺的起始位姿Pm1=(Xm1,Zm1,θm1)和終點位姿Pm2=(Xm2,Zm2,θm2)以及三個串聯(lián)軸X、Y、C的起始位置(X1,Y1,C1)和終點位置(X2,Y2,C2),然后根據進給速率計算插補周期的時間T為:T=P1P2/F=


 ?。╔1-X2)2+(Y1-Y2)2+(Z1-Z2)2F則動平臺的速度為:Vz=(Zm2-Zm1)/T(33)ωY=(θm2-θm1)/T知道了Vz和ωY,便可由速度逆解求出各并聯(lián)桿的驅動速度。而三個串聯(lián)軸的速度為:Vx=(X2-X1)/TVy=(Y2-Y1)/T(36)Vc=(C2-C1)/T加工實驗利用上述方法,在6PM2混聯(lián)機床上進行了葉輪曲面的加工實驗,加工工件如所示。實驗結果證明了本文方法可行且有效。


  結論通過對五坐標數控加工程序的處理,將較為成熟的五坐標編程技術和控制技術應用于混聯(lián)機床上,使控制變得簡單化和通用化,上述方法已成功應用于6PM2六軸混聯(lián)鏜銑床的數控系統(tǒng)中,并且通過加工實驗得以驗證。


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