西門子840d五軸聯(lián)動(dòng)刀具補(bǔ)償及應(yīng)用

1、西門子840D五軸聯(lián)動(dòng)刀具補(bǔ)償及應(yīng)用唐建明卞進(jìn)澤(江蘇多棱數(shù)控機(jī)床股份有限公司，江蘇常州213012)摘要：通過對(duì)刀具軸、刀具補(bǔ)償、坐標(biāo)變換的分析研究，介紹了五軸聯(lián)動(dòng)刀具補(bǔ)償?shù)睦碚摷皯?yīng)用。關(guān)鍵詞：刀具軸、刀具補(bǔ)償、坐標(biāo)變換1五軸聯(lián)動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式及其轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)臺(tái)主從關(guān)系五軸聯(lián)動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式及其轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)臺(tái)主從關(guān)系五軸聯(lián)動(dòng)對(duì)葉輪、蝸輪、桁架的加工可以做到一次成型，加工效率高。它改變了以往三軸機(jī)床的由點(diǎn)成面、由線成面的加工方法，而且被加工零件的表面質(zhì)

2、量好、精度高。對(duì)復(fù)雜曲面只要指定刀具軸與零件曲面表面的位置關(guān)系，就可使復(fù)雜曲面的加工過渡光滑、不干涉、不過切，滿足曲面的要求。要能夠正常使用五軸聯(lián)動(dòng)就必須使五軸刀具補(bǔ)償生效。五軸聯(lián)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軸是根據(jù)所圍繞的線性軸而確定的。繞X軸旋轉(zhuǎn)的為A軸，繞Y軸旋轉(zhuǎn)的為B軸，繞Z軸旋轉(zhuǎn)的為C軸，其旋轉(zhuǎn)方向根據(jù)所對(duì)應(yīng)的線性軸的正方向按右手定則確定當(dāng)然旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)向也可不按右手定則而由系統(tǒng)中旋轉(zhuǎn)方向的參數(shù)設(shè)定。通常根據(jù)轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)臺(tái)的組成情況大致可把五軸聯(lián)動(dòng)分成

3、三種結(jié)構(gòu)型式：（a）兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸；（b）兩個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)；（c）一個(gè)轉(zhuǎn)軸加一個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)。在確定了結(jié)構(gòu)型式后旋轉(zhuǎn)軸的主從關(guān)系也隨之確立，如表1所示：表1五軸聯(lián)動(dòng)的三種旋轉(zhuǎn)類型[2]（Table1.Threerotationoptionsof5axismachining）結(jié)構(gòu)形式主從關(guān)系旋轉(zhuǎn)形式第一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸C（主）（a）第二個(gè)旋轉(zhuǎn)軸A（從）刀具軸旋轉(zhuǎn)第二個(gè)旋轉(zhuǎn)臺(tái)B（從）（b）第一個(gè)旋轉(zhuǎn)臺(tái)C（主）工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)刀具軸旋轉(zhuǎn)A（主）（c）工作臺(tái)面旋轉(zhuǎn)C（從

4、）混合旋轉(zhuǎn)表1中（a），（b），（c）的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸（臺(tái)）的上下關(guān)系即為實(shí)際結(jié)構(gòu)中的上下順序如圖1所示。圖3（a）為機(jī)床坐標(biāo)系；（b）為C軸在零位，A軸擺動(dòng)角度?A時(shí)Z、Y軸的變化；（c）為A、C擺動(dòng)后的X、Y變化?？梢夾、C軸擺動(dòng)后X、Y、Z軸產(chǎn)生的移動(dòng)分別為Nx、Ny、Nz。?A、?C為A、C軸的實(shí)際角度，經(jīng)過上述推算在刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償生效時(shí)，設(shè)A、C軸移動(dòng)的角度為?A、?C，則X、Y、Z的移動(dòng)補(bǔ)償量為–NxNyNZ。在西門子系統(tǒng)中將五軸

5、刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償稱為位置變換（坐標(biāo)變換）即在激活補(bǔ)償?shù)那闆r下，使加工面垂直于刀具軸的方向，從而根據(jù)矩陣變換方程計(jì)算出相應(yīng)的X、Y、Z軸的補(bǔ)償分量變換矩陣如下：1000cos?Csin?C000cos?Asin?A0sin?Ccos?C00Tx=0sin?Acos?A0Tz=001000010001注：Tx為繞x軸的旋轉(zhuǎn)距陣，Tz為繞z軸的旋轉(zhuǎn)距陣。To=[00R1]刀具補(bǔ)償?shù)某跏挤至吭赯方向上。Tk=ToTxTz=[sin?Asin?CRs

6、in?Acos?CRcos?AR1]Tm=ToTkTm為A、C軸擺動(dòng)后X、Y、Z軸產(chǎn)生的移動(dòng)量，即Tm即為刀具的補(bǔ)償量。3、實(shí)際應(yīng)用中數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定、實(shí)際應(yīng)用中數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定根據(jù)刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償?shù)脑?，參考西門子的參數(shù)說明進(jìn)行相關(guān)參數(shù)設(shè)定。首先要選擇刀具補(bǔ)償?shù)念愋停ㄈ绫?）。表2萬能銑頭補(bǔ)償類型選擇表[2]（Table2Compensationlistofuniversalmiller）第一旋轉(zhuǎn)軸第二旋轉(zhuǎn)軸補(bǔ)償類型刀具軸初始位置AA