五轴数控机床的后置处理算法与软件实现
五轴数控加工3D刀具补偿及其后置处理方法
五轴数控加工3D刀具补偿及其后置处理方法五轴数控加工是一种高精度、高效率的加工方法，广泛应用于航天、航空、汽车、模具等行业。
在五轴数控加工中，刀具补偿是提高加工精度的关键技术之一。
本文将介绍五轴数控加工中的3D刀具补偿及其后置处理方法。
我们需要了解什么是刀具补偿。
刀具补偿是一种通过调整刀具轨迹来修正刀具尺寸偏差的技术。
在五轴数控加工中，由于刀具的形状和尺寸，以及加工过程中的刀具磨损等因素，会导致加工件的形状和尺寸与设计要求不一致。
通过刀具补偿可以在加工过程中实时调整刀具轨迹，使加工件的形状和尺寸达到设计要求。
刀具补偿主要有刀尖半径补偿和刀具长度补偿两种。
在五轴数控加工中，常用的刀具补偿方法有三种：固定坐标系法、刀尖法和刀具中心法。
固定坐标系法是将刀具补偿向量与刀具运动轴系列相联系，通过调整刀具补偿向量的大小和方向来实现刀具补偿。
刀尖法是将刀具补偿向量与刀尖坐标系相联系，刀具补偿向量与刀尖坐标系是相对固定的，通过调整刀具补偿向量的大小和方向来实现刀具补偿。
刀具中心法是将刀具补偿向量与刀具中心坐标系相联系，刀具补偿向量与刀具中心坐标系是相对固定的，通过调整刀具补偿向量的大小和方向来实现刀具补偿。
刀具补偿的后置处理方法主要是指在加工完毕后对加工件的尺寸偏差进行修正。
常用的后置处理方法有两种：自动补偿和手动调整。
自动补偿是通过测量加工件的尺寸偏差，自动计算出补偿量，并输入到数控系统中进行补偿。
自动补偿可以大大提高加工精度和效率。
手动调整是指根据实际情况对加工件进行手动调整，帮助加工件达到设计要求。
手动调整一般适用于一些对加工精度要求不高的加工件。
除了以上提到的方法，还有一些其他的刀具补偿及其后置处理方法。
基于仿真的5轴刀具补偿方法，通过将刀具补偿向量与仿真模型相联系，实现刀具的准确补偿。
还有一种基于机器学习的刀具补偿方法，通过训练机器学习模型，实现刀具补偿的智能化。
五轴数控加工中的3D刀具补偿及其后置处理是提高加工精度的重要技术。
应用Tcl语言实现非正交五轴联动数控机床后置处理
收稿日期:2009-12-02作者简介:刘东杰(1977-),男,工程师,主要从事CAD/CAM 精密制造技术研究.结构与工艺应用T cl 语言实现非正交五轴联动数控机床后置处理刘东杰(东北电子技术研究所,辽宁 锦州 121000)摘 要:针对非正交五轴联动数控机床,即转动工作台与主轴成45 倾角的特殊双转台五轴联动数控机床,进行了机床结构分析,通过对机床运动学求解,提出了刀位点后置处理坐标变换的计算方法,推导出相应的坐标变换公式,并将该算法成功应用到T cl 语言编程中,实现了非正交五轴联动数控机床后置处理程序编制.该后置处理程序稳定可靠,并已成功应用于工程实际中.关键词:T cl 语言;后置处理;五轴联动中图分类号:TG 502.1;TP 312 文献标识码:A 文章编号:1673-1255(2010)01-0075-04Achieved Post Processing for Non Orthogonal 5 axisLinkage CNC Machine by Programming with Tcl LanguageLIU Dong jie(Nor theast Resear ch I nstitute of Electronics T echnology ,Jinz hou 121000,China)Abstract:After analyzing the structure and kinem atics features of 5 ax is linkage CNC machine w ith tw o ro tary tables and one of the rotary axis fix ed at angle of 45 to the spindle,the algorithms for the post processing method of cutter location data are proposed and the corresponding formulate of coordinate conversion are de duced,the post processing for non orthogonal 5 axis linkag e CNC machine by programming w ith Tcl languag e is achieved.The post processor is stable and reliable,and put into practical application. Key words:T cl language;post processing;5 ax is linkage 数控加工设备的结构形式逐步趋向紧凑化、集成化、复杂化、多样化,现代数控加工机床的加工程序编制仅仅依靠手工编程的方式,在准确率和编程效率上已经不能满足复杂、精密零件的加工要求,甚至一些复杂加工程序是无法用手工编程的方式来实现的.随着计算机技术的不断发展,计算机辅助制造(CAM )技术日臻完善,CAM 软件已经被广泛应用于航空、航天、医疗、汽车、电子等诸多领域.其中,西门子公司的UG NX 辅助设计制造软件是目前主流的计算机辅助CAD/CAM/CAE 集成设计软件之一.利用U G NX/CAM 编制数控加工程序,一般包括前置处理和后置处理2个过程,如图1所示.图1 程序处理过程前置处理是指在计算机辅助制造过程中,将CAD 设计的模型,通过CAM 软件模块计算产生的刀位轨迹的整个过程.前置处理产生的是刀位轨迹源文件(cutter location source file),要将其转换成机第25卷第1期2010年2月光电技术应用EL ECT RO-O PT IC T ECHNOL OGY APPL ICAT I ONVol.25,No.1Februar y.2010床能够识别的G 代码就必须通过后置处理来完成.因此,后置处理是数控加工中的一个重要环节,其主要任务是将CAM 软件生成的刀位轨迹源文件转成特定机床可接收的数控代码(NC)文件[1].不同的数控机床,因控制系统的不同,对其数控程序要求的代码格式辅助命令等使用不同.因此要针对不同的数控系统生成不同的后置处理生成器[2].到目前为止,机床后置处理算法研究基本成熟,但如何运用已有的成熟算法解决实际加工中具体机床的NC 程序后置处理问题,用于实际零件加工,仍然具有重要的工程应用价值[3].以德马吉非正交五轴联动数控机床DM U50V 为例(即转动工作台与主轴成45 倾角的特殊双转台五轴联动数控机床),分析机床结构,建立了机床结构运动学数学模型及算法.并介绍了如何将数学模型及算法写入Tcl 语言,完成后置处理程序的编制.1 机床运动学算法分析DMU50V 数控机床结构采用双轴数控回转摆动工作台,机床运动坐标包括X 、Y 、Z 3个移动坐标和转动轴C 及与Z 轴成45 夹角的转动轴B ,如图2所示.其中,C 轴为任意角度,B 轴的运动范围是0 ~180 .机床第4轴B 轴与Z 轴交点与机床原点之间的距离H 是机床的一个重要参数,如图3所示.该参数影响工作台旋转后的坐标[4].图2 DM U 50V 机床坐标系假设工件坐标系O W x yz 与机床坐标系OX YZ 平行,且O W 在机床坐标系OX YZ 中的坐标为(x 0,y 0,z 0),工件坐标系中任意点的刀具中心位置即刀位点为(x w ,y w ,z w ),假定刀轴矢量为单位向量n,n =a x i +a y j +a z k (a z !0).从而,确定加工点(x w ,y w ,z w )时,机床运动坐标X 、Y 、Z 、B 、C 的值[5].图3 旋转工作台坐标关系1.1 确定机床B 、C 轴旋转角度将任意刀轴矢量ON 的起点移到机床坐标系的原点,并平移B 轴使之过O 点.在实际加工中,B 、C 轴的运动方向都是刀具相对工作台的运动方向,与工作台的实际运动方向相反,因此问题可转化为任意刀轴矢量ON 如何转化成ON 0(如图4所示),即如何将刀轴矢量旋转到与机床坐标系Z 轴方向一致的位置.要达到上述要求需进行4次旋转:(1)将刀轴矢量ON 绕Z 轴顺时针旋转一周,形成一个圆弧;(2)将单位矢量ON 0绕B 轴旋转形成一个半圆弧(0 ∀B ∀180 ),2个圆弧产生交点M ;(3)将刀轴矢量ON 绕Z 轴旋转角度C 至OM ;(4)将OM 绕B 轴顺时针旋转角度B 至ON 0.从而,使任意刀轴矢量与Z 轴重合.图4 旋转工作台角度计算根据图4中向量关系可推导出OM =OO 1O 1M =a z k +a 2x +a 2y(cos C #i +sin C #j )(1)OM =OO 2O 2M =12(-j +k )+22∃(22cos B (j +k )+sin Bi)(2)由式(1)、式(2)可得cos B =2a z -1C #=arcsin (1-a z a 2x +a 2y)得出机床的旋转坐标为76光 电 技 术 应 用 第25卷B =arccos (2a z -1)(3)C =arcsin (1-a za 2x +a 2y)+C %(4)其中,C %为向量ON 与X 轴的夹角,根据向量所在象限的不同,具体取值随之变化.令a 2x +a 2y =a xy,则旋转角度C 可表示为C =arcsin 1-a z a xy +arctan a ya xa x >0a y >0arcsin 1-a za xy+90a x =0a y >0arcsin1-a z a xy +arctan a ya x+180 a x <0a y >0arcsin 1-a za xy+180a x <0a y =0arcsin 1-a z a xy +arctan a ya x -180a x <0a y <0arcsin 1-a za xy -90a x =0a y <0arcsin 1-a z a xy -arctan a ya x a x >0a y <0arcsin1-a za xya x >0a y =0(5)1.2 求解旋转后的直角坐标值求解工作台旋转后的任意刀位点(x w ,y w ,z w )在机床坐标系OX YZ 中的坐标(X ,Y ,Z ),根据机床的运动顺序进行如下空间变换(1)将工件坐标系O w xyz 原点平移到机床坐标系OX YZ 原点O,平移距离为(x 0,y 0,z 0-H ),其中(x 0,y 0,z 0)为工件坐标系原点在机床坐标系中的坐标值,变换矩阵为T 1=1 0 0 00 1 0 00 0 1 0x 0 y 0 z 0-H 1(6)(2)工件绕B 倾斜轴旋转B 角,变换矩阵为0 0cos B 0 sin B 0-sin Bcos B 0 00 0 1 00 0 0 1∃1 0 0 00 cos45 sin45 00 -sin45 cos45 00 0 0 1(7)(3)工件绕Z 轴旋转C 角,变换矩阵为R 1=cos C sin C 0 0-sin C cos C 0 00 01 00 0 0 1(8)(4)将工件坐标系原点平移到新工件坐标系O 1x 1y 1z 1原点处的坐标变换矩阵为T 2= 1 0 0 0 0 1 0 0 01 0-x 0 -y 0 -z 0+H 1(9)因此,工作台旋转后的刀位点的齐次坐标[X ,Y ,Z ,1]表达式为[X ,Y,Z,1]=[x w ,y w ,z w ,1]T 1R 1R 2T 2(10)2 后置处理的T cl 语言编程实现Tcl 是&工具控制语言(tool control language)∋的缩写,是一种交互式解释性计算机语言,几乎可以在所有的平台上解释运行,有强大的功能和简单的语法,具有很强的可扩充性和可移植性.嵌入UG NX 系统中,通常用于CAM 中的后置处理程序和加工文档处理程序.应用Tcl 语言编制后处理程序主要开展2项工作:(1)完成事件定义文件的编写;(2)完成事件处理文件的编写.事件定义文件用来控制事件处理后输出的数据格式,事件处理文件用来控制加工过程中的每个事件的处理方式.为了快速搭建后置处理程序框架,可以通过NX/Post Builder 建立事件定义文件和事件处理文件的程序框架,根据实际情况,在程序框架中通过Tcl 语言,添加相应的用户化内容.2.1 编写子程序完成B 、C 角度和刀位点坐标计算 在事件处理文件框架中新建3个子程序为:77第1期 刘东杰:应用T CL 语言实现非正交五轴联动数控机床后置处理proc M OM before motion{};proc r otate c{c pos in pos out};proc rotate b{b pos in pos out}.通过3个子程序分别完成B、C旋转角度的计算、坐标变换矩阵和刀位点在新坐标系中的坐标计算.子程序proc MOM before motion{},T cl语言源代码示例(部分):(1)定义全局变量global mom tool ax is 定义刀轴矢量;global mom pos 定义基于机床坐标系下的运动坐标值;global mom prev pos定义前一个运动事件的坐标系;global mom motion event定义当前运动事件的类型;(((2)确定机床工作台状态及B、C旋转角度if{$tmpz=1}{ 机床主轴矢量垂直于工作台;set ud pos(b)0.0 B轴旋转角度为0;rotate c$ud pos(c)mom pos ud posrotate c$ud pos(c)mom pos arc center ud cpos ((上述程序段为子程序pro c M OM before motion 的部分程序段示例,由于篇幅关系不再展开叙述.通过T cl语言进行一系列事件的逻辑判断、数学计算,最终完成B、C旋转角度的计算、坐标变换矩阵和刀位点在新坐标系中的坐标计算.2.2 后置处理程序与UG/CAM系统的集成将定义好的事件处理文件和事件定义文件存储在相应的后置处理程序存放的根目录下,如:(E:\ Program F iles\U GS\NX3.0\M A CH\resour ce\postpro cessor).并在该根目录中找到template post.dat文件,打开该文件并对文件进行如下修改.DMU50V 后置处理器${UG II CAM PO ST DIR}DM U50V.tcl, ${UG II CA M PO ST DIR}DM U50V.def.通过上述编辑完成了后置处理程序与UG/ CAM系统的集成,用户通过UG/CAM系统直接对DM U50V机床后置处理进行调用.3 结 束 语以上通过结合非正交五轴联动数控机床(DMU50V)的结构特点,介绍了后置处理算法,并将该算法成功应用到Tcl语言编程中,实现了非正交五轴联动数控机床后置处理程序编制并已成功应用于工程实际中.后置处理作为CAD/CAM系统中的关键环节,决定了CAD/CAM软件的应用效果和复杂零件加工的质量、效率等.文中提出的机床运动学算法的推导对同类型设备和标准五轴联动数控机床的后置处理程序开发具有一定的参考价值.参考文献[1] 张磊.U G N X4后处理技术培训教程[M].北京:清华大学出版社,2007.[2] 李海泳,张森棠,赵明,等.U G N X数控加工技术[M].北京:清华大学出版社,2006.[3] 成群林,侯正全,宋健,等.特殊五坐标数控机床后置处理技术研究[J].航天制造技术,2007(6):20-22. [4] 葛振红,姚振强,赵国伟.非正交五轴联动数控机床后置处理算法[J].机械设计与研究,2006,22(2):79-81.[5] 丁勇,耿小强,陈刚.一种特殊结构的五轴数控机床的后置处理算法与软件实现[J].CA D/CA M与制造信息化,2005(1):77-78.(上接第59页)了DSP计算庞大数据的高效性和FPGA精于并行处理的优点,系统具有集成度高、存储量大、处理速度快和方便传输等特点.另外系统也有很好的通用性,不仅能够用于目标识别,还可实现压缩、分类等其他信息处理,具有广泛的应用前景.参考文献[1] 赵建平,李捍东.基于DSP的图像处理系统的应用研究[J].自动化技术与应用,2008,27(11):45-48. [2] 贾俊涛,张桂林.基于U SB2.0的图像传输系统的设计与实现[J].计算机工程与设计,2006,27(17):3239-3242.[3] 李方慧,王飞,何佩坤.T M S320C6000系列DSPs原理与应用[M].2版.北京:电子工业出版社,2003:1-2,9-11.[4] 谷延锋,刘颖,贾友华,等.基于光谱解译的高光谱图像奇异识别算法[J].红外与毫米波学报,2006,25(6):473-477.78 光 电 技 术 应 用 第25卷。
五轴数控加工3D刀具补偿及其后置处理方法
五轴数控加工3D刀具补偿及其后置处理方法五轴数控加工是一种利用五个坐标轴对工件进行精密加工的加工技术。
在五轴数控加工中，由于工件的复杂形状和多面加工，需要使用不同形状的刀具来完成加工任务。
由于刀具的长度、半径等参数的精度要求较高，而在加工过程中会受到各种因素的影响，如磨损、刀具偏差等，因此需要对刀具进行补偿和后置处理，以保证加工质量和加工精度。
本文将对五轴数控加工中的3D刀具补偿及其后置处理方法进行详细介绍。
1. 3D刀具补偿的概念3D刀具补偿是指根据刀具的实际尺寸和几何参数，对数控加工程序中的加工轨迹进行调整，使得加工后的工件符合设计要求。
在五轴数控加工中，由于工件表面的形状复杂，刀具的运动轨迹也较为复杂，需要进行3D刀具补偿。
通过对5轴刀具的机床需要进行3D 补偿才会使得工件达到设计要求的精度，刀具的切削力对机床产生的影响。
3D刀具补偿的方法主要包括几何误差补偿和刀具半径补偿两种。
（1）几何误差补偿（2）刀具半径补偿在进行了3D刀具补偿后，还需要进行后置处理，以保证加工质量和加工精度。
在进行数控加工时，由于刀具的长时间使用或者受到外部因素的影响，刀具会发生不同程度的磨损。
如果不及时进行磨损补偿，会导致加工误差的产生，影响加工质量和加工精度。
需要定期对刀具进行磨损补偿，使得刀具保持良好的加工状态。
（3）加工参数优化在进行数控加工时，需要对加工参数进行优化。
通过对加工速度、进给速度、切削深度等参数进行调整，使得加工过程更加稳定，从而保证加工质量和加工精度。
（4）加工质量检测五轴数控加工中的3D刀具补偿及其后置处理方法对保证加工质量和加工精度起着至关重要的作用。
通过对刀具的几何参数进行补偿和对加工参数进行优化，可以保证加工质量和加工精度。
通过对加工质量进行检测和优化加工参数，可以及时发现和修正加工误差，保证加工质量和加工精度。
对于五轴数控加工中的3D刀具补偿及其后置处理方法的研究和应用具有重要的意义。
五轴数控加工3D刀具补偿及其后置处理方法
五轴数控加工3D刀具补偿及其后置处理方法
五轴数控加工是一种高精度、高效率的加工方式，广泛应用于航空航天、汽车制造、模具制造等领域。
在五轴数控加工中，刀具路径的生成是非常关键的一步，而刀具路径的生成又离不开刀具补偿和后置处理。
本文将介绍五轴数控加工3D刀具补偿及其后置处理方法。
1. 五轴数控加工中的刀具补偿
在五轴数控加工中，由于刀具的形状和轴向的转动，刀具的实际切削轨迹与数控程序中指定的切削轨迹存在一定的偏差。
为了获得精确的加工结果，需要对刀具进行补偿。
常见的刀具补偿方式有NURBS曲线、点刀具轨迹法和法向刀具轨迹法。
NURBS曲线是一种数学曲线，可以用来描述任意形状的刀具。
点刀具轨迹法是在数控程序中加入一组补偿点，通过插补算法生成实际刀具轨迹。
而法向刀具轨迹法是通过计算刀具法向量的变化来进行刀具补偿。
常见的后置处理方法有线段切削点投影方法和圆与球表面切削点投影方法。
线段切削点投影方法是将所有切削路径的线段与工件表面求交，求得切削点坐标。
圆与球表面切削点投影方法是将切削路径的线段与工件表面求交，然后利用球心坐标和球面半径来求得切削点坐标。
五轴数控加工中的刀具补偿和后置处理是确保加工精度的重要环节。
通过合理选择刀具补偿方法和后置处理方法，可以使数控机床更好地理解刀具轨迹，从而获得更高的加工精度和效率。
五轴数控加工3D刀具补偿及其后置处理方法
五轴数控加工3D刀具补偿及其后置处理方法五轴数控加工是现代制造业中一项重要的加工技术，它能够实现对复杂曲面零件的高效加工。
而3D刀具补偿技术是五轴数控加工中的重要技术之一，它能够补偿因刀具轴向变化引起的加工误差，从而提高加工质量和精度。
本文将介绍五轴数控加工中的3D刀具补偿及其后置处理方法。
1.1 3D刀具补偿的原理在五轴数控加工中，由于刀具的轴向变化，会导致工件表面的形状误差，这就需要对刀具轴向误差进行修正，以保证加工精度。
3D刀具补偿技术就是利用数学模型对刀具轴向误差进行补偿，从而实现加工精度的提高。
3D刀具补偿的实现一般包括两个步骤：第一步是对刀具轴向误差进行建模，通过测量和分析刀具的轴向误差，建立相应的数学模型；第二步是对数学模型进行求解，得到刀具轴向误差的补偿值，然后通过数控系统对刀具进行调整，以实现加工精度的提高。
3D刀具补偿技术主要应用于复杂曲面零件的加工中，例如模具、航空零件等。
通过3D 刀具补偿技术，能够有效地提高加工质量和精度，降低零件的加工成本，提高生产效率。
在实际生产中，加工过程中会受到各种因素的影响，例如刀具磨损、加工热变形等，这些因素会导致实际加工结果与预期结果存在误差。
需要对3D刀具补偿后的加工结果进行检测和校正，以保证加工精度和质量。
3D刀具补偿后置处理方法一般包括以下几个步骤：首先是对加工结果进行检测，例如通过三坐标测量仪对加工后的工件进行检测，得到实际的加工结果；然后是对检测结果进行分析，找出存在的误差和问题；最后是对误差进行校正，例如通过数控编程对刀具轴向误差进行调整，或者对加工工艺参数进行优化。
3D刀具补偿后置处理方法主要应用于对复杂曲面零件进行加工后的质量控制和修正。
通过对加工结果进行检测和校正，能够保证加工精度和质量，提高加工效率和降低成本。
三、总结五轴数控加工中的3D刀具补偿技术是一项重要的加工技术，能够有效地提高加工精度和质量。
而3D刀具补偿后置处理方法则是对加工结果进行检测和校正，保证加工精度和质量的关键环节。
五轴数控加工3D刀具补偿及其后置处理方法
五轴数控加工3D刀具补偿及其后置处理方法五轴数控加工是一种高精度的加工方法，可以用来加工复杂形状的工件。
在五轴数控加工中，刀具的位置和方向会随着加工路径的变化而不断改变，因此需要进行刀具补偿来保证加工质量。
本文将介绍五轴数控加工3D刀具补偿及其后置处理方法。
介绍五轴数控加工中的刀具补偿方法。
刀具补偿是通过改变刀具的切削点位置或刀具半径，来使加工轮廓与设计轮廓相吻合的方法。
在五轴数控加工中，刀具的补偿主要有以下几种方式：1. 刀具半径补偿：根据加工路径的方向变化，改变刀具半径，使其与设计轮廓吻合。
刀具半径补偿可以通过在数控程序中设置补偿码来实现。
2. 刀具长度补偿：当刀具的长度影响到加工轮廓时，需要进行刀具长度补偿。
通常情况下，刀具长度补偿是通过改变切削点位置来实现的。
3. 刀尖半径补偿：在五轴数控加工中，刀尖半径的大小会影响到加工精度和表面质量。
为了保证加工精度，需要根据刀具的切削点位置和方向来进行刀尖半径补偿。
刀具补偿后置处理方法主要包括以下几个步骤：1. 加工路径生成：根据工件的CAD模型生成五轴数控加工路径。
加工路径应包括刀具移动轨迹和切削点位置信息。
2. 刀具补偿计算：根据加工路径和刀具补偿方法，计算出需要进行的刀具补偿量。
刀具补偿计算可以根据刀具运动方向、切削点位置和加工轮廓等因素进行。
3. 刀具补偿修正：根据刀具补偿计算结果，对加工路径和切削点位置进行修正。
修正后的加工路径和切削点位置应与设计轮廓相吻合。
4. 五轴数控加工：根据修正后的加工路径和切削点位置进行五轴数控加工。
在加工过程中，需要根据刀具补偿的要求调整刀具的位置和切削参数。
5. 加工后验证：对加工后的工件进行后验证，检查加工轮廓和尺寸是否符合设计要求。
如果不符合要求，则需要重新进行刀具补偿。
五轴数控加工3D刀具补偿及其后置处理方法
五轴数控加工3D刀具补偿及其后置处理方法五轴数控加工是一种高效、高精度的加工技术，可以实现复杂形状零件的加工。
但是，在加工过程中由于刀具的磨损和加工误差，会导致零件加工精度下降。
为了解决这一问题，需要对刀具进行补偿。
本文将介绍五轴数控加工中的3D刀具补偿及其后置处理方法。
一、3D刀具补偿原理3D刀具补偿是在五轴数控加工中，通过对刀具与工件的几何关系、刀具的运动轨迹以及数学模型进行研究，通过数学计算控制刀具运动轨迹，实现对零件形状误差的补偿，提高加工精度。
具体地说，3D刀具补偿可以分为两类：一类是基于机床坐标系的补偿方法，另一类是基于工件坐标系的补偿方法。
基于机床坐标系的补偿方法，是根据机床坐标系下的机器误差以及刀具在机床坐标系下的位置和姿态，利用数学模型对刀具运动轨迹进行计算，实现对零件加工误差的补偿。
基于工件坐标系的补偿方法，则是先采用编程加工零件的CAD模型，进行虚拟物理仿真，将仿真结果转化成机床加工指令，最后通过机床控制系统进行加工，实现对零件形状误差的补偿。
基于机床坐标系的3D刀具补偿，通常采用如下步骤：1.测量并记录刀具位置和姿态在加工之前，需要根据机床坐标系设置初始的刀具位置和姿态，并通过测量仪器进行精确的测量，记录刀具在机床坐标系下的位置和姿态。
2.建立刀具几何模型和数学模型针对不同类型的刀具，需要先建立其几何模型和数学模型。
几何模型可以通过三维建模软件来实现，而数学模型则是根据刀具所在位置、刀具直径、切削刃刃数、切削方向等参数进行计算。
3.计算刀具运动轨迹在进行加工时，通过数学模型将刀具的运动轨迹进行计算，并实时地对加工过程进行跟踪和监测，以便及时调整刀具的运动轨迹。
4.实施刀具补偿根据运动轨迹的计算结果，通过控制机床坐标系的变换关系，实施刀具补偿。
1.设置工件坐标系和CAD模型导入首先需要设置工件坐标系，然后导入工件的CAD模型，并进行虚拟物理仿真。
在仿真过程中，可以根据刀具与工件的碰撞及避让情况，进行刀具轨迹的计算和调整。
五轴数控加工3D刀具补偿及其后置处理方法
五轴数控加工3D刀具补偿及其后置处理方法五轴数控加工是一种高精度、高效率的加工方式，它可以在多个方向上对工件进行复杂的加工，提高了加工效率和加工质量。
在五轴数控加工中，刀具补偿是一个重要的环节，它可以保证加工效果的精度和质量。
在本文中，将介绍五轴数控加工中的刀具补偿技术以及其后置处理方法。
一、五轴数控加工3D刀具补偿原理五轴数控加工中的刀具补偿是指为了保证工件加工的精度，使得实际加工轨迹与数控编程轨迹重合而对刀具轨迹进行微调的技术。
在刀具加工过程中，由于刀具的磨损、工件材料的不均匀性等因素，会导致实际切削轨迹和编程轨迹产生偏差，而刀具补偿就是为了对这些偏差进行调整，使得工件加工的精度和质量达到要求。
五轴数控加工中的刀具补偿一般分为两种类型：磨具补偿和尺寸补偿。
磨具补偿是指在加工中对磨损的刀具进行补偿，保证了切削刃的尺寸和形状不变；而尺寸补偿则是在加工中对于工件材料的不均匀性进行调整，确保工件加工的精度和质量。
在实际的五轴数控加工中，需要通过传感器、测量仪器等设备实时监测刀具的状态和工件的加工情况，并根据监测结果对刀具进行及时的补偿调整，从而达到精确的加工效果。
在五轴数控加工中，刀具补偿一般可以采用以下几种方法：1. 在加工前进行预补偿在五轴数控加工中，可以通过预先编程的方式对刀具进行一定程度的预补偿，即通过加工前的数学分析和模拟，提前对刀具轨迹进行微调，从而避免加工过程中由于刀具磨损或工件材料不均匀性引起的加工误差。
通过预补偿的方法，可以有效地提高加工的精度和效率。
在五轴数控加工中，还可以通过对加工后的工件进行测量，对加工误差进行修正补偿。
即通过对工件进行三维测量，获取加工误差信息，并根据误差信息对数控编程进行修正，从而实现对加工误差的补偿。
修正补偿的方法可以在加工后对加工误差进行更加精确的纠正，确保加工效果的精度和质量。
在五轴数控加工中，除了刀具补偿技术，还需要对加工后的工件进行一些后置处理，以确保加工效果的稳定和一致性。
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五轴数控机床的后置处理算法与软件实现
该文以一种主轴复合摆动的五轴数控机床为对象，在分析了坐标系统之后，给出了联动时刀位轨迹的后置处理算法。
文中采用面向对象编程技术得到了五轴后置处理系统。
一、引言
床的各种运动都是执行特定数控指令的结果，完成一次加工过程需要连续执行一连串的数控指令，即数控程序。
在CAM，计算机辅助制造过程中，将CAD设计的模型，通过CAM软件模块计算产生刀位轨迹的整个过程称为前置处理。
在前置处理中，按照相对运动原理，将刀位轨迹计算统一在工件坐标系中进行，而不考虑具体机床结构及指令格式，从而简化系统软件。
即在CAM软件系统中进行刀位轨迹编程时，总假定工件是固定不动的，所以刀位文件（CLF）中给出的是在工件坐标系中刀具的位置数据，包括刀心点和刀轴矢量。
前置处理产生的是刀位文件（Cutter Location File），而不是数控程序。
因此，要获得数控机床加工程序，还需要将前置计算所得的刀位轨迹数据转换成具体机床的程序代码，该过程称为后置处理（Post-Processing）。
数控机床是加工复杂零件的现代化设备，多样化的结构是其发展的必然趋势。
由于五轴数控加工的复杂性，后置处理程序是必不可少的。
对于不同类型运动关系的数控机床，其后置处理又是不同的，因此有必要针对不同结构的机床建立其有效的后置处理程序。
本文作者以德马吉（DMG）DMU200P数控加工中心为对象，分析了它的机床结构和后置处理方法，并采用面向对象编程方法实现了其后置处理程序。
二、机床的坐标系统
ISO的规定，数控机床采用右手直角坐标系，其中平行于主轴的坐标轴定义为z轴，绕x、y、z轴的旋转坐标分别为A、B、C。
上述各坐标轴的运动可由工作台，也可以由刀具的运动来实现，但方向均以刀具相对于工件的运动方向来定义。
通常五轴联动是指x、y、z、A、B、
C中任意5个坐标的线性插补运动。
图1 DMU200P机床运动坐标系
如图1所示的是DMU200P机床的运动坐标系。
该机床的五轴由x、y、z、B、C组成，其中B、C方向都为刀具相对于工件运动的方向，C轴旋转是由工作台旋转实现的，故C轴的实际运动方向相反；B轴为主轴复合摆动，主轴在摆动过程中同时实现两个方向的摆动运动。
在图1中，β=45°，B轴可以实现0°～180°摆动。
在正常状态下，机床的刀轴指向与z 轴平行，B轴旋转180°后，刀轴方向与y轴平行。
二、机床运动学求解
在多轴数控编程时，CAD/CAM软件生成的刀位文件由工件坐标系的X、Y、Z和刀轴矢量i、j、k构成。
后置处理中的运动求解，主要包括转动角度计算和经过转动后的X、Y、Z值求解。
其中，转动角度计算就是把工件坐标系中的刀轴矢量分解为机床两个转动坐标。
假设工件坐标系Owxyz在加工开始运动前（B =0，C=0 ）与机床
标系Oxyz平行，则工件上任意点的刀心位置在工件坐标系中的坐标为（xw,yw,zw），刀轴
矢量为――工件坐标系中的单位矢量，设。
如图2中的ON表示任意刀轴经过平移后，在机床坐标系中的矢量。
图2 DMU200P角度计算
1.转动角度的计算
若将图2中的刀轴单位矢量ON首先绕Z轴旋转，再将旋转后的ON0单位矢量绕OP旋转，其中，N点和N0两点旋转过程分别形成的两个圆有交点M。
那么，刀轴矢量ON旋转到与Z轴方向一致时，需要经过以下两次旋转：（1）绕Z轴旋转到OM；（2）绕OP轴（B旋转轴）旋转B角度与Z轴重合。
根据图2中的向量关系，则有：
（1）
（2）由（1）、（2）两式向量关系得到：
（3）
（4）
同时根据向量关系，有：
（5）
因此，DMU200P运动角度为：
（6）
（7）直角坐标计算
随着五轴数控机床控制系统的研究与发展，已经实现了对旋转坐标转动之后的对刀具刀心点相对于工件位置的保持，即刀具中心管理功能（TCP）。
在DMU200P数控机床的HEIDENHAIN TNC430控制系统中，已经提供了实现该功能的M代码，从而由控制系统来给出经过B、C轴旋转之后的X、Y、Z坐标值。
此外，刀具中心管理功能的优点在于，可以减少因加工时装夹不同而造成的重复后置等问题。
三、后置处理程序的实现与应用
后置处理的主要内容包括：数控指令的输出、格式转换输出和机床运动学求解处理等方面的内容。
其中，数控系统控制指令的输出涉及到机床种类、机床配置、机床的定位、插补、主轴、进给、暂停、冷却、刀具补偿、固定循环、程序头尾输出等方面的控制；格式转换输出包括数据类型转换、字符串处理和输出地址字符等方面的内容；运动学算法处理即后置处理算法设计，主要针对多坐标加工时的坐标转换、机床运动学定义、跨象限处理和进给速度控制等几何运动变换计算。
后置处理过程原则上是解释执行，即每读出刀位数据文件中的一个完整的记录行，就根据所选机床进行坐标变换或文件代码转换，生成一个完整的数控程序段，并写到数控程序文件中，直到刀位数据文件结束。
采用面向对象技术，建立了记录刀位文件信息的数据结构和处理格式转换输出的方法，从而实现了后置处理系统，后置处理流程如图3所示。
图3 后置处理流程
后置处理程序由6个模块组成：刀位文件读入、后置参数设置、后置方式判断、数据转换、加工程序输出和数据显示模块组成。
其中，后置处理方式判断模块，实现对刀位文件是何种加工方式的判断；刀位文件读入模块则要根据刀位文件的特性，逐条读入刀轨中刀具中心的坐标值和刀轴向量值，以及刀位文件中所包含的其他信息；数据转换模块实现了后置处理算法中的角度计算以及必要的直线坐标值的计算。
基于面向对象的技术，使得我们在增加新的多轴后置处理系统时，只要对其中的数据转换模块进行变化，即可实现了多台多轴数控机床的后置处理的快速建立，实现了代码重用性。
图4给出了采用该后置处理系统在DMU200P数控机床上进行的应用，在窗口左侧显示的是刀位文件，右侧显示的是经过后置处理的NC数据文件。
标牌制作
图4 后置处理系统应用
四、结论
（1）本文围绕一种运动形式复杂的五轴数控机床的后置处理，进行了较为详细的运动学算法论述，并且实现了该机床的五轴后置处理的程序。
在该设备上的应用表明，采用该方法实现的后置处理系统是可靠有效的。
（2）采用面向对象技术实现的后置处理系统，能够满足工厂新增设备多轴后置处理系统的快速配置开发。