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新式多轴混合构架车床数控作业程序的整治

作者:天乙数控机床时间:2021-11-19810次浏览

信息摘要:

利用位姿矩阵链的思想,把6PM2的总体算法分解为串联位姿矩阵和并联位姿矩阵两部分。串联位姿矩阵是从定平台经过串联部分到达动平台的坐标变换,而并联位姿矩阵则是从定平台经过并联部分到达动平台的坐标变换。通过解方程(1)可求得各实轴的驱动量。在加工时,可以使工件随旋转工作台绕Z轴转动,那么刀具只要存在绕Y轴的

利用位姿矩阵链的思想,把6PM2的总体算法分解为串联位姿矩阵和并联位姿矩阵两部分。串联位姿矩阵是从定平台经过串联部分到达动平台的坐标变换,而并联位姿矩阵则是从定平台经过并联部分到达动平台的坐标变换。通过解方程(1)可求得各实轴的驱动量。


  在加工时,可以使工件随旋转工作台绕Z轴转动,那么刀具只要存在绕Y轴的转动时,就可实现绝大多数的加工。因此动平台只需绕Y轴转动即可,假设转过θ角,则:parallel=cosθ0sinθ12r(cosθ-1)010-sinθ0cosθZc0=f(θ,Zc)=f(L1,L2,L3)式中Zc为动平台中心在定平台坐标系中Z方向的坐标值。


  在加工程序中可以得到刀具轴在工件坐标系中的方向矢量Cx,Cy,Cz,利用这些方向矢量可反解出欧拉角描述中的α、β:α=arctan2(Cy,Cx)β=arccos(Cz)在此基础上解方程可得:γ=πC=π-αθ=π4-β式中Lx、Lz、H是由机床结构决定的固定值,xw、yw、zw是工件坐标系原点在旋转工作台坐标系中的坐标值。


  知道了Zc和θ就可以根据并联部分的逆解求出三个并联杆L1、L2、L3的长度:L1=12r(3cosθ-1)-R2+Zc-rsinθ式中R和r分别为定平台和动平台外接圆的半径。


  插补处理混联机床因并联机构的存在,刀具和驱动杆之间是非线性对应的,当驱动杆线性运动时,刀具的轨迹是非线性的。为减小这种偏差,必须对刀具的线性轨迹进行细分,将一段长的轨迹由多段小的线性轨迹的组合来代替,即在工件坐标系中进行粗插补。


  直线插补设一段直线轨迹起点为P0,刀轴方向矢量T0,终点为Pn,刀轴方向矢量为Tn。对于混联机床,起点和终点的刀轴方向有可能不同,固插补时须考虑刀轴方向矢量的变化,可采用双轨迹插补算法<3>。在直线轨迹起点和终点处分别沿刀轴方向取距离为L的两点P′0和P′n,则:P′0=P0+LT0P′n=Pn+LTn式中L的取值取决于插补精度和机床结构。插补点数的选取应同时考虑直线P0Pn和P′0P′n。圆弧插补在圆弧插补过程中,一段圆弧由一系列弧弦代替,所以有两个因素要考虑:插补弧长和弧弦误差。


  圆弧路径的起点为P0,终点为Pn,圆心为Pc,半径为R,圆弧所在平面单位法矢量为n=(ax,ay,az),当刀具轴垂直于圆弧所在平面时,n可以取刀具轴对应的单位方向矢量;当刀具轴与圆弧所在平面不垂直时,应根据向量P0Pc和PnPc计算出圆弧所在平面的单位法向量。速度控制6PM2混联机床的控制系统采用PC+PMAC的形式,PMAC自身提供插补功能,因此可采用PMAC的PVT模式来实现驱动轴的位置和速度控制。主机提供如下数据:在时间T后,电机的位置P和速度V。其中T为插补周期,可根据加工实际要求确定,位置P为插补周期中终点各轴对应的位置,速度V为插补周期中终点所对应的速度。


  机床加工提供的是刀具的运动速度,并且要求刀具要尽可能地做匀速运动,以保证加工的表面质量,但由于并联部分的存在,使刀具做匀速运动时,并联杆的运动是非匀速的,因此需要根据刀具的运动速度求出各实轴的驱动速度。假设刀具做匀速运动,其插补周期内两点的刀位数据分别为P1=(X1,Y1,Z1,θX1,θY1,θZ1)和P2=(X2,Y2,Z2,θX2,θY2,θZ2),进给速率为F。


  首先要通过刀位数据求出动平台的起始位姿Pm1=(Xm1,Zm1,θm1)和终点位姿Pm2=(Xm2,Zm2,θm2)以及三个串联轴X、Y、C的起始位置(X1,Y1,C1)和终点位置(X2,Y2,C2),然后根据进给速率计算插补周期的时间T为:T=P1P2/F=


  (X1-X2)2+(Y1-Y2)2+(Z1-Z2)2F则动平台的速度为: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联杆的驱动速度。而三个串联轴的速度为:Vx=(X2-X1)/TVy=(Y2-Y1)/T(36)Vc=(C2-C1)/T加工实验利用上述方法,在6PM2混联机床上进行了叶轮曲面的加工实验,加工工件如所示。实验结果证明了本文方法可行且有效。


  结论通过对五坐标数控加工程序的处理,将较为成熟的五坐标编程技术和控制技术应用于混联机床上,使控制变得简单化和通用化,上述方法已成功应用于6PM2六轴混联镗铣床的数控系统中,并且通过加工实验得以验证。


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