２００９年第４期?设计与研究?文章编号：１００１—２２６５（２００９）０４—０００１—０３
倾斜旋转轴五轴机床运动学模型的设计
郑飚默”，林浒２，卜霄菲坼
（１．中国科学院研究生院，北京１０００３９；２．中国科学院沈阳计算技术研究所高档数控国家工程研究中心，沈阳１１０１７１）
摘要：分析两个旋转轴非正交的倾斜旋转轴结构的五轴机床结构，运用机构学理论建立该类型五轴机床机构学模型。以刀具旋转型机床为例。使用齐次坐标变换矩阵和正向运动学分析建立倾斜旋转轴五轴机床的形状创成函数，最后通过逆向运动学求解出ＮＣ敷据的分析公式，该公式简单且通用性强，为倾斜旋转轴结构的五轴机床的空间运动和坐标变换问题提出了通用的处理方法。
关键词：五轴；齐次坐标变化矩阵；运动学模型；倾斜旋转轴
中图分类号：ＴＰ６５文献标识码：Ａ
ＤｅｓｉｇｎｏｆＫｉｎｅｍａｔｉｃｓＭｏｄｅｌｏｆＦｉｖｅ?ａｘｉｓＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌｓｗｉｔｈＴｉｔｌｉｎｇＡｘｉｓ
ＺＨＥＮＧＬｉａｏ—ｍｏ‘一．ＬＩＮＨｕ２。ＰＵＸｉａｏ．ｆｅｉｌ一
（１．ＧｒａｄｕａｔｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００３９；２．ＮａｔｉｏｎａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｆｏｒＨｉｇｈ?ＥｎｄＣＮＣ，ＳｈｅｎｙａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｏｍｐｕｔｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈｅｎｙ—
ａｎｇ
１１０１７１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆｉｖｅ－ａｘｉｓｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｗｉｔｈａｎｕｔａｔｉｎｇｈｅａｄｗｈｏｓｅｒｏ。
ｔａｔｉｏｎａｌａｘｉｓｉｓｉｎａｎｉｎｃｌｉｎｅｄｐｌａｎｅ．Ｔｈｅｋｉｎｅｍａｔｉｃｓｍｏｄｅｌｉｓｆｏｕｎｄｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｔｈｅｏｒｙｏｎｔｈｅａ－ｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌ’Ｓｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌ’Ｓｆｏｒｍ?ｓｈａｐｉｎｇｆｕｎｃｔｉｏｎｍａｔｒｉｘｉｓｄｅｒｉｖｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｆｏｒｗａｒｄｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ．ＴｈｅａｎａｌｙｔｉｃａｌｅｑｕａｔｉｏｎｏｆＮＣｄａｔａｉｓｄｅｒｉｖｅｄｂａｓｅｏｎｔｈｅｉｎｖｅｒｓｅｋｉｎｅｍａｔｉｃｓａｎｄｔｈｅｆｏｒｍ—ｓｈａｐｉｎｇｆｕｎｃｔｉｏｎｍａｔｒｉｘ．Ｔｈｅｄｅｒｉｖｅｄｅｑｕａｔｉｏｎｉｓｓｉｍｐｌｅａｎｄｈｉ曲ｕｎｉｖｅｒｓａｌｉｔｙ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｓｐａｔｉａｌｋｉｎｅｍａｔｉｃｓｆｏｕｎｄａｔｉｏｎａｎｄｍａｔｈｅｍａｔｉｃｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｆｉｖｅ?ａｘｉｓｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｗｉｔｈｔｉｌｔｉｎｇｒｏｔａｔｉｏｎａｌａｘｉｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｉｖｅ－ａｘｉｓ；ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｍａｔｒｉｘ；ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ
ｍｏｄｅｌ；ｔｉｔｌｉｎｇａｘｉｓ
０引言
传统的正交五轴数控机床的结构都是采用右手笛卡尔直角坐标系，由三个线性轴和两个旋转轴正交组成，各个坐标系之问的关系都是通过运动轴的正交的集合关系确定的。线性平动轴ＸＹＺ相互垂直，旋转轴ＡＢＣ在相对应的线性轴上按右手法则确定运动关系。为了更好的增强机床的灵活性，常用到一种倾斜旋转轴的五轴机床，如图１所示，它与传统的正交五轴机床不同，两个旋转轴并不是正交的，它的旋转轴是在一个倾斜的平面上的。这种结构的机床特点是在刀具主轴头部（图２）是没有电机的，主轴电机是在机床上的，运动是通过空心轴和齿轮传递的。这种构成结构紧凑，可以提供更高的机械刚性。在干切削时更有利于切屑的排除，尤其在高速的航卒零件的加工中优势明显‘Ｍ１。
图１带有倾斜旋转主轴头的卧式加工中心对于传统的正交五轴机床机构的研究，许多文
收稿日期：２００９一Ｏｌ一２０’
?基金项目：２００８年中国科学院知识刨新Ｔ程重要方向项目（ＫＧＣＸ２一Ｙｗ一１１９）
作者简介：郑遐默（１９８２一），男，沈阳人，中国科学院沈阳计算技术研究所博士研究生。研究方向为高档数控系统开发，数控系统五轴加工功能，
（Ｅ—ｍａｉｌ）ｚｈｅｎｇｌｉａｏｍｏ＠ａｉｅｔ．∽．ｃｎ６
万方数据