立式车铣复合五轴机床后置处理方法、装置、设备及介质与流程

1.本技术涉及数控机床控制技术领域，尤其是涉及一种立式车铣复合五轴机床后置处理方法、装置、设备及介质。


背景技术：

2.立式车铣复合五轴机床作为轴类、回转类、叶盘类等工件的必要加工手段，具有工序集中、精度高等优势。但是这类机床的加工程序不同于普通的铣床或车床。常规的数控车床一般只有x、z两个轴，加工程序是简单的平面二维程序，加工功能也比较单一。而立式车铣复合五轴机床在车削模式下有x、z、b三轴动作，进一步又可分为定轴车削和联动车削两种工作模式，其加工功能要求多样化，加工范围、加工精度、加工效率均有提升，相应的动作控制也比较复杂。
3.由于立式车铣复合五轴机床的功能要求更多、运动复杂，需要更高级的cam软件(如nx、mastercam)来规划刀具路径，也就是设计刀具路径规划文件，简称刀位文件，但这些cam软件输出的刀具路径(刀位文件)无法直接在机床使用，需要通过专用的后置处理程序和方法进行相应的处理转换，将cam软件输出的刀具路径(刀位文件)转换为立式车铣复合五轴机床能够识别的g代码文件。


技术实现要素：

4.为了根据定轴车削或联动车削的刀具路径，生成能被立式车铣复合五轴机床识别并运行的g代码文件，本技术提供一种立式车铣复合五轴机床后置处理方法、装置、设备及介质。
5.本技术提供的一种立式车铣复合五轴机床后置处理方法、装置、设备及介质，采用如下的技术方案：一方面，一种立式车铣复合五轴机床后置处理方法，包括以下步骤：s1获取刀位文件信息，所述刀位文件信息包括工件坐标系信息和多个按加工时序排列的刀位点信息，所述刀位点信息包括刀具矢量；s2判断所述刀位文件信息中的多个所述刀具矢量是否一致；s3若全部所述刀具矢量一致，则采用定轴车削模式处理方法对所述刀位文件信息进行处理，得到车刀定位指令和定轴加工控制指令，根据所述车刀定位指令和定轴加工控制指令撰写g代码文件；s4若至少两个所述刀具矢量不一致，则采用联动车削模式处理方法对所述刀位文件信息进行处理，得到联动加工控制指令，根据所述联动加工控制指令撰写g代码文件。
6.通过采用上述技术方案，根据刀位文件中的多个刀位点信息，多个刀位点信息的刀具矢量均一致，表明切削过程中，车刀相对于工件的方向保持不变，则将该刀位文件判定为定轴车削工作模式，采用定轴车削模式处理方法对刀位文件进行处理；多个刀位点信息的刀具矢量不一致，表明切削过程中，车刀相对于工件的方向是变化的，则将该刀位文件判
定为联动车削工作模式，采用联动车削模式处理方法对刀位文件进行处理。通过对多个刀位点信息中刀具矢量是否一致进行判断，即可判别该刀位文件对应的切削模式，然后对其采用对应的处理方法，进行定轴或联动转换，便于快速对刀位文件进行后续处理，实现加工程序的生成，将刀位文件转换为立式车铣复合五轴机床能够识别的g代码文件。
7.可选的，步骤s3中“采用定轴车削模式处理方法对所述刀位文件信息进行处理”包括以下步骤：s31所述刀具矢量的长度为1，根据所述刀具矢量在所述工件坐标系中z轴上的分量k，得到b轴的回转角度b=arccos（k），0
°
≤b≤180
°
；s32基于所述b轴的回转角度b，根据数控系统的车刀定位语法，对每一所述刀位点信息生成对应的车刀定位指令。
8.通过采用上述技术方案，根据刀具矢量在工件坐标系中z轴上的分量k，arccos（k）为车刀与工件坐标系中z轴的角度，机床为工作台回转机床，工件固定于c轴上，车刀相对机床床身的角度固定不动，b轴的回转即可引起车刀与工件之间相对角度的变化，因此，arccos（k）即b轴的回转角度，如此可通过将刀位文件中的刀具矢量在工件坐标系中z轴上的分量k，转化为b轴的回转角度，从而控制b轴的回转。
9.可选的，所述车刀定位指令为cycle800(0,“ctb”,111,54,,,,b,0,,,,,,100,1)，其中，b为b轴1的回转角度。
10.通过采用上述技术方案，x轴和z轴的工件坐标零点设置在c轴回转中心，可应用cycle800，cycle800固定循环可以实现工件坐标转换功能，该行指令可被机床识别，启用机床数控系统的b轴回转功能，使数控机床内的车刀方向与工件之间的相对方向与刀位文件中规划的方向一致。
11.可选的，步骤s32之后还包括：s33所述刀位点信息还包括刀尖位置，基于所述刀尖位置在所述工件坐标系中x轴上的位置分量x、在所述工件坐标系中z轴上的位置分量z，结合进给率f辅助指令，根据数控系统的加工控制语法，对每一所述刀位点信息生成对应的定轴加工控制指令。
12.通过采用上述技术方案，转换生成的加工控制指令与车刀定位指令，共同组成g代码文件，能够被机床识别，可生成立式车铣复合五轴机床进行b轴固定角度的定轴车削的x、z两轴插补的加工程序。
13.可选的，所述定轴加工控制指令为g01 xx zz g95 ff，其中，x为所述刀尖位置在所述工件坐标系中x轴上的位置分量，z为所述刀尖位置在所述工件坐标系中z轴上的位置分量，f为进给率。
14.通过采用上述技术方案，控制车刀按指定切削的进给速度，按给定的x坐标和z坐标，对工件进行切削。
15.可选的，步骤s4中“采用联动车削模式处理方法对所述刀位文件信息进行处理”包括以下步骤：s41所述刀具矢量的长度为1，根据所述刀具矢量在所述工件坐标系中z轴上的分量k，得到b轴的回转角度b=arccos（k），0
°
≤b≤180
°
；s42所述刀位点信息还包括刀尖位置，根据b轴的回转角度b、所述刀尖位置在所述工件坐标系中x轴上的位置分量x、在所述工件坐标系中z轴上的位置分量z，结合进给率f辅
助指令，生成联动加工控制指令。
16.通过采用上述技术方案，可生成立式车铣复合五轴机床进行带b轴联动车削的x、z、b三轴插补的加工程序。
17.可选的，所述联动加工控制指令为g01 xx zz bb g95 ff，其中，x为所述刀尖位置在所述工件坐标系中x轴上的位置分量，z为所述刀尖位置在所述工件坐标系中z轴上的位置分量，b为b轴的回转角度，f为进给率。
18.通过采用上述技术方案，控制车刀按指定切削的进给速度，按给定的x坐标、z坐标和b轴回转角度，对工件进行切削。
19.第二方面，一种立式车铣复合五轴机床后置处理装置，包括：刀位文件信息获取模块，用于获取刀位文件信息模块，所述刀位文件信息包括工件坐标系信息和多个按加工时序排列的刀位点信息，所述刀位点信息包括刀具矢量；判断模块，用于判断所述刀位文件信息中的多个所述刀具矢量是否一致；定轴车削模式处理模块，用于在多个所述刀具矢量一致时，采用定轴车削模式处理方法对所述刀位文件信息进行处理，得到车刀定位指令和定轴加工控制指令，根据所述车刀定位指令和定轴加工控制指令撰写g代码文件；联动车削模式处理模块，用于在多个所述刀具矢量不一致时，采用联动车削模式处理方法对所述刀位文件信息进行处理，得到联动加工控制指令，根据所述联动加工控制指令撰写g代码文件。
20.通过采用上述技术方案，能够根据刀位文件所描述的相关信息，对其进行定轴或联动转换，实现加工程序的生成，转换生成机床能识别和执行的g代码文件，发挥立式车铣复合五轴机床工序集中、精度高等优势，扩展了五轴机床加工范围、加工精度以及加工效率。
21.第三方面，一种终端设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现如上任一项所述的立式车铣复合五轴机床后置处理方法。
22.通过采用上述技术方案，能够根据刀位文件所描述的相关信息，对其进行定轴或联动转换，实现加工程序的生成，转换生成机床能识别和执行的g代码文件，发挥立式车铣复合五轴机床工序集中、精度高等优势，扩展了五轴机床加工范围、加工精度以及加工效率。
23.第四方面，一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序；其中，所述计算机程序在运行时控制所述计算机可读存储介质所在的设备执行如上任一项所述的立式车铣复合五轴机床后置处理方法。
24.通过采用上述技术方案，能够根据刀位文件所描述的相关信息，对其进行定轴或联动转换，实现加工程序的生成，转换生成机床能识别和执行的g代码文件，发挥立式车铣复合五轴机床工序集中、精度高等优势，扩展了五轴机床加工范围、加工精度以及加工效率。
25.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：1、通过对多个刀位点信息中刀具矢量是否一致进行判断，即可判别该刀位文件对应的切削模式，然后对其采用对应的处理方法，进行定轴或联动转换，便于快速对刀位文件
进行后续处理，将刀位文件转换为立式车铣复合五轴机床能够识别的g代码文件。
26.2、机床为工作台回转机床，工件固定于c轴上，车刀相对机床的角度固定不动，可通过将刀位文件中的刀具矢量在工件坐标系中z轴上的分量k，转化为b轴的回转角度，从而控制b轴的回转。
27.3、根据b轴的回转角度，生成对应的车刀定位指令；根据刀尖位置的坐标，结合进给率f辅助指令，生成对应的加工控制指令，加工控制指令与车刀定位指令，共同组成g代码文件，能够被机床识别，可生成立式车铣复合五轴机床进行b轴固定角度的定轴车削的x、z两轴插补的加工程序。
28.4、根据b轴的回转角度b、所述刀尖位置在所述工件坐标系中x轴上的位置分量x、在所述工件坐标系中z轴上的位置分量z，结合进给率f辅助指令，生成加工控制指令，根据加工控制指令写g代码文件，可生成立式车铣复合五轴机床进行带b轴联动车削的x、z、b三轴插补的加工程序。
附图说明
29.图1是本技术实施例中立式车铣复合五轴机床和车刀的结构示意图；图2是本技术实施例中立式车铣复合五轴机床后置处理方法的流程图；图3是本技术实施例中立式车铣复合五轴机床后置处理装置的结构框图。
30.附图标记说明：100、机床；1、b轴；2、c轴；3、刀尖位置；4、刀具矢量；200、机床坐标系；300、工件坐标系；400、工件；500、车刀；600、立式车铣复合五轴机床后置处理装置；10、刀位文件信息获取模块；20、判断模块；30、定轴车削模式处理模块；40、联动车削模式处理模块。
具体实施方式
31.以下结合附图1-3对本技术作进一步详细说明。
32.本技术实施例公开一种立式车铣复合五轴机床后置处理方法，用于解决立式车铣复合五轴机床100进行带b轴1的定轴车削或联动车削的x、z、b三轴插补的数控加工程序转换问题。参照图1，五轴机床100包括三个移动轴x轴、y轴、z轴和两个旋转台（第一旋转台和第二旋转台），第一旋转台是绕机床坐标系200中的y轴旋转的b旋转轴（b轴1），第二旋转台是与b轴1相垂直的c轴2。
33.参照图1和图2，立式车铣复合五轴机床后置处理方法包括以下步骤：s1获取刀位文件信息，刀位文件信息包括工件坐标系300信息和多个按加工时序排列的刀位点信息。
34.本实施例中，工件坐标系300与刀位文件中刀位点的坐标系重合，以b轴1的回转轴线方向为工件坐标系300的y轴方向，c轴2的回转轴线方向为z轴方向，位于b轴1所在平面且与z轴相垂直的方向为x轴方向。刀位点信息包括刀尖位置3和刀具矢量4，刀尖位置3和刀具矢量4以工件坐标系300为基准，刀具矢量4可反映在工件坐标系300下车刀500的方向。
35.示例性的，其中一刀位点信息（x,y,z,i,j,k）为：got0/151.9739,0.0000,165.2333,0.0146155,0.0000000,0.9998932。
36.其中，刀尖位置3中x,y,z的坐标为151.9739,0.0000,165.2333，x为刀尖位置3在
工件坐标系300中x轴上的位置分量，y为刀尖位置3在工件坐标系300中y轴上的位置分量，z为刀尖位置3在工件坐标系300中z轴上的位置分量。刀具矢量4中i,j,k为0.0146155,0.0000000,0.9998932，i为刀具矢量4在工件坐标系300中x轴上的分量，j为刀具矢量4在工件坐标系300中y轴上的分量，k为刀具矢量4在工件坐标系300中z轴上的分量。刀具矢量4的长度自动为1，即i2 j2 k2=1，并且j在车削类型的刀位文件中始终为0。
37.s2判断刀位文件信息中的多个刀具矢量4是否一致。
38.s3若全部刀具矢量4一致，则判定该刀位文件为定轴车削模式，采用定轴车削模式处理方法对刀位文件信息进行处理，得到车刀定位指令和定轴加工控制指令，根据车刀定位指令和定轴加工控制指令撰写g代码文件；具体的，“采用定轴车削模式处理方法对刀位文件信息进行处理”包括以下步骤：s31刀具矢量4的长度为1，根据刀具矢量4在工件坐标系300中z轴上的分量k，得到b轴1的回转角度b=arccos（k），0
°
≤b≤180
°
。
39.可以理解的，参照图1，机床100为工作台回转机床，工件400固定于c轴2上，在定轴切削过程中，车刀500相对于机床床身的方向均保持不变，通过控制b轴1的转动，带动工件400转动，实现车刀500与工件400之间相对角度的变化，因此通过控制b轴1的回转即可引起车刀500与工件400之间相对角度的变化。根据刀具矢量4在工件坐标系300中z轴上的分量k，arccos（k）为车刀500与工件坐标系300中z轴的角度，因此，arccos（k）即b轴1的回转角度，如此可通过将刀位文件中的刀具矢量4在工件坐标系300中z轴上的分量k转化为b轴1的回转角度，从而控制b轴1的回转，使数控机床100内的车刀500方向与工件400之间的相对方向与刀位文件中规划的刀具矢量方向一致。
40.s32基于b轴1的回转角度b，根据数控系统的车刀定位语法，对每一刀位点信息生成对应的车刀定位指令。车刀定位指令为cycle800(0,“ctb”,111,54,,,,b,0,,,,,,100,1)，其中，b为b轴1的回转角度，cycle800固定循环可以实现工件坐标系300坐标转换功能，该行指令可被机床100识别。
41.s33基于刀尖位置3在工件坐标系300中x轴上的位置分量x、在工件坐标系300中z轴上的位置分量z，结合进给率f辅助指令，根据数控系统的加工控制语法，对每一刀位点信息生成对应的定轴加工控制指令。
42.s34根据定轴加工控制指令与车刀定位指令，撰写g代码文件。
43.本实施例中，定轴加工控制指令为g01 xx zz g95 ff，其中，x为刀尖位置3在工件坐标系300中x轴上的位置分量，z为刀尖位置3在工件坐标系300中z轴上的位置分量，f为进给率。g01是数控加工技术指令中的直线插补指令，当然，也可以生成其他定轴加工控制指令，如主轴旋转、冷却液开关、圆弧插补等，此为常规技术，转换生成的定轴加工控制指令与车刀定位指令，共同组成g代码文件，能够被机床100识别，使车刀500对工件400的指定位置进行切削。除了上述定轴加工控制指令，定轴加工控制指令还可以将g95写在前面，起到续效的作用，可避免重复写g95。
44.示例性的，一例定轴车削g代码文件的程序片段为：
…
g95
…
cycle800(0,“ctb”,111,54,,,,12.1,0,,,,,,100,1)
…
g01 x151.9739 z165.2333 f0.1x152 z166.4
…
m30s4若至少两个刀具矢量4不一致，则判定该刀位文件为联动车削模式，采用联动车削模式处理方法对刀位文件信息进行处理，得到联动加工控制指令，根据联动加工控制指令撰写g代码文件。
45.具体的，“采用联动车削模式处理方法对刀位文件信息进行处理”包括以下步骤：s41刀具矢量4的长度为1，根据刀具矢量4在工件坐标系300中z轴上的分量k，得到b轴1的回转角度b=arccos（k），0
°
≤b≤180
°
；s42根据b轴1的回转角度b、刀尖位置3在工件坐标系300中x轴上的位置分量x、在工件坐标系300中z轴上的位置分量z，结合进给率f辅助指令，生成联动加工控制指令，联动加工控制指令为g01 xx zz bb g95 ff，其中，x为刀尖位置3在工件坐标系300中x轴上的位置分量，z为刀尖位置3在工件坐标系300中z轴上的位置分量，b为b轴1的回转角度，f为进给率。g01是数控加工技术指令中的直线插补指令。
46.通过将刀位文件中的刀具矢量4转换为b轴1的回转角度，沿用刀位文件中的刀尖位置3的x、z坐标，通过g95设定每转进给率，控制车刀500按指定切削的进给速度，按给定的x坐标、z坐标和b轴1回转角度，对工件400进行切削。除了上述联动加工控制指令，联动加工控制指令还可以将g95写在前面，起到续效的作用，可避免重复写g95。
47.示例性的，一例联动车削的g代码文件的程序片段为：
…
g95
…
traori
…
g01 x151.9739 z165.2333 b12.1 f0.1x152 z166.4 b13.5423
…
trafoofm30本技术实施例一种立式车铣复合五轴机床后置处理方法的实施原理为：由cam软件设计出来的功能更加齐全、更加成熟的刀位文件，规划了定轴车削或联动车削的刀具路径，该类刀位文件需要由专用的后置处理程序和方法进行转换处理，生成立式车铣复合五轴机床100能够识别并运行的g代码文件，才能够发挥其效用。立式车铣复合五轴机床100包括定轴车削和联动车削两种工作模式，针对不同工作模式，需要采用不同的处理方法。
48.根据刀位文件中的多个刀位点信息，多个刀位点信息的刀具矢量4均一致时，表明切削过程中，车刀500的方向保持不变，则将该刀位文件判定为定轴车削工作模式，采用定轴车削模式处理方法对刀位文件进行处理。通过将刀位文件中的刀具矢量4转换为b轴1的回转角度，生成车刀定位指令，沿用刀位文件中的刀尖位置3的x、z坐标，通过g95设定每转进给率，生成定轴加工控制指令，根据车刀定位指令和定轴加工控制指令撰写g代码文件，g代码文件可被机床100识别，控制车刀500按指定切削的进给速度，按给定的x坐标、z坐标和
b轴1回转角度，对工件400进行切削。
49.至少两个刀位点信息的刀具矢量4不一致时，表明切削过程中，车刀500的方向是变化的，则将该刀位文件判定为联动车削工作模式，采用联动车削模式处理方法对刀位文件进行处理。通过将刀位文件中的刀具矢量4转换为b轴1的回转角度，生成车刀定位指令，沿用刀位文件中的刀尖位置3的x、z坐标，通过g95设定每转进给率，生成联动加工控制指令，根据联动加工控制指令撰写g代码文件，g代码文件可被机床100识别，控制车刀500按指定切削的进给速度，按给定的x坐标、z坐标和b轴1回转角度，对工件400进行切削。
50.基于上述方法，本技术实施例还公开一种立式车铣复合五轴机床后置处理装置600。
51.参照图2，一种立式车铣复合五轴机床后置处理装置600主要包括：刀位文件信息获取模块10，用于获取刀位文件信息模块，刀位文件信息包括工件坐标系300信息和多个按加工时序排列的刀位点信息，刀位点信息包括刀具矢量4；判断模块20，用于判断刀位文件信息中的多个刀具矢量4是否一致；定轴车削模式处理模块30，用于在全部刀具矢量4一致时，采用定轴车削模式处理方法对刀位文件信息进行处理，得到车刀定位指令和定轴加工控制指令，根据所述车刀定位指令和定轴加工控制指令撰写g代码文件；联动车削模式处理模块40，用于在至少两个刀具矢量4不一致时，采用联动车削模式处理方法对刀位文件信息进行处理，得到联动加工控制指令，根据所述联动加工控制指令撰写g代码文件。
52.本技术实施例还公开一种终端设备。
53.具体来说，该终端设备包括存储器和处理器，存储器上存储有能够被处理器加载并执行上述立式车铣复合五轴机床后置处理方法的计算机程序。
54.本技术实施例还公开一种计算机可读存储介质。
55.具体来说，该计算机可读存储介质，其存储有能够被处理器加载并执行如上述立式车铣复合五轴机床后置处理方法的计算机程序，该计算机可读存储介质例如包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-onlymemory，rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
56.本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。