基于ESPRIT的DMG﹢CTX﹢Gamma﹢2000TC后置处理算法研究.pdf

精密制造与自动化 2016年第2期 11 基于 ESPRIT 的 DMG CTX Gamma 2000TC 后置 处理算法研究 范绍平（四川信息职业技术学院 机电工程系 四川广元 628040）摘 要 研究开发了 ESPRIT 软件 DMG CTX Gamma 2000TC 五轴车铣复合加工中心后置处理程序，并利用ESPRIT 软件编制了前拐臂曲面五轴加工程序，用编制的后置处理程序进行数控代码生成。经过实际验证，加工后前拐臂的尺寸精度和粗糙度均达到了设计要求，解决了前拐臂加工中的难点。关键词 ESPRIT 软件 五轴车铣复合加工 后置处理 复合加工是现代机械加工的发展方向，而车铣复合加工在复合加工领域中发展得较为完善。理论上五轴车铣复合机床，可以高效的完成各种复杂零件的加工，并有效控制产品质量，但实际应用中并不尽人意，其中主要原因是难以编制高质量的加工程序。ESPRIT 是由美国机械加工应用领域有很大影响的DP Technology技术公司开发的CAM软件产品,它集成了 20 多年的 G 代码编程经验、机加工知识和 CNC 经验。ESPRIT 在车铣复合加工程序编制方面尤为擅长。本文以 DMG CTX Gamma 2000TC 车铣复合加工中心为加工设备平台，以前拐臂的加工为实例，研究 ESPRIT 软件编程技术在五轴车铣复合加工中心的开发应用，如图 1 和图 2 所示。图图 1 前拐臂示意图前拐臂示意图 图图 2 五轴车铣复合加工五轴车铣复合加工机床机床 1 1 后置处理程序后置处理程序 1.1 1.1 后置处理介绍后置处理介绍 CAM 软件都是通用型的，不针对某种机床后置处理，必须针对机床结构和控制系统专门定制。数控机床均采用右手直角坐标系，在直角坐标系中三个线性运动轴分别为 X、Y、Z，三个回转运动轴分别为 A、B、C 三个回转轴分别绕 X、Y、Z 做回转运动。各线性运动轴、回转运动轴的方向均可按照右手法则进行确定。五坐标机床均具有三个线性运动和两个回转运动，根据实现运动的形式,可分为三大类，如图 3、图 4 和图 5 所示。DMG CTX 2000TC 五轴车铣复合机床，如图 6所示（以下简称 2000TC）属于第三类，该机床按照右手直角坐标系坐标系定义，其中通过 C 轴回转实现工作台回转，B 轴为摆动轴，范围为120。图图 3 双转台双转台示意图示意图 精密制造与自动化 2016年第2期 12 图图 4 双摆头双摆头示意图示意图 图图 5 一转台一转台、一摆头一摆头示意图示意图 图图 6 去掉外壳后的去掉外壳后的 2000TC 机床机床 1 1.2.2 图形变换的基本原理图形变换的基本原理 在 CAD/CAM 系统中，几何图形是最基本的单元。图形由图形的顶点坐标、顶点之间的拓扑关系以及组成图形的面和线的表达模型所决定。故图形的几何变换，终究可以转换为点的坐标变换。五轴加工后置处理算法中所涉及的坐标变换均是在三维空间中的。三维图形的几何变换最主要工作就是求解几何图形的变换矩阵 T3D。三维坐标变换有如下关系：p=x，y，z，1=pT3D=x y z 1 T3D，T3D=|abcpdefqijrlmns 其中 P（x,y,z）变换前点坐标，P(x,y,z)为变换后点坐标，T3D为变换矩阵。从变换功能上可将 T3D分为四个子矩阵，如图 7 所示，分别产生投影变换，平移变换，比例变换以及比例、旋转、错切变换。从 2000TC 机床结构布置可知，该机床后置处理中涉 X、Y、Z 三坐标轴坐标平移和绕 Y 轴/Z 轴坐标旋转。下面即为三维空间中坐标平移变换和旋转变换矩阵与点坐标间关系。图图 7 投影示意图投影示意图 平移变换：若点 P(x,y,z)是由点 P（x,y,z）在 x,y 和 z 轴方向分别移动距离x,y和z得到的，则这两点间的坐标关系为：x=x+x y=y+y z=z+z xyz1=x y z 1=|100001000010 xyz1 旋 转 变 换：设 给 定 点 的 坐 标 为(x,y,z)=(rcos,rsin,z)，则它绕 Z 轴旋转a角后，得点(x,y,z)，则 x=rcos(+a)=xcosa-ysina y=rsin(+a)=xcosa+ysina z=z 所以，旋转变换对应的变换矩阵为：TRZ=|cosasina00-sinacosa0000100001 同理绕 Y 轴旋转的变换矩阵为：TRY=|cosa0-sina00100sina0cosa00001 范绍平 基于 ESPRIT 的 DMG CTX Gamma 2000TC 后置处理算法研究 13 1 1.3.3 2000TC2000TC 后置处理算法后置处理算法 2000TC 为转台转动的 B、C 轴形式的坐标轴正交五轴车铣复合机床，其中转台转动