五轴数控机床中的坐标变换.pdf

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1、第!+卷第.期河南广播电视大学学报=16$!+CD1$.#""%年-月012345617(845495:;1<’=>4;?83@;AB)2E$#""%五轴数控机床中的坐标变换张传生!，张安清#（!$安阳第二机床厂，河南安阳%&&"""；#$安阳机床集团有限公司，河南安阳%&&"""）摘要：通过分析五轴联动数控加工机床结构，建立了五轴数控加工机床模型。根据刀位文件（刀心坐标和刀轴矢量），利用坐标变换原理，推导出了坐标变换公式，得到了机床角度分配和刀心在机床坐标系中的位置，从而为从刀具轨迹到数控代码生成提供了方法。关键词：五坐

2、标；数控；坐标转换中图分类号：’(!#文献标识码：)文章编号：!*+!,#-*#（#""%）".,%+,"#一、引言件坐标系——机床坐标系），即根据机床具体结构计算五轴联动数控系统是目前数控技术中难度最大、各运动坐标轴位置。在本文中机床结构以图!为例，机应用范围最广的技术，它集计算机控制、伺服驱动和床有三个直线运动轴（!，"，#）和两个回转运动轴（$，精密技术于一体，对于诸如螺旋桨、涡轮叶片、螺旋%），通过五坐标的联动实现复杂螺旋面的切削加工。锥齿轮等质量要求很高的复杂曲面的高效、精密、自坐标变换就是根据刀位计算所得的刀心

3、坐标（&’，(动化加工是不可或缺的技术。该系统包括基本参数输)’，*’）、刀轴矢量+和两坐标系原点的距离,来求解加((入、刀位轨迹计算和后置处理三个子系统，而后置处工机床的坐标值!，"，#，$，%。为完成坐标变换需建立理中的坐标变换是该技术中的核心技术。本文根据作两个坐标系，设工件坐标系为!-.｛/-，0-，1-，2-｝，工件者长期的工作经验，经严密理论推导，给出一种较为可绕坐标轴!转动角，绕坐标轴"转动角，机床运动坐简单且实用的坐标变换方法。从而避免了常规后置处标系为!3｛/3，03，13，23｝，/-/3.,。对于工件

4、坐标系!-理中的坐标变换所存在的两个缺点：第一，要求编程中刀具的任一位置和姿态，工件轴线与刀尖平面03/313人员要有一定的软件编程经验。第二，对设计好的后的夹角为!，工件倾斜角为"，则转角%.!，转角$."，这处理程序进行修改很困难。使得编程人员能方便地对样将刀具的运动转换为平面03/313内的平移运动。由刀特定的数控机床编制后置处理程序，大大减少了设计位轨迹计算得到刀心4"在工件坐标系中的位置为（&’(，过程中所需的描述量。)’(，*’(），刀轴矢量+（单位矢量）在工件坐标系中为（+&，+二、坐标变换的原理与算法)，+

5、*）。为了变换方便，建立辅助坐标系!!｛/!，0!，1!，2!｝我们在计算刀具轨迹时，采用的是工件坐标系（即工件不动，刀具相对于工件运动），而在实际加工中使用的是机床坐标系（即工件运动）。因此，我们在利用计算机生成刀具轨迹数据文件后，必须进行坐标变换（工收稿日期：#""%,"&,!+作者简介：张传生（!/*%,），男，安阳第二机床厂工程师；张安清（!/**,），男，安阳机床集团有限公司技术部工程师。·:;·河南广播电视大学学报!""#年与床身固连，其坐标轴!"与工件轴线#重合，坐标轴$"与坐标系!&到坐标系!%奇次变换矩阵

6、."%为：坐标系!%的轴$%重合，如图!所示。其它结构形式的机"*01%-4123%-%床可参照图!建立自己的坐标系。(-&--&."%’(&经刀位计算产生的刀位数据是在工件坐标系中数((123%-*01%-&&据，要将这些数据转化为"#数据，除了对刀位点做坐$---&’标平移变换外，还需使刀轴矢量转到与刀具轴线同向的位工件坐标系原’&点平移到机床坐标系原点’%位置置，也就是将图!中工件坐标系!&中刀具相对于工件的位的变换矩阵.;&;%为：置和姿态，转换为下列参数：!刀具中心’(在机床坐标系中的位置；"工件的旋转角)；#工

7、件和刀尖平面"!!!&---%之间的夹角*。(-&--&.;&;%’(&为了计算方便，将刀轴矢量规格化为单位矢量，并((--&-&&移到工件坐标原点，如图$所示。$<·*01%-<·123%&’将、.&"、."%、.;&;%带入（"）式得："*01%-4123$-%(123$123%*01$123$*01$-&5’(&*01$123%4123$*01$123$-(&%%$<*01%6<*01$123%4<123$123%4<123%*01%6<*01$123%*01%&’因此，刀心6-在机床坐标系!%中的位置矢为：（8%，

8、9%，:%，&）’（2(-，/(-，4(-，&）·.利用式+-$，*-%将其展开得：%)8%-2(-*01*3/(-123+123*34(-*01+123*3<*01*3+在图%中刀具轴线垂直于平面!%’%$%，为了使刀轴+%+<*01+123*矢量与刀具轴线平行，需将工件坐标系!&绕轴!&逆时*9%-