五轴复合激光加工机床后置处理方法的研究

    采用CAD/CAM软件进行自动编程时，按规定均视工件不动，由刀具运动来完成加工动作，刀具轨迹经过处理可得到一个不针对具体机床的刀位文件。在多轴加工中，CAD/CAM软件生成的刀位文件中包含刀具参考点坐标值和刀轴矢量。在实际机床上，运动的实现方式各不相同，有的运动由工作台实现，而有的运动由刀具实现。在只有三直线轴(X，Y，Z)联动的情况下，编程员一般不需关心是工作台运动还是刀具运动，因为机床厂家均按国际标准来定义机床的坐标系及其运动方向。而对于包括回转轴运动（刀具摆动、工作台回转）的多轴联动，这就要求后处理程序针对不同情况进行不同的计算将刀位文件中刀具轨迹坐标转换为机床坐标及相应的回转角度，并通过代码转换将它们转换成所用数控机床能执行的数控程序。然而，目前大多数CAD/CAM软件只配备通用后置处理模块，生成的代码需要进行大量修改才能使用，甚至在一些情况下生成的代码根本无法满足使用要求。因此，根据具体的数控机床特进行二次开发是非常必要的。本文以5LC五轴联动激光加工机为例，通过分析双转台五轴数控运动学模型，推导出该类机床后置处理转角计算公式、坐标转换计算公式，在此基础上开发出了适用于该五轴数控机床专用后置处理程序。

1 五轴数控机床的机床运动学分析

    5LC五轴复合激光加上机的运动轴包括三个移动轴X、Y、Z和两个转动轴A、C，其中回转轴A、C的轴线交于一点。机床运动学分析就是根据在工件坐标系下给出的加工点的坐标值(X_p，Y_p，Z_p)及激光头轴线与Xw轴和Yw轴的夹角α₁、α₂，求出机床各坐标轴的驱动量X、Y、Z、A、C。

    下面介绍利用刀位算法进行5LC激光加工机运动学求解析，建立机床运动坐标系如图1所示。

    ∑O——机床坐标系，基坐标系；

    ∑O_r——工作台坐标系，原点O_r为回转轴C与倾斜轴A两轴线的交点；

    ∑O_w——工件坐标系；

    图1 机床运动学模型

    ∑O_p——激光刀具上参考点坐标系，z_p与刀具轴线方向相同；

    ∑O_t——激光头坐标系坐标系，其原点设在激光头中心点上，与焦点之间的距离为d，坐标轴方向与机床坐标系一致。

    建立刀位算法的串联矩阵为：

    ^oT_t为机床坐标系到激光头坐标系的变换阵。