0 引言

　　隨著當(dāng)今時代的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)的廣泛應(yīng)用。刀具半徑補償功能已在二軸聯(lián)動的數(shù)控系統(tǒng)中實現(xiàn)，且廣泛應(yīng)用于二維輪廓加工中。但，刀具半徑補償功能在多軸(三軸以上)聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)中卻未能較好的實現(xiàn)。尤為突出的是在五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)中，因為在該系統(tǒng)中機床刀具的旋轉(zhuǎn)運動，導(dǎo)致五軸聯(lián)動數(shù)控機床的刀具三維補償功能不易解決。本文主要針對五軸后置處理中，根據(jù)前置處理生成的刀位源文件，在經(jīng)過一定的后處理算法和對刀具三維補償進(jìn)行相應(yīng)的處理。生成具有刀具三維補償?shù)腉代碼。并在VERICUT里進(jìn)行仿真，對是否加刀具三維補償進(jìn)行對比，最后，通過對葉輪零件進(jìn)行加工驗證。

1 五軸聯(lián)動機床后置處理的算法

　　通常在研究后置處理中刀具三維補償之前，我們應(yīng)先對五軸機床的算法進(jìn)行求解。本文針對柳州市數(shù)控機床研究所研發(fā)的VMC850F雙轉(zhuǎn)臺機床進(jìn)行分析。該機床的結(jié)構(gòu)與北京機電院產(chǎn)的BVl00五軸聯(lián)動機床一致，研究了BVl00五軸聯(lián)動加工中心后置處理的算法。根據(jù)如圖1所示的機床運動關(guān)系，推導(dǎo)出計算機床的運動坐標(biāo)值X，Y，Z，A，C的方法為悟：

2 刀具三維補償?shù)姆治?/strong>

　　2.1 刀具三維補償原因分析

　　在傳統(tǒng)的零件輪廓銑削加工時，由于刀具半徑尺寸影響，刀具的中心軌跡與零件輪廓往往不一致。為了避免計算刀具中心軌跡，直接按零件圖樣上的輪廓尺寸編程，利用數(shù)控系統(tǒng)的刀具半徑補償功能將程序軌跡按其給定的加工方向偏移，從而機床按補償后的軌跡進(jìn)行加工。如圖2所示。在五軸數(shù)控加工中，通常選用刀具中心編程，且在加工時也要保證編程時所用的刀具參數(shù)與實際加工時所用的刀具參數(shù)相同，如此一來就給數(shù)控加工中刀具的使用壽命帶來了一定的局限性。例如在實際加工中，刀具必然會產(chǎn)生磨損，從而刀具參數(shù)也會隨之發(fā)生改變，這給程序的再用性帶來了一定的問題，然而解決此問題的方法有以下幾種：

　　(1)是再一次更換為與編程刀具參數(shù)一致的刀具；
　　(2)是根據(jù)新的刀具參數(shù)再一次前置處理生成刀位源文件，將新刀位源文件后置處理得到數(shù)控程序；
　　(3)在后置處理軟件中加入刀具三維補償功能，使之生成帶有刀具三維補償?shù)臄?shù)控程序。

　　上述三總方法均能解決此問題，但是根據(jù)前兩總方法做大大降低了生產(chǎn)效率，也提高了生產(chǎn)成本，也不符合在企業(yè)加工中的生產(chǎn)要求。而第三種方法是可行的，既能提高生產(chǎn)效率又能節(jié)省生產(chǎn)成本。下面我們對刀具三維補償原理進(jìn)行分析。

2.2 刀具三維補償原理

　　如圖3所示，在五軸數(shù)控加工中某數(shù)控加工程序段表示的刀心坐標(biāo)m(z_m，y_m，z_m，am，c_m)，刀具與工件表面切觸與點n(x_n，y_n，z_n)，明顯可以看加工后的刀具尺R1≠R，刀具尺寸不一樣時，同樣的接觸點，但是

　　刀心坐標(biāo)不一致；因此，當(dāng)?shù)毒吣p后，必須進(jìn)行刀具三維補償，否則，工件就不能達(dá)到工藝要求。采用刀具三維補償是為了保證刀具的實際加工軌跡與理論加工軌跡相一致，所以切觸點n的位置不變。因此，刀具三維補償?shù)膶嵸|(zhì)是要求出刀具在加工過程中刀具與工件的接觸點坐標(biāo)；根據(jù)圖3中實線表示刀具在三維半徑補償之后的刀具位置，經(jīng)過刀具三維補償?shù)牡缎淖鴺?biāo)為m1(z_m1，y_m1，z_m1，a_m1，c_m1)。新的刀心坐標(biāo)計算方法如下：

3 后置處理器的開發(fā)與驗證

　　VMC850F五軸數(shù)控機床為回轉(zhuǎn)臺五軸加工中心，配置了FANUC Oi MC系統(tǒng)?；赨G7.5前置處理得到的刀位數(shù)據(jù)，打開由JAVA語言編寫的后置處理器。在測量加工刀具參數(shù)與編程刀具參數(shù)是否一致，據(jù)此判斷該后處理器的刀具三維補償功能是否開啟H1，如若打開，根據(jù)式(5)和式(6)進(jìn)行坐標(biāo)變換，得到帶有三維刀補的NC代碼。

　　3.1 VERICUT加工仿真比較

　　(1)編程刀具為Φ11，加工刀具為Φ 10，對比補償與未補償結(jié)果通過在UG中已建好的葉輪模型，定制加工工藝及編制加工程序，其中對流道精加工的程序進(jìn)行對比，編程中用的刀具直徑為Φ 11的源文件處理為兩個NC文件，一個做刀具三維補償，一個不做；圖4所示。左圖是經(jīng)過刀具三維補償之后且大于0.02殘留量時的顯示結(jié)果，顯然大于0.02殘留量很少，右圖是未經(jīng)過刀具三維補償且大于0.5殘留量，明顯殘留量很多。

　　(2)編程刀具為Φ11，加工刀具分別為Φ11與Φ10的對比。編程刀具為Φ11，加工刀具分別為Φ11與Φ10的模擬仿真如圖5所示；圖5a實際加工刀具為Φ10，但是采用了刀具三維補償方法，圖5b加工路徑采用Φ11；通過對圖5a、b比較可發(fā)現(xiàn)兩者的殘余量大致相同，因此，可以判斷出本補償方法有效。

　　3.2 機床加工驗證

　　由UG生成刀位數(shù)據(jù)，在經(jīng)過后置處理器得到帶有刀補的數(shù)控程序。并在VERICUT上仿真驗證后，在VMC850F五軸雙轉(zhuǎn)臺加工中心上實現(xiàn)了某葉輪零件的切削加工，在加工葉輪零件的過程中，無過切現(xiàn)象，整體葉輪的尺寸與表面粗糙度均符合加T要求。從而驗證了該后置處理器的正確性。加工后的實物圖如圖6所示。

4 結(jié)束語

　　本文以柳州數(shù)控機床研究所研發(fā)的VMC850F五軸雙轉(zhuǎn)臺加工中心為例，經(jīng)過分析提出了五軸機床加工中刀具三維補償?shù)墓浪惴椒ǎ瑸榻鉀Q在數(shù)控加工中程序的再用性提供了依據(jù)。在JAVA環(huán)境下，根據(jù)上述方法為該機床開發(fā)了帶有刀具三維補償功能的后處理軟件。通過對葉輪零件的實體加工，驗證了該方法的正確性。