0 引言

　　隨著當今時代的發展，數控技術的廣泛應用。刀具半徑補償功能已在二軸聯動的數控系統中實現，且廣泛應用于二維輪廓加工中。但，刀具半徑補償功能在多軸(三軸以上)聯動數控系統中卻未能較好的實現。尤為突出的是在五軸聯動數控系統中，因為在該系統中機床刀具的旋轉運動，導致五軸聯動數控機床的刀具三維補償功能不易解決。本文主要針對五軸后置處理中，根據前置處理生成的刀位源文件，在經過一定的后處理算法和對刀具三維補償進行相應的處理。生成具有刀具三維補償的G代碼。并在VERICUT里進行仿真，對是否加刀具三維補償進行對比，最后，通過對葉輪零件進行加工驗證。

1 五軸聯動機床后置處理的算法

　　通常在研究后置處理中刀具三維補償之前，我們應先對五軸機床的算法進行求解。本文針對柳州市數控機床研究所研發的VMC850F雙轉臺機床進行分析。該機床的結構與北京機電院產的BVl00五軸聯動機床一致，研究了BVl00五軸聯動加工中心后置處理的算法。根據如圖1所示的機床運動關系，推導出計算機床的運動坐標值X，Y，Z，A，C的方法為悟：

2 刀具三維補償的分析

　　2.1 刀具三維補償原因分析

　　在傳統的零件輪廓銑削加工時，由于刀具半徑尺寸影響，刀具的中心軌跡與零件輪廓往往不一致。為了避免計算刀具中心軌跡，直接按零件圖樣上的輪廓尺寸編程，利用數控系統的刀具半徑補償功能將程序軌跡按其給定的加工方向偏移，從而機床按補償后的軌跡進行加工。如圖2所示。在五軸數控加工中，通常選用刀具中心編程，且在加工時也要保證編程時所用的刀具參數與實際加工時所用的刀具參數相同，如此一來就給數控加工中刀具的使用壽命帶來了一定的局限性。例如在實際加工中，刀具必然會產生磨損，從而刀具參數也會隨之發生改變，這給程序的再用性帶來了一定的問題，然而解決此問題的方法有以下幾種：

　　(1)是再一次更換為與編程刀具參數一致的刀具；
　　(2)是根據新的刀具參數再一次前置處理生成刀位源文件，將新刀位源文件后置處理得到數控程序；
　　(3)在后置處理軟件中加入刀具三維補償功能，使之生成帶有刀具三維補償的數控程序。

　　上述三總方法均能解決此問題，但是根據前兩總方法做大大降低了生產效率，也提高了生產成本，也不符合在企業加工中的生產要求。而第三種方法是可行的，既能提高生產效率又能節省生產成本。下面我們對刀具三維補償原理進行分析。

2.2 刀具三維補償原理

　　如圖3所示，在五軸數控加工中某數控加工程序段表示的刀心坐標m(z_m，y_m，z_m，am，c_m)，刀具與工件表面切觸與點n(x_n，y_n，z_n)，明顯可以看加工后的刀具尺R1≠R，刀具尺寸不一樣時，同樣的接觸點，但是

　　刀心坐標不一致；因此，當刀具磨損后，必須進行刀具三維補償，否則，工件就不能達到工藝要求。采用刀具三維補償是為了保證刀具的實際加工軌跡與理論加工軌跡相一致，所以切觸點n的位置不變。因此，刀具三維補償的實質是要求出刀具在加工過程中刀具與工件的接觸點坐標；根據圖3中實線表示刀具在三維半徑補償之后的刀具位置，經過刀具三維補償的刀心坐標為m1(z_m1，y_m1，z_m1，a_m1，c_m1)。新的刀心坐標計算方法如下：

3 后置處理器的開發與驗證

　　VMC850F五軸數控機床為回轉臺五軸加工中心，配置了FANUC Oi MC系統。基于UG7.5前置處理得到的刀位數據，打開由JAVA語言編寫的后置處理器。在測量加工刀具參數與編程刀具參數是否一致，據此判斷該后處理器的刀具三維補償功能是否開啟H1，如若打開，根據式(5)和式(6)進行坐標變換，得到帶有三維刀補的NC代碼。

　　3.1 VERICUT加工仿真比較

　　(1)編程刀具為Φ11，加工刀具為Φ 10，對比補償與未補償結果通過在UG中已建好的葉輪模型，定制加工工藝及編制加工程序，其中對流道精加工的程序進行對比，編程中用的刀具直徑為Φ 11的源文件處理為兩個NC文件，一個做刀具三維補償，一個不做；圖4所示。左圖是經過刀具三維補償之后且大于0.02殘留量時的顯示結果，顯然大于0.02殘留量很少，右圖是未經過刀具三維補償且大于0.5殘留量，明顯殘留量很多。

　　(2)編程刀具為Φ11，加工刀具分別為Φ11與Φ10的對比。編程刀具為Φ11，加工刀具分別為Φ11與Φ10的模擬仿真如圖5所示；圖5a實際加工刀具為Φ10，但是采用了刀具三維補償方法，圖5b加工路徑采用Φ11；通過對圖5a、b比較可發現兩者的殘余量大致相同，因此，可以判斷出本補償方法有效。

　　3.2 機床加工驗證

　　由UG生成刀位數據，在經過后置處理器得到帶有刀補的數控程序。并在VERICUT上仿真驗證后，在VMC850F五軸雙轉臺加工中心上實現了某葉輪零件的切削加工，在加工葉輪零件的過程中，無過切現象，整體葉輪的尺寸與表面粗糙度均符合加T要求。從而驗證了該后置處理器的正確性。加工后的實物圖如圖6所示。

4 結束語

　　本文以柳州數控機床研究所研發的VMC850F五軸雙轉臺加工中心為例，經過分析提出了五軸機床加工中刀具三維補償的估算方法，為解決在數控加工中程序的再用性提供了依據。在JAVA環境下，根據上述方法為該機床開發了帶有刀具三維補償功能的后處理軟件。通過對葉輪零件的實體加工，驗證了該方法的正確性。