非正交五轴机床CL数据转换为NC数据的新方法

张 玲

（闽北职业技术学院，福建 南平353000）

一、引言

CL数据描述切削刀具的位置，NC数据用于驱动五个轴的运动。CL数据和NC数据之间的主要区别在于CL数据基于工件坐标系统（WCS），而NC数据使用机床坐标系（MCS）作为参考，所以要选择合适后处理方法把CL数据转换成NC数据。非正交工作台式五轴机床配有三个线性轴和两个旋转轴，CL数据转换成NC数据的方法具有复杂和缺少通用性等特点，所以五轴机床生成NC数据是后处理领域的重要议题。许多研究使用“运动学连杆”的概念来讨论五轴的后置处理，例如：Takeuchi和Watanabe[1]介绍了两种类型的坐标正交垂直/水平五轴机床的变换方程；Rüegg和Gygax[2]使用连杆方法研究了坐标系的运动学模型具有正交旋转轴的工作台式五轴机床的变换方程；Sakamoto和Inasaki[3]开发了一种基于的五轴机床的运动学模型运动链，以及进一步导出的方程来分析五轴机床的结构；Lee和She[4]将正交五轴机床分为三组，并使用均匀的坐标转换和逆向运动学将CL数据转换为NC数据；Mahbubur等人[5]使用运动链和Denavit-Hartenberg方法来讨论方程后置处理。但这些研究多数是针对特定的五轴机床进行的，方法也较复杂。本文提出了一种解决这一问题的新方法，该方法忽略线性运动，旋转角度由图1所示的两个圆导出，具有易懂、通用的特点。

图1 新方法的概念

二、CL数据转换为NC数据

反之

同理可求得，计算公式如下表示：

反之

如果两个角度是正的，大的角度将减去360°；如果两个角度是负的，小的角度将增加360°。

反之

反之

（4）NC数据点来源于CL点，NC点（X，Y，Z）可以通过下面表达式来表示：

三、利用VERICUT仿真切削验证方法的正确性

根据上述方法，开发了相关程序，实现了五轴机床的后处理功能。该程序将CL数据转换为非正交五轴机床的NC数据。以工作台型五轴加工机床为例验证方法的有效性。在工件曲面法向方向上雕刻如图2所示的文字“ABC”，应用数控切削路径仿真软件VERICUT验证实际加工前输出NC数据，结果显示方法具有可行性和科学性。

图2 以工作台型五轴机床仿真加工出雕刻文字

四、结语

本文提出了一种确定非正交工作台型5轴机床NC数据旋转角度的方法，该方法关键在于产生一个主旋转圆和一个次旋转圆[7-9]。两者的转换点是由两个圆的交点所定义。通过沿着主和次旋转圆的过渡点移动刀具轴，该方法可以快速直观地验证NC数据的正确性。