1591-五軸加工中心的數(shù)控編程后置處理研究(只有說(shuō)明書(shū))
1591-五軸加工中心的數(shù)控編程后置處理研究(只有說(shuō)明書(shū)),加工,中心,數(shù)控,編程,后置,處理,研究,鉆研,只有,說(shuō)明書(shū),仿單
南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文1本設(shè)計(jì)已經(jīng)通過(guò)答辯,如果需要圖紙請(qǐng)聯(lián)系QQ 251133408 另專(zhuān)業(yè)團(tuán)隊(duì)代做畢業(yè)設(shè)計(jì),質(zhì)量速度有保證。1.緒 論1.1 數(shù)控編程后置處理技術(shù)數(shù)控加工技術(shù)是在數(shù)控機(jī)床上依靠 NC 程序進(jìn)行零件加工的自動(dòng)化加工方法,具有高效率、高精度與高柔性的特點(diǎn)。數(shù)控加工技術(shù)可有效解決復(fù)雜、精密和小批多變零件的加工問(wèn)題,能夠充分適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。它是 CAD/CAM 的加工執(zhí)行單元,是現(xiàn)代自動(dòng)化、柔性化及數(shù)字化生產(chǎn)加工技術(shù)的基礎(chǔ)與關(guān)鍵技術(shù)。隨著航空、汽車(chē)、造船和模具制造等工業(yè)的發(fā)展,越來(lái)越多的復(fù)雜曲面應(yīng)用于工程之中。包含復(fù)雜曲面的大型零件和模具的制造越來(lái)越離不開(kāi)數(shù)控機(jī)床和數(shù)控加工技術(shù)。同時(shí),由于對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率要求的不斷提高,對(duì)復(fù)雜曲面加工的數(shù)控機(jī)床性能和相應(yīng)的數(shù)控加工技術(shù)也提出了更高的要求。五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控技術(shù)是數(shù)控技術(shù)中難度最大,應(yīng)用范圍最廣的技術(shù)之一,它集計(jì)算機(jī)控制、高性能伺服驅(qū)動(dòng)和精密加工技術(shù)于一體。目前,多采用五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的數(shù)控加工方法來(lái)完成復(fù)雜曲面的加工。飛機(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件、船用螺旋槳、泵類(lèi)葉輪等都是五坐標(biāo)加工的典型例子。后置處理技術(shù)是隨著數(shù)控技術(shù)、CAD/CAM 技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的。最早的數(shù)控程序都是手工編制,不存在后置處理問(wèn)題。近年來(lái),自動(dòng)編程 CAD/CAM 軟件取代了手工編程,它具有編程速度快、精度高、穩(wěn)定性好、更改方便和易于管理等特點(diǎn),但是自動(dòng)編程經(jīng)過(guò)刀具軌跡計(jì)算產(chǎn)生的刀位數(shù)據(jù)文件不能被機(jī)床識(shí)別,需要設(shè)法把刀位數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換成數(shù)控指令代碼,通過(guò)通信的方式輸入數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng),才能進(jìn)行零件的數(shù)控加工 [1]。因此,要把前置處理產(chǎn)生的刀位數(shù)據(jù)文件、加工工藝參數(shù)與特定的機(jī)床特性文件、定義文件相結(jié)合,生成指定數(shù)控加工設(shè)備能夠識(shí)別的數(shù)控加工程序,該過(guò)程稱(chēng)為后置處理(post-processing ) [2]。 后置處理程序?qū)?CAM 系統(tǒng)通過(guò)機(jī)床的 CNC 系統(tǒng)與機(jī)床數(shù)控加工緊密結(jié)合起來(lái)。隨著高檔數(shù)控加工中心、特殊結(jié)構(gòu)數(shù)控機(jī)床的不斷出現(xiàn),為其配置和開(kāi)發(fā)合適的后置處理器愈顯重要,這對(duì)提高數(shù)控編程效率、擴(kuò)大 CAD/CAM 一體化技術(shù)的應(yīng)用范圍具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值和實(shí)際意義,目前后置處理技術(shù)已經(jīng)成為 CAD/CAM 技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。1.2 數(shù)控編程后處理技術(shù)研究現(xiàn)狀后置處理系統(tǒng)分為通用后置處理系統(tǒng)和專(zhuān)用后置處理系統(tǒng)。通用后置處理系統(tǒng)一般按照具有代表性的數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床的編程規(guī)范及特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā),它直接支持這類(lèi)數(shù)控系統(tǒng),同時(shí)它也支持用戶(hù)根據(jù)特定的數(shù)控系統(tǒng)編程格式對(duì)它進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文2關(guān)于通用后置處理器的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用,國(guó)外已經(jīng)非常成熟和普及,當(dāng)前所有的圖形交互式自動(dòng)編程CAD/CAM軟件都帶有通用后置處理器 [3]。如UG提供一個(gè)通用后置處理器-UG/ Post Builder,可以圖形方式創(chuàng)建從二軸到五軸的后處理程序。其后置處理器主要由事件生成器、事件處理器和定義文件三部分組成,它們一起將刀具路徑轉(zhuǎn)換成為一系列數(shù)控機(jī)床能夠直接讀取和執(zhí)行的數(shù)控程序 [4]。而MPFAN.PST是MasterCAM內(nèi)置的一個(gè)通用后置處理器,該處理器完全針對(duì)應(yīng)用很廣泛的日本FANUC數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā),采用開(kāi)放式功能型數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)設(shè)計(jì),允許用戶(hù)根據(jù)特定數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)的具體情況,在MPFAN.PST基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),從而定制出適合該特定數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的專(zhuān)用后置處理器。使用MasterCAM進(jìn)行自動(dòng)編程的用戶(hù)一般都采用默認(rèn)的MPFAN.PST通用后置處理器去生成NC文件,然后再對(duì)該NC文件進(jìn)行人工修改,使改動(dòng)后的NC文件符合機(jī)床要求 [5]。加拿大ICAM公司的CAM-POST可以覆蓋國(guó)內(nèi)外流行的90%以上的CAD/CAM 軟件和NC系統(tǒng),它可以讀取所覆蓋的CAD/CAM軟件所生成的刀具路徑文件,定制所覆蓋的NC系統(tǒng)的專(zhuān)用后置處理器。同樣英國(guó) Delcam公司的產(chǎn)品PowerMILL和以色列的CAD/CAM 軟件 Cimatron等也提供各自的通用后置處理器 [6] [7] [8]。在國(guó)內(nèi)來(lái)說(shuō),比較成熟和普及的自動(dòng)編程CAD/CAM系統(tǒng)要數(shù)北京航空航天大學(xué)開(kāi)發(fā)的CAXA-ME(制造工程師)軟件,它采用通用后置處理器,可以提供常見(jiàn)的數(shù)控系統(tǒng)后置處理格式,而且用戶(hù)還可以自定義專(zhuān)用數(shù)控系統(tǒng)的后置處理格式 [9]。但該軟件有較大的局限性,只適用于一般的銑削加工,在解決Sodick 類(lèi)型機(jī)床的數(shù)控代碼時(shí),如果零件中涉及到孔的加工,將不能生成相應(yīng)的程序代碼 [10]。華中理工大學(xué)的張利波等人提出了一種基于配置文件的開(kāi)放式數(shù)控編程通用后置處理模型,定義了配置文件的語(yǔ)法規(guī)則,給出了配置文件的BNF語(yǔ)言描述及相應(yīng)的解釋算法,并在HUSTCADM系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn),但對(duì)于多軸數(shù)控加工的后置處理還是不能通用 [11]。北京航空航天大學(xué)的曾愛(ài)華等人,以通用化、結(jié)構(gòu)化、模塊化的基本設(shè)計(jì)思想對(duì)通用后置處理系統(tǒng)作了總體的分析,對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和程序?qū)崿F(xiàn)作了具體描述,并為系統(tǒng)的通用化、實(shí)用化和商品化提供了必要的條件,但是該系統(tǒng)只能滿(mǎn)足一般的兩軸半和三軸數(shù)控銑加工自動(dòng)編程的需要 [12]。正因?yàn)槿绱?,?zhuān)用后處理器開(kāi)發(fā)已成為數(shù)控自動(dòng)編程的一個(gè)急需解決的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。專(zhuān)用后置處理器開(kāi)發(fā)和應(yīng)用不如通用后置處理器那樣成熟和普及,因?yàn)閷?zhuān)用后置處理器所面對(duì)的各種數(shù)控系統(tǒng)的專(zhuān)用性、特殊性和互不兼容性等特點(diǎn)使得開(kāi)發(fā)總工作量巨大,導(dǎo)致專(zhuān)用后置器開(kāi)發(fā)相對(duì)薄弱。國(guó)外對(duì)專(zhuān)用后置處理器開(kāi)發(fā)和應(yīng)用相當(dāng)重視,加拿大滑鐵盧大學(xué)機(jī)械系就以其CIMS(Computer Intergration Manufacturing System)實(shí)驗(yàn)室的一臺(tái)MAHO五軸聯(lián)動(dòng)加工中心為研究對(duì)象,采用MasterCAM作為開(kāi)發(fā)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了專(zhuān)用后置處理器的開(kāi)發(fā),已在該加工中心得到了驗(yàn)證 [13]。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文3國(guó)內(nèi)像信息產(chǎn)業(yè)部第39所曹永新和任林杰就曾在武漢重型機(jī)械廠3.4m 立式車(chē)床數(shù)控改造項(xiàng)目中(采用的數(shù)控系統(tǒng)是國(guó)產(chǎn)的華中-I型數(shù)控系統(tǒng),該系統(tǒng)最大的優(yōu)勢(shì)就是經(jīng)濟(jì),其缺陷是一般的自動(dòng)編程軟件中沒(méi)有支持它的后置處理器),專(zhuān)門(mén)為此數(shù)控系統(tǒng)和車(chē)床設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了其專(zhuān)用后置處理器HZ.PST,并將其集成到CAXA 軟件的CAM模塊中,實(shí)際加工效果良好。武漢工業(yè)學(xué)院陳文革和尹芳根據(jù)XH716A立式加工中心(SINUMERIK 802D數(shù)控系統(tǒng))結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)的編程原理和通信接口的要求,對(duì)MasterCAM默認(rèn)的后置處理程序MPFAN.PST 進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)得到了其專(zhuān)用后置處理器,能完全滿(mǎn)足數(shù)控編程加工的生產(chǎn)需要 [14]。廣東富士康模具公司的鄧德軍根據(jù)MV-610加工中心配置德國(guó)西門(mén)子SINUMERIK810D數(shù)控系統(tǒng)的編程特點(diǎn),選擇 Cimatron為二次開(kāi)發(fā)平臺(tái),成功地為MV-610加工中心開(kāi)發(fā)了專(zhuān)用后置處理器。韓建軍對(duì)ANVIL5000軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā),用C語(yǔ)言編寫(xiě)了后置處理程序,用于一個(gè)回轉(zhuǎn)軸、三個(gè)移動(dòng)軸的SAGEM數(shù)控加工中心的后置處理 [15]。王啟富等人用 Turbo C開(kāi)發(fā)CATIA專(zhuān)用的NC后置處理軟件 [16]。祝益軍針對(duì)C40U五軸加工中心,在 C++環(huán)境下開(kāi)發(fā)了后置處理軟件[17]。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的陳輝等人基于UG/Post,開(kāi)發(fā)了并聯(lián)機(jī)床后置處理器,用于六軸或七軸并聯(lián)機(jī)床的后置處理 [18]。綜上所述:通用后置處理系統(tǒng)是今后發(fā)展的方向,但在目前無(wú)論是國(guó)外還是國(guó)內(nèi)真正能夠做到完全通用后置處理系統(tǒng)幾乎沒(méi)有 [19],因?yàn)橥ㄓ煤笾锰幚硎且詷?biāo)準(zhǔn)刀位數(shù)據(jù)、通用的數(shù)控指令為前提進(jìn)行考慮的 [20]。雖然國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)、美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(ANSI) 和電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)對(duì)刀位源文件、后置處理語(yǔ)句和數(shù)控指令都有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn),但各數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠商采用不盡相同的標(biāo)準(zhǔn),數(shù)控系統(tǒng)的指令格式多樣,由于競(jìng)爭(zhēng)需要還會(huì)采用一些非標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容 [21],有些數(shù)控系統(tǒng)的擴(kuò)展功能己經(jīng)超出了前置處理刀位數(shù)據(jù)的規(guī)定格式,如樣條曲線、漸開(kāi)線等,而目前的通用后置處理系統(tǒng)還只是考慮直線和圓弧 [22],多數(shù)采用離散直線來(lái)逼近工件輪廓,零件形狀越復(fù)雜,數(shù)控程序量越大 [23],而且多軸加工時(shí)還要考慮非線性運(yùn)動(dòng)誤差校驗(yàn)、進(jìn)給速度的校核、特定數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控加工程序的生成等問(wèn)題,以保證數(shù)控加工安全、可靠的進(jìn)行 [24]。隨著產(chǎn)品加工精度及復(fù)雜程度的提高,使得數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床技術(shù)不斷發(fā)展變化,造成通用后置處理器越來(lái)越難以適應(yīng)這種現(xiàn)狀。目前,雖然國(guó)內(nèi)很多制造企業(yè)擁有了先進(jìn)的五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床,但真正能充分發(fā)揮五坐標(biāo)加工功能的還為數(shù)不多,并且多數(shù)企業(yè)在購(gòu)買(mǎi)機(jī)床的同時(shí),沒(méi)有對(duì) CAD/CAM軟件引起足夠的重視,在實(shí)際加工中普遍遇到了問(wèn)題。例如,中國(guó)電子科技集團(tuán)某電子研究所 2004 年引進(jìn)的五軸數(shù)控加工中心,由于 CAD/CAM 軟件的后置處理問(wèn)題,導(dǎo)致該機(jī)床一直無(wú)法進(jìn)行五軸加工,只能作為普通的三軸數(shù)控機(jī)床使用。實(shí)踐表明,直接利用通用后置處理器生成的 NC 代碼一般都與用戶(hù)使用的數(shù)控機(jī)南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文4床和數(shù)控系統(tǒng)的要求不符,不能生成正確的加工程序,導(dǎo)致數(shù)控加工過(guò)程不能安全、可靠地進(jìn)行,并且通用后置處理器不能輸出機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)所特有的輔助功能,使得數(shù)控機(jī)床特性功能的利用受到影響 [25]。MIKRON UCP600 Vario 五軸加工中心配置的 HEIDENHAIN iTNC530 數(shù)控系統(tǒng),具有特有的輔助功能。例如,輔助功能 M128 可以在傾斜軸定位時(shí)保持刀尖位置不變;輔助功能 M126 可以實(shí)現(xiàn)刀具的短路徑行程;循環(huán) 32 功能可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)路徑之間的輪廓平滑過(guò)渡(無(wú)論補(bǔ)償與否) ,刀具與工件表面保持接觸。但這些輔助功能不能在 UG通用后置處理器中直接調(diào)用。在這種情況下,通過(guò)本課題的研究解決這個(gè)難題,對(duì)于五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工技術(shù)的推廣,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。1.3 主要研究?jī)?nèi)容本論文基于 UG NX 系統(tǒng),針對(duì) MIKRON UCP600 Vario 機(jī)床和 Heidenhain iTNC530 數(shù)控系統(tǒng)的后置處理技術(shù)進(jìn)行研究。具體的工作內(nèi)容包括:(1)通過(guò) UG 后置處理器設(shè)置機(jī)床參數(shù)、NC 加工程序格式和輸出文件格式,生成MIKRON 五軸加工中心的特性數(shù)據(jù)文件。(2)利用 UG 后置處理器,實(shí)現(xiàn)模態(tài)輔助功能指令 M126、M128 的輸出和非模態(tài)輔助功能指令循環(huán) 32 的輸出。(3)通過(guò)用戶(hù)自定義功能,以 TCL 語(yǔ)言為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言,實(shí)現(xiàn)在生成 NC 程序的同時(shí)輸出總加工時(shí)間、每道工序的加工時(shí)間和刀具信息。(4)專(zhuān)用后置處理程序與 UG 集成。第二章 UG 后置處理器介紹2.1 UG 提供的后置處理方法Unigraphics NX是美國(guó)EDS公司推出的面向制造行業(yè)的CAD/CAE/CAM一體的高端軟件。它功能強(qiáng)大、內(nèi)容豐富,為用戶(hù)提供了集成最先進(jìn)的技術(shù)和一流實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的解決方案,能夠把任何產(chǎn)品構(gòu)想付諸于實(shí)際。UG NX涵蓋了工業(yè)設(shè)計(jì)的造型、裝配、加工、仿真和分析等領(lǐng)域的操作功能。UG NX軟件廣泛應(yīng)用于通用機(jī)械、模具、電器、汽車(chē)、化工及航天領(lǐng)域 [26]。UG提供了兩種后置處理方法:圖形后置處理模塊GPM (Graphics Postprocessor Module)和UG 后置處理器 UG/Post Builder。目前應(yīng)用最多的是UG/Post Builder [27]。2.1.1 圖形后置處理模塊 GPM用圖形后置處理模塊GPM對(duì)刀位源文件進(jìn)行后置處理需要機(jī)床數(shù)據(jù)文件(*.MDF ),機(jī)床數(shù)據(jù)文件包含對(duì)刀位源文件進(jìn)行后置處理時(shí)所需的機(jī)床數(shù)據(jù)。GPM和*.MDF 文件相互依賴(lài),GPM必須根據(jù) *.MDF文件中的數(shù)據(jù)來(lái)設(shè)置其開(kāi)關(guān)量,同時(shí) *.MDF文件也只能用于GPM 進(jìn)行后置處理。采用圖形后置處理模塊GPM進(jìn)行后置處理,首先需要將UG的刀具路徑輸出生成刀南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文5具位置源文件,并用機(jī)床數(shù)據(jù)文件生成器建立機(jī)床數(shù)據(jù)文件,然后運(yùn)行GPM,指定刀位源文件和機(jī)床數(shù)據(jù)文件,系統(tǒng)根據(jù)機(jī)床數(shù)據(jù)文件中的指令對(duì)刀位源文件進(jìn)行后置處理,最后輸出數(shù)控加工程序 [28]。2.1.2 UG 后置處理器 UG/Post BuilderUG提供了一個(gè)優(yōu)秀的后處理工具— UG/Post Builder ,它以UG CAM中生成的零件加工刀路軌跡作為輸入,輸出符合機(jī)床控制系統(tǒng)要求的NC代碼。用戶(hù)可以通過(guò)UG/Post Builder建立和機(jī)床控制系統(tǒng)相關(guān)的事件處理文件和事件定義文件,然后通過(guò)UG整合在一起,完成任意復(fù)雜機(jī)床的后處理 [29],圖2-1為UG后處理的流程圖。UG/Post Builder包括以下幾部分:(1)Event Generator(事件生成器)-將事件傳給Post Builder。事件是后置處理的一個(gè)數(shù)據(jù)集,用來(lái)控制機(jī)床的每一個(gè)動(dòng)作。事件生成器提取零件的刀具路徑信息,并將其作為事件和參數(shù)傳遞到加工輸出管理器。(2)Event Handle(事件處理文件.tcl)-這個(gè)文件是用Tcl (Tool command language)語(yǔ)言寫(xiě)成,定義了每一個(gè)事件的處理方式。它可以通過(guò)Post Builder建立。(3)Definition File(事件定義文件 .def)-定義事件處理后輸出的數(shù)據(jù)格式。它可以通過(guò)Post Builder建立。(4)Manufacturing Output Manager(加工輸出管理器)-簡(jiǎn)稱(chēng)MOM,是Post Builder后置處理器的核心。Post Builder用它來(lái)啟動(dòng)后處理,將內(nèi)部刀軌數(shù)據(jù)加載給解釋程序,并打開(kāi).tcl和.def文件。(5)Output File(輸出文件)-Post Builder輸出的NC程序。(6)Post User Interface File(后處理用戶(hù)界面文件.pui)-通過(guò)它用戶(hù)可利用Post Builder來(lái)修改事件處理文件和事件定義文件。圖2-1 后處理流程圖南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文6事件生成器、事件處理器和事件定義文件是相關(guān)聯(lián)的,它們結(jié)合在一起把UG刀軌源文件處理成機(jī)床可以接受的文件 [30]。采用 UG/Post Builder 建立后處理文件的過(guò)程,如圖 2-2 所示。后置處理必須具備兩個(gè)要素:UG刀軌數(shù)據(jù)和后置處理器文件,刀軌數(shù)據(jù)在UG CAM中自動(dòng)生成;后置處理器由事件管理器和定義文件構(gòu)成。UG/Post Builder進(jìn)行后置處理的過(guò)程為:首先由事件生成器提取刀軌信息,并將刀軌信息整理成事件和變量后,傳遞到加工輸出管理器進(jìn)行處理,加工輸出管理器把帶有相關(guān)數(shù)據(jù)信息的事件傳遞到事件管理器,由事件管理器對(duì)事件進(jìn)行處理,處理結(jié)果再返回到加工輸出管理器,加工輸出管理器再根據(jù)定義文件來(lái)決定要輸出的加工程序的輸出格式并輸出,直到結(jié)束。采用UG/Post Builder建立后處理,系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生三個(gè)文件。一個(gè)是事件定義文件(*.def),包含了指定機(jī)床控制系統(tǒng)的靜態(tài)信息和程序格式;一個(gè)是事件處理文件(*.tcl),定義了每一個(gè)事件的處理方式,決定導(dǎo)軌源文件中每個(gè)事件如何處理,并決定反饋什么變量和數(shù)據(jù)給加工輸出管理器,事件處理文件結(jié)構(gòu)是由Tcl(Tool command language)語(yǔ)言編寫(xiě)而成的;還有一個(gè)是后處理用戶(hù)界面文件(*.pui),通過(guò)它用戶(hù)可利用Post Builder來(lái)修改事件處理文件和事件定義文件,并可進(jìn)行用戶(hù)化后處理。圖 2-2 UG/Post Builder 建立后處理文件的過(guò)程圖2.2 UG/Post Builder 主要參數(shù)使用 Post Builder 建立后處理時(shí),Post Builder 用戶(hù)界面分成 5 個(gè)大項(xiàng),分別是:Machine Tool(機(jī)床參數(shù))、 Program & Tool Path(程序和刀軌參數(shù))、N/C Data 查 閱 機(jī) 床 /控 制 系 統(tǒng) 手 冊(cè) UG/Post Builder 測(cè) 試 機(jī) 床 類(lèi)型 執(zhí) 行 后 處 理 生 成 /編 輯 Tcl文 件 生 成 /編 輯 def文 件 測(cè) 試 UG/Post不 能 滿(mǎn) 足 要 求 時(shí) Ero OK 特 殊 機(jī) 床 銑 、 車(chē) 、 車(chē)銑 、 線 切 割 Ero OK 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文7Definition(NC 數(shù)據(jù)格式)、Output Setting(輸出參數(shù))和 Post Files Preview(后處理文件預(yù)覽)。當(dāng)一個(gè)大項(xiàng)選定后,里面還有許多小項(xiàng)參數(shù)需要設(shè)定。(1)機(jī)床參數(shù)屬性項(xiàng)在機(jī)床參數(shù)項(xiàng)中,選擇合適的機(jī)床類(lèi)型,設(shè)置機(jī)床坐標(biāo)軸行程、機(jī)床回零點(diǎn)位置、直線軸插補(bǔ)最小分辨率(控制系統(tǒng)可分辨的最小長(zhǎng)度) 、機(jī)床快速移動(dòng)速度等。由于機(jī)床類(lèi)型不同,機(jī)床參數(shù)項(xiàng)的內(nèi)容也會(huì)不同,甚至機(jī)床軸數(shù)不同、旋轉(zhuǎn)軸方式有差異,機(jī)床參數(shù)項(xiàng)的內(nèi)容也不同。(2)程序和刀軌參數(shù)屬性項(xiàng)在程序和刀軌參數(shù)項(xiàng)中可以定義、修改和用戶(hù)化與數(shù)控加工程序相關(guān)的參數(shù),機(jī)床所具有的 G、M 代碼,同一行中字地址的輸出順序。程序項(xiàng)由五個(gè)序列組成,分別是程序頭(Program Start Sequence) 、操作頭(Operation Start Sequence) 、刀軌(Tool Path) 、操作尾(Operation End Sequence)和程序尾(Program End Sequence) 。用戶(hù)可以在除刀軌序列外的四個(gè)序列中加入用戶(hù)自定義特殊后置處理輸出命令程序行等,它既可以是用戶(hù)命令,也可以是操作信息,還可以是自定義的程序行,對(duì)于用戶(hù)自定義程序行可以在用戶(hù)命令項(xiàng)添加自定義的后置處理代碼,從而形成特殊的后置處理命令。圖 2-3 所示為用戶(hù)自定義命令部分,左側(cè)是用戶(hù)自定義程序行,用戶(hù)在右側(cè)添加代碼。圖 2-3 用戶(hù)自定義命令部分(3)N/C 數(shù)據(jù)格式定義屬性項(xiàng)在 N/C 數(shù)據(jù)格式定義屬性項(xiàng)主要是定義 N/C 輸出格式,它包括程序行(BLOCK )、字(WORD)、格式(FORMAT)和其它數(shù)據(jù)(Other Data Elements)。在程序行項(xiàng)主要定義在每一個(gè)程序行中有哪些字,以及它們之間的順序,可以在這里編輯、新建程序行或刪除不用的程序行;在字項(xiàng)可以定義后處理中每個(gè)字的相關(guān)參數(shù),如最大值、最小值、模態(tài)等;在格式項(xiàng)定義采用相應(yīng)格式的字類(lèi)型是實(shí)數(shù)、整數(shù)或字符串等,一旦更改其中參數(shù),所有采用這種格式的字地址都會(huì)更改;在其它數(shù)據(jù)項(xiàng)可以定義一些南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文8與程序本身無(wú)關(guān)的數(shù)據(jù)格式,如:程序行號(hào)、字間隔、行結(jié)束符號(hào)等。(4)輸出參數(shù)項(xiàng)輸出參數(shù)項(xiàng)共有兩個(gè)子參數(shù)項(xiàng),分別是 Listing File(列表文件)和 Other Options(其他控制) 。在輸出參數(shù)項(xiàng)中允許用戶(hù)生成控制列表文件,該文件包含了整個(gè)后處理過(guò)程的 X、Y、Z 坐標(biāo)值,第 4 軸角度,第 5 軸角度,進(jìn)給和主軸轉(zhuǎn)速等信息。用戶(hù)還可以定義控制列表文件的后綴名。(5)后處理文件預(yù)覽后處理文件預(yù)覽允許用戶(hù)在保存后處理之前檢查定義文件和事件處理文件的改動(dòng)。新的內(nèi)容顯示在上面的窗口中,舊的內(nèi)容顯示在下面的窗口中。2.3 MIKRON 五軸加工中心及配置的數(shù)控系統(tǒng)介紹MIKRON UCP 600 Vario 五軸聯(lián)動(dòng)高速加工中心是面向中小型復(fù)雜零件的精密加工的機(jī)型,如圖 2-4 所示。它采用最新的材料和技術(shù),保證了多軸部件大功率高速度加工時(shí)的動(dòng)態(tài)特性,并結(jié)合了米克朗高速主軸技術(shù)的成果,MIKRON UCP 600 Vario 的主軸轉(zhuǎn)速范圍可從用于傳統(tǒng)切削的 12000r/min 到用于高速切削各種材料的20000r/min。高性能主軸配合圓形回轉(zhuǎn)/擺動(dòng)工作臺(tái),可以滿(mǎn)足多種類(lèi)型的切削任務(wù)。機(jī)床主要參數(shù)如下:主軸:X-Y-Z—B-C結(jié)構(gòu):雙轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)工作行程:X 軸:600mm Y 軸:450 mm Z 軸:450mm工作臺(tái)面:Φ450 mm旋轉(zhuǎn)軸范圍:-115° ~ +30°(B 軸) ,雙向 360°(C 軸)主軸轉(zhuǎn)速:20 - 20000 轉(zhuǎn)/分主軸最大功率:30 千瓦刀庫(kù)容量:30 把/HSK 63A南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文9圖 2-4 MIKRON UCP600 Vario 雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸加工中心MIKRON UCP 600 Vario 五軸聯(lián)動(dòng)高速加工中心與 Heidenhain iTNC 530 數(shù)控系統(tǒng)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)高速切削工藝, iTNC530 采用 Heidenhain 對(duì)話式編程語(yǔ)言編寫(xiě)常規(guī)加工程序,在系統(tǒng)中配有三維的交互式編程環(huán)境,可以及時(shí)對(duì)代碼進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真和刀路驗(yàn)證,交互式的圖形顯示可將編程輪廓的每個(gè)加工步驟圖形化地顯示在屏幕上。在運(yùn)行一個(gè)程序的同時(shí),還能輸入或測(cè)試另一個(gè)程序。系統(tǒng)同時(shí)也支持用 ISO 格式(即 G 代碼)和 DNC 模式的編程。Heidenhain iTNC 530 提供了刀具中心點(diǎn)管理控制、 3D 刀具補(bǔ)償功能、支持傾斜面以及圓柱表面加工等功能。Heidenhain iTNC 530 最多可以控制 12 個(gè)軸,也可由程序來(lái)定位主軸。2.4 Heidenhain iTNC530 數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控程序格式Heidenhain iTNC 530 數(shù)控系統(tǒng)支持 Heidenhain 對(duì)話編程格式(H 代碼)和 ISO 編程格式(G 代碼) ,其中前者是 Heidenhain 的特有格式。本課題的數(shù)控程序的輸出格式選取 H 代碼格式,數(shù)控程序通常都是以字母和數(shù)字表示其文件名,以 .H 為擴(kuò)展名,但默認(rèn)的記事本格式仍可以識(shí)別,即記事本格式也可以輸入到加工中心進(jìn)行加工。MIKRON 五軸加工中心的數(shù)控格式主要有以下幾個(gè)部分:(1)程序頭:主要包括加工中心數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定的一些特定的格式和控制主軸及冷卻液的相關(guān)程序行,如圖 2-5 所示。MIKRON 五軸加工中心數(shù)控加工程序須以“BEGIN PGM 文件名”開(kāi)頭,如圖中的第一行。第二、三行是設(shè)定毛坯的尺寸,以“BLK FORM”開(kāi)頭。以下是調(diào)用刀具、控制主軸等程序行。圖 2-5 MIKRON 五軸加工中心程序頭格式(2)程序主體程序主體主要是刀心點(diǎn)的坐標(biāo)值,如圖 2-6 所示。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文10圖 2-6 MIKRON 五軸加工中心程序的主體(3)程序尾程序尾主要包括主軸停轉(zhuǎn)(M5) 、冷卻液關(guān)閉(M9) 、停止程序運(yùn)行(M2) ,以“END PGM 文件名”結(jié)束,如圖 2-7 所示。圖 2-7 MIKRON 五軸加工中心程序尾格式2.5 雙轉(zhuǎn)臺(tái)五坐標(biāo)后置處理算法從刀位計(jì)算方法可以看出,對(duì)于五坐標(biāo)數(shù)控加工,刀位文件中刀位的給出形式為刀心坐標(biāo)和刀軸矢量,在后置處理過(guò)程中,需要將它們轉(zhuǎn)換為機(jī)床的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)。對(duì)于不同類(lèi)型運(yùn)動(dòng)關(guān)系的數(shù)控機(jī)床,其運(yùn)動(dòng)方式不一致,故其后置處理算法也各不相同。一般來(lái)說(shuō),五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)是指數(shù)控機(jī)床的 X、Y、Z 三個(gè)移動(dòng)坐標(biāo)和繞 X、Y 、Z 軸旋轉(zhuǎn)的的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo) A、B、C 中的任意五個(gè)坐標(biāo)的線性插補(bǔ)運(yùn)動(dòng),如圖 2-8 所示。雙轉(zhuǎn)臺(tái)五坐標(biāo)機(jī)床運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)是由 X、Y、Z、B、 C 這五個(gè)自由度方向上的運(yùn)動(dòng)組成的,其中 B、 C 軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)都是通過(guò)機(jī)床的工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn),故稱(chēng)為雙轉(zhuǎn)臺(tái)。如圖 2-9 所示工件坐標(biāo)系為 ;工件可繞坐標(biāo)軸 Y 擺動(dòng) B 角;工件可繞坐標(biāo)軸 Z 轉(zhuǎn)wO動(dòng) C 角;工作臺(tái)回轉(zhuǎn)與 Z 軸一致;機(jī)床運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系為 , ,刀心 在wOXZwrd?0C南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文11工件坐標(biāo)系中的位置為 ;刀軸矢量 a(單位矢量)在工件坐標(biāo)系中為??00,Cxyz[31]。??,xyza圖 2-8 機(jī)床運(yùn)動(dòng)坐標(biāo) 圖 2-9 五坐標(biāo)加工刀軸矢量轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)系本文結(jié)合 MIKRION UCP600vario 型雙轉(zhuǎn)臺(tái)五坐標(biāo)加工中心的特點(diǎn)來(lái)介紹X、Y、Z 、B 、C 這五個(gè)坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床后置處理算法。由于帶 B、C 軸的五軸機(jī)床特點(diǎn)之一便是:其刀軸既可以繞 Z 軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)到(+X) (+Z)平面上,也可以繞 Z 軸順時(shí)針轉(zhuǎn)到(-X ) (+Z)平面上,如圖 2-10 所示。所以這種運(yùn)動(dòng)關(guān)系如果處理不當(dāng),容易導(dǎo)致“Y 坐標(biāo)負(fù)向超程問(wèn)題 ”的出現(xiàn)。所謂 Y 坐標(biāo)的負(fù)向超程是指 Y 坐標(biāo)的負(fù)向運(yùn)動(dòng)(指刀具相對(duì)于工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng))超越了工作臺(tái)臺(tái)面的限制極限值 。負(fù)向??mini0?超程問(wèn)題的出現(xiàn)容易導(dǎo)致刀具與工作臺(tái)面的干涉及報(bào)廢零件等不良后果。所以在做后置處理算法分析時(shí),將兩種轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)系分開(kāi)討論有助于解決 Y 坐標(biāo)的負(fù)向超程問(wèn)題。下面分別給出這兩種不同轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)系下的兩種坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計(jì)算公式:a)刀軸矢量繞 Z 軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) b)刀軸矢量繞 Z 軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)圖 2-10 五坐標(biāo)加工刀軸矢量繞 Z 軸的兩種轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)系令刀軸矢量 a 為自由矢量,首先將刀軸的起點(diǎn)移到工件坐標(biāo)系的原點(diǎn),然后將刀軸矢量繞 Z 軸順時(shí)針轉(zhuǎn)到(+X) (+Z)平面上,再將刀軸矢量繞 Y 軸順時(shí)針轉(zhuǎn)到與 Z坐標(biāo)方向一致。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文12(1)在求解的第一步中,將刀軸矢量繞 Z 軸順時(shí)針轉(zhuǎn)到( +X) (+Z)平面上(2-1)2z2zarctn (a>0)90 =18rt ()90 =0 18rt (<)xyzxyzBa????????(2-4)南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文13(2-5)xxa0180arctn a0arctn y yxy yxyxC????????????180 yy yxaC??? ????? ????????(當(dāng) 時(shí),令 )xarctn90yx??(2-6)0000000ososisiniiccosCCCXBBzdBYZy?????????從式 2-3、式 2-6 可以看出,兩種計(jì)算方法求得的 Y 值正好相反。3.MIKRON 五軸加工中心后置處理的研究3.1 利用 Post Builder 建立機(jī)床特性數(shù)據(jù)文件3.1.1 設(shè)置機(jī)床參數(shù)啟動(dòng) UG/Post Builder 新建五軸后處理文件(圖 3-1) ,在新建對(duì)話框中從 Library中選擇雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸(5-Axis with Dual Rotary Tables)銑床類(lèi)型,控制系統(tǒng)選擇Heidenhain_conversational,然后系統(tǒng)顯示 Machine Tool 屬性頁(yè)面,通過(guò)該頁(yè)面設(shè)定參數(shù)以符合機(jī)床參數(shù)的要求。在 Machine Tool 頁(yè)面的左面結(jié)構(gòu)窗口中單擊 General Parameters、Fourth Axis 和Fifth Axis 節(jié)點(diǎn),分別設(shè)置機(jī)床參數(shù)。General Parameters 節(jié)點(diǎn)的機(jī)床參數(shù),如圖 3-2 所示。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文14圖 3-1 建立新的后處理 圖 3-2 設(shè)定機(jī)床行程極限Fourth Axis 和 Fifth Axis 的參數(shù)設(shè)置是重點(diǎn)。第四旋轉(zhuǎn)軸參數(shù)的設(shè)置,需要在旋轉(zhuǎn)軸配置(Rotary Axis Configuration)中,設(shè)置兩根旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)主體、旋轉(zhuǎn)平面和代號(hào)。MIKRON 五軸加工中心的第四軸代號(hào)為 B,第五軸代號(hào)為 C,旋轉(zhuǎn)主體為工作臺(tái),旋轉(zhuǎn)平面分別為 ZX 平面和 XY 平面,如圖 3-3 所示。下面,需要設(shè)置旋轉(zhuǎn)精度(Rotary Motion Resolution) 、最大旋轉(zhuǎn)速度(Max Feed Rate) 、樞軸距離(Pivot Distance) 、軸旋轉(zhuǎn)方向( Axis Rotation) 、軸方向(Axis Rotation) 、旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)范圍(Rotary Axis Limits) 、旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)中心相對(duì)于機(jī)床原點(diǎn)的位置(Machine Zero to Rotary Axis Center)等參數(shù) [32]。樞軸距離是兩根旋轉(zhuǎn)軸線之間的距離。軸旋轉(zhuǎn)方向定義是否采用右手螺旋法則,是則設(shè)置為正轉(zhuǎn)(Nomal) ,否設(shè)置為反轉(zhuǎn)(Reverse ) 。軸方向(Axis Direction)定義工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向,可以用下面兩種方法 [33]:絕對(duì)位置法(Magnitude Determines Direction)用代數(shù)值表示工作臺(tái)的角度位置。位置角度增大時(shí)工作臺(tái)順時(shí)針旋轉(zhuǎn),減小時(shí)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。相對(duì)位置法(Sign Determines Direction)用絕對(duì)值表示工作臺(tái)的角度位置,代數(shù)符號(hào)僅僅表明工作臺(tái)到達(dá)該位置的旋轉(zhuǎn)方向,正號(hào)為順時(shí)針旋轉(zhuǎn),負(fù)號(hào)為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。第四旋轉(zhuǎn)軸參數(shù)的設(shè)置,如圖 3-4 所示。機(jī)床參數(shù)設(shè)定結(jié)束后,單擊 Display Machine Tool 按鈕,顯示出雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸銑床簡(jiǎn)圖(圖 3-5) 。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文15圖 3-3 定義機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸配置 圖 3-4 設(shè)定第四旋轉(zhuǎn)軸參數(shù)圖 3-5 雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸銑床簡(jiǎn)圖3.1.2 設(shè)置程序的格式Post Builder 將一個(gè) NC 程序分成五個(gè)序列,即程序開(kāi)始、程序結(jié)束、操作開(kāi)始、操作結(jié)束和刀軌路徑事件。序列由一系列有序的事件組成。在序列的對(duì)話框中有一些標(biāo)記(Markers) ,在標(biāo)記下面可以添加一系列程序段(Block) ,以決定所輸出 NC 程序的內(nèi)容和組成。? 程序開(kāi)始序列( Program Start Sequence)定義程序開(kāi)始時(shí)需要輸出的程序行,一個(gè) NC 程序只有一個(gè)程序開(kāi)始事件,如圖3-6 所示。? 操作開(kāi)始序列( Operation Start Sequence)采用 UG NX 軟件數(shù)控編程時(shí),把每一道加工工序稱(chēng)為一項(xiàng)“ 操作”。操作開(kāi)始序列定義了從操作開(kāi)始到第一個(gè)切削運(yùn)動(dòng)之間的事件,包括自動(dòng)換刀(Automatic Tool Change) ,手動(dòng)換刀(Manual Tool Change) ,接近運(yùn)動(dòng)(Approach Move) ,初始運(yùn)動(dòng)(Initial Move) ,進(jìn)刀運(yùn)動(dòng)( Engage Move) ,首次切削( First Cut)等,如圖 3-7 所示。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文16圖 3-6 程序開(kāi)始序列 圖 3-7 操作開(kāi)始序列? 刀具路徑事件( Tool Path Event)刀具路徑事件包括 Machine Control(機(jī)床控制事件) 、Motion(加工運(yùn)動(dòng))和Canned Cycles(鉆循環(huán))三項(xiàng)內(nèi)容。機(jī)床控制事件主要定義如進(jìn)給、換刀、冷卻液、公英制等事件的格式 [34],如圖 3-8 所示。加工運(yùn)動(dòng)定義后處理如何處理刀位軌跡源文件中的 GOTO 語(yǔ)句,如圖 3-9 所示。當(dāng)進(jìn)給速度大于 0 或大于最大進(jìn)給速度時(shí),系統(tǒng)采用 Rapid Move(快速移動(dòng))來(lái)處理;當(dāng)進(jìn)給速度不為 0 或小于最大進(jìn)給速度時(shí),系統(tǒng)采用 Linear Move(線性移動(dòng))來(lái)處理;當(dāng)出現(xiàn)圓弧插補(bǔ)或圓弧運(yùn)動(dòng)事件時(shí),系統(tǒng)采用 Circle Move(圓弧運(yùn)動(dòng))來(lái)處理。鉆循環(huán)定義當(dāng)進(jìn)行孔加工循環(huán)時(shí),系統(tǒng)如何處理這類(lèi)事件,并定義輸出格式。? 操作結(jié)束序列( Operation End Seqnence)操作結(jié)尾定義從最后退刀運(yùn)動(dòng)到操作結(jié)束之前的事件。在每個(gè)操作結(jié)尾處出現(xiàn)的程序行應(yīng)放在這里,如果只出現(xiàn)一次應(yīng)放在程序結(jié)尾位置。操作尾添加 M129(取消M128) ,M127(取消 M126) ,M05(主軸停轉(zhuǎn)) ,M09(冷卻液關(guān)閉) ,L Z1000 F MAX M91(抬刀) ,L B0 C0 F MAX(B、C 回零) ,如圖 3-10。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文17圖3-8 Post Builder中機(jī)床控制事件 圖3-9 加工運(yùn)動(dòng)設(shè)置? 程序結(jié)束序列(Program End Sequence)程序結(jié)尾定義程序結(jié)束時(shí)需要輸出的程序行,一個(gè)NC程序只有一個(gè)程序結(jié)束事件。如圖3-11 所示。圖3-10 操作結(jié)束序列 圖3-11 程序結(jié)束序列南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文183.1.3 設(shè)置程序段格式在 Post Build 還需要設(shè)置 NC 加工程序段格式。? 準(zhǔn)備功能代碼它是使機(jī)床準(zhǔn)備好某種工作方式的指令,如命令機(jī)床走直線或圓弧運(yùn)動(dòng)、固定循環(huán)運(yùn)動(dòng)、刀具補(bǔ)償、指定坐標(biāo)平面或坐標(biāo)偏置等。Heidenhain iTNC 530 數(shù)控系統(tǒng)除ISO 標(biāo)準(zhǔn)格式外,還有自定義格式,例如用 L、C DR-、C DR+分別代替G01、G02、G03。因此,定義準(zhǔn)備功能代碼時(shí)要根據(jù)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的具體規(guī)定。當(dāng)它具備有兩種或更多格式時(shí),在一個(gè) NC 加工程序中,它只允許使用一種格式。? 輔助功能代碼它是控制機(jī)床某一輔助動(dòng)作的指令,如主軸開(kāi)、停,冷卻液開(kāi)、關(guān)等。Heidenhain iTNC 530 常用的輔助功能代碼,除 ISO 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的之外,還有許多是自定義的,例如,M07 有打開(kāi)冷卻液、最小量潤(rùn)滑液和吹塵三項(xiàng)功能,而 M18 打開(kāi)潤(rùn)滑脂、M126、M128 等指令,在 ISO 標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有定義。在 Post Builder 中,設(shè)置 M 代碼與 G 代碼的操作方法類(lèi)似。? 定義功能代碼格式除了 G、M 代碼之外,Heidenhain iTNC 530 數(shù)控系統(tǒng)還規(guī)定了其它功能代碼的格式。這里改變 X、Y、Z 的數(shù)據(jù)格式為 6.3,改變 D 的數(shù)據(jù)格式為 3.0,并把刀補(bǔ)最大值改為 999。如圖 3-12 所示。圖 3-12 功能代碼格式定義? 定義功能代碼順序?yàn)榱藱z查程序方便,需要規(guī)定功能代碼排列順序。排列順序?qū)⒇瀼赜谏傻?NC加工程序中,在整個(gè)后處理過(guò)程中都有效。調(diào)整后的代碼順序如圖 3-13 所示。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文19圖 3-13 功能代碼順序定義? NC 數(shù)據(jù)格式定義在 NC 數(shù)據(jù)定義項(xiàng)中首先選擇程序行(BLOCK)項(xiàng),選擇直線運(yùn)動(dòng)事件linear_move,在添加字(Add Word)選項(xiàng)中選擇第四軸下的 B 自定義表達(dá)式,將字拖到程序行中字 Z 后面,在表達(dá)式定義中輸入“$mom_out_angle_pos(0)”代表第四軸旋轉(zhuǎn)角度值,設(shè)置 B 為模態(tài),最大值-115°和最小值 +30°。同樣的方式也可以將第五軸代碼 C 添加到 B 后面。設(shè)定程序起始序號(hào)從 1 開(kāi)始,增量為 1。3.1.4 設(shè)置輸出文件刀位文件經(jīng)過(guò)后置處理,可以用車(chē)間工藝文件和 NC 加工程序的形式輸出,后綴名分別為.LPT 和.PTP。前者包括 NC 程序中使用的刀具、操作和加工方法清單等 [35]。通過(guò)在圖 3-14 所示的窗口中進(jìn)行勾選,可以確定車(chē)間工藝文件和 NC 加工程序的內(nèi)容。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文20a) b)圖 3-14 設(shè)置輸出文件選項(xiàng)窗口3.2 輸出輔助功能指令Heidenhain iTNC 530 數(shù)控系統(tǒng)除了 ISO 標(biāo)準(zhǔn)輔助功能(如 M00、M03 、M04 等)以外,還具備很多特有的輔助功能。例如,輔助功能 M126 可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸的短路徑行程,M128 可以在傾斜軸定位時(shí)保持刀尖位置不變。但是 UG 軟件提供的后置處理無(wú)法在 NC 程序中輸出這些輔助功能代碼,因此需要在 Program 子參數(shù)中進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出。后置處理可以在 NC 程序中輸出輔助功能指令,但是這些功能的實(shí)現(xiàn)依賴(lài)與相應(yīng)的數(shù)控系統(tǒng)。例如,運(yùn)行一段包含 M126 輔助功能代碼的 NC 程序,如果數(shù)控系統(tǒng)不具備該功能,就無(wú)法實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸的短路徑行程。Heidenhain iTNC 530數(shù)控系統(tǒng)的輔助功能分成模態(tài)輔助功能和非模態(tài)輔助功能兩類(lèi)。前者是一組可相互注銷(xiāo)的輔助功能,一旦被執(zhí)行則一直有效,直至被同一組輔助功能注銷(xiāo)為止;后者只在當(dāng)前程序段有效,程序段結(jié)束時(shí)則被注銷(xiāo) [36]。3.2.1 模態(tài)輔助功能指令的應(yīng)用1.M114 和 M128 指令Heidenhain iTNC530 數(shù)控系統(tǒng)的 M114 和 M128 指令是模態(tài)功能指令,是特殊的可變軸指令,使用這兩種指令時(shí),機(jī)床 TNC 自動(dòng)計(jì)算旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)的偏置誤差,并進(jìn)行有效補(bǔ)償,從而既降低了編程和后置處理工作的難度,也提高了 NC 多軸加工編程的安全性。(1)M114—用傾斜軸自動(dòng)補(bǔ)償機(jī)床幾何特征 [37]TNC 將刀具移到工件程序中的給定位置。若程序中傾斜軸位置改變,則后置處理器應(yīng)計(jì)算線性軸的有效補(bǔ)償值,并插入到定位程序塊中。在五軸加工過(guò)程中,由于機(jī)床各旋轉(zhuǎn)軸之間存在偏置,或加工原點(diǎn)的定義不在轉(zhuǎn)盤(pán)中心,此時(shí)當(dāng) NC 程序中存在旋轉(zhuǎn)軸的變化,勢(shì)必引起直線軸真實(shí)位置的變化。M114 的作用就是在編程時(shí)不考慮偏置值,而是讓機(jī)床去自動(dòng)計(jì)算此偏置值引起的直線軸的偏移。如圖 3-15 所示,當(dāng)?shù)毒咻S旋轉(zhuǎn)角度 dB 后,為使刀尖仍保持在工件的同一點(diǎn)上,機(jī)床旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)須移動(dòng) dx 和 dz。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文21圖 3-15 M114 功能圖 圖 3-16 M128 功能圖(2)M128—用傾斜軸定位時(shí)保持刀尖位置 [37]TCPM(Tool Center Point Management 刀具中心點(diǎn)管理 )功能支持在多種可選操作模式下用傾斜軸定位功能保持刀尖位置。傳統(tǒng)意義上的后置處理軟件,必須輸入刀軸的轉(zhuǎn)心距(刀軸擺動(dòng)式)或轉(zhuǎn)臺(tái)兩軸線(轉(zhuǎn)臺(tái)擺動(dòng)式)的位置關(guān)系,由后置處理程序來(lái)完成坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,這樣的后置處理生成的加工程序適用范圍可能就是一臺(tái)設(shè)備和特定的工件坐標(biāo)系與刀具的組合。隨著控制系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展,越來(lái)越多的控制系統(tǒng)廠家在其高端產(chǎn)品中都加入了上述坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的功能,如 Heidenhain 的 M128 指令。打開(kāi) M128,工件的坐標(biāo)原點(diǎn)可以任意設(shè)置,由控制系統(tǒng)計(jì)算工件坐標(biāo)和各轉(zhuǎn)軸軸線的關(guān)系,加工準(zhǔn)備更為方便,還可以在程序中保證刀尖的進(jìn)給速度恒定。如圖 3-16 所示,在加工過(guò)程中,隨著旋轉(zhuǎn)軸的角度變化,NC 程序中的直線軸坐標(biāo)值為當(dāng)前坐標(biāo)系下未進(jìn)行坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)的真實(shí)值,旋轉(zhuǎn)軸坐標(biāo)值為當(dāng)前坐標(biāo)系計(jì)算所得的角度值。對(duì)于后置處理軟件來(lái)說(shuō),可以略去上述的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的計(jì)算,后置處理軟件的開(kāi)發(fā)難度降低,生成的加工程序在同類(lèi)型設(shè)備中具有相對(duì)更大的通用性。需要注意的是,五軸加工時(shí)應(yīng)在換刀前取消TCPM(M129),各擺軸復(fù)位,換刀后打開(kāi)M128 。(3) M114 與 M128 兩種指令的算法推導(dǎo)與坐標(biāo)值對(duì)比由于 M114 和 M128 指令可以由機(jī)床自動(dòng)計(jì)算偏置補(bǔ)償,所以在當(dāng)加工坐標(biāo)系的旋南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文22轉(zhuǎn)中心與機(jī)床坐標(biāo)系中心不重合時(shí),偏置由機(jī)床 TNC 自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算。設(shè)工件坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系在 X、Y、Z 軸三個(gè)方向上的偏置距離分別為: 、 、 ;回轉(zhuǎn)軸dXYdZB、C 之間的 XZ 平面上的偏置距離為 dx 和 dz。計(jì)算機(jī)床的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系 X、Y、Z 值,即:①將工件坐標(biāo)系 平移到機(jī)床坐標(biāo)系 ,變換矩陣為:wOrOYZ101ddTXY???????②工件繞 Z 軸旋轉(zhuǎn)-C 角,變換矩陣為: 2cosin0i01C????????③將工件坐標(biāo)系平移 dx 和 dz 的補(bǔ)償偏置距離,變換矩陣為:310Tdxz??????④工件繞 Y 軸旋轉(zhuǎn)-B 角,變換矩陣為: 4cosin01ics0B????????⑤將工件坐標(biāo)系平移- 和- 的補(bǔ)償偏置距離,變換矩2sdxz?2odxzB?陣為: 52 21001sincosTdxzBdxzB? ?? ??????? ?則: ????0012345CCXYZyT?(3-1)????????0 00 00 022cosinsin sinicossnsicos CddCddCdC CdzZzBxzYyxXZxYxBzZzBzB?? ?????????? ????? ???下面通過(guò)對(duì)簡(jiǎn)單零件加工的代碼進(jìn)行對(duì)比來(lái)說(shuō)明 M114 和 M128 編程的區(qū)別,加工位置是球冠柱體零件上部半圓上的七個(gè)點(diǎn),如圖 3-17 所示,加工原點(diǎn)到定位底面距離南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文23為 100mm,為說(shuō)明方便,XY 坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)置在 C 軸旋轉(zhuǎn)中心,加工示意圖如圖 3-18 所示。圖 3-17 刀具路徑及驅(qū)動(dòng)點(diǎn)的位置標(biāo)識(shí) 圖 3-18 加工示意圖UG NX 編程輸出的刀位源文件坐標(biāo)點(diǎn)如下:GOTO/50.0000,0.0000,0.0000,1.0000000,0.0000000,0.0000000GOTO/43.3013,0.0000,25.0000,0.8660265,0.0000000,0.4999982GOTO/25.0000,0.0000,43.3013,0.4999982,0.0000000,0.8660265GOTO/0.0000,0.0000,50.0000,0.0000000,0.0000000,1.0000000GOTO/0.0000,25.0000,43.3013,0.0000000,0.4999982,0.8660265GOTO/0.0000,43.3013,25.0000,0.0000000,0.8660265,0.4999982GOTO/0.0000,50.0000,0.0000,0.0000000,1.0000000,0.0000000在 M114 下編程,如上說(shuō)明,M114 為機(jī)床自動(dòng)計(jì)算偏置距離,則 NC 程序的坐標(biāo)值為繞加工坐標(biāo)系來(lái)旋轉(zhuǎn)L X0.000 Y0.000 Z50.000 B-90 C-180L X0.000 Y0.000 Z50.000 B-60 C-180L X0.000 Y0.000 Z50.000 B-30 C-180L X0.000 Y0.000 Z50.000 B0 C-180L X0.000 Y0.000 Z50.000 B0 C-90L X0.000 Y0.000 Z50.000 B-30 C-90L X0.000 Y0.000 Z50.000 B-60 C-90L X0.000 Y0.000 Z50.000 B-90 C-90M128 下編程,就是 APT 編程,所以 NC 程序最為簡(jiǎn)單,XYZ 坐標(biāo)值就是上面刀位源文件中的坐標(biāo)值。L X50.0000 Y0.0000 Z0.0000 B-90 C-180L X43.3013 Y0.0000 Z25.0000 B-60 C-180南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文24L X25.0000 Y0.0000 Z43.3013 B-30 C-180L X0.0000 Y0.0000 Z50.0000 B0 C-180L X0.0000 Y0.0000 Z50.0000 B0 C-90L X0.0000 Y25.0000 Z43.3013 B-30 C-90L X0.0000 Y43.3013 Z25.0000 B-60 C-90L X0.0000 Y50.0000 Z0.0000 B-90 C-902.旋轉(zhuǎn)軸以較短路徑移動(dòng)(M126)應(yīng)用 M126 可以使旋轉(zhuǎn)軸以較短路徑移動(dòng) [38]。在旋轉(zhuǎn)軸定位時(shí),如果沒(méi)有使用M126 特征,當(dāng)定位旋轉(zhuǎn)軸顯示的角度小于 360 時(shí), TNC 系統(tǒng)只考慮名義位置和實(shí)際位置之差,不會(huì)選擇較短路徑,如表 3-1 所示。如果使用 M126 特征,當(dāng)定位旋轉(zhuǎn)軸顯示的角度小于 360 時(shí),TNC 將用 M126 功能沿最短路徑移動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸,如表 3-2 所示。M126 在程序段開(kāi)始處生效,要取消 M126,輸入 M127。表 3-1 旋轉(zhuǎn)軸的移動(dòng)(不使用 M126) 表 3-2 旋轉(zhuǎn)軸的移動(dòng)(使用 M126)實(shí)際位置 名義位置 移動(dòng) 實(shí)際位置 名義位置 移動(dòng)350 10 -340 350 10 +2010 340 +330 10 340 -303.2.2 模態(tài)輔助功能指令的輸出M128 指令一般出現(xiàn)在機(jī)床開(kāi)始加工的所有運(yùn)動(dòng)之前,即當(dāng)加載在操作序列的開(kāi)始位置。因?yàn)楫?dāng)機(jī)床加工結(jié)束時(shí),M02 停止程序運(yùn)行指令無(wú)法對(duì) M128 進(jìn)行模式復(fù)位,所以必須在程序或者操作結(jié)束之前利用 M129 專(zhuān)用復(fù)位指令對(duì)相應(yīng)的 M128 模式進(jìn)行復(fù)位,否則會(huì)造成一定的安全隱患。由于 M128/M129 是一種較為先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)中才帶有的指令功能,所以在通用的后處理編輯器中一般沒(méi)有現(xiàn)成的代碼模塊,需要用戶(hù)根據(jù)需求自行創(chuàng)建該代碼行。在創(chuàng)建該代碼時(shí)先在指定的位置引入一條空的指令行,然后在創(chuàng)建欄中建立一條用戶(hù)自定義 M 代碼指令自定義代碼行,在 EXPRESSION 空格中寫(xiě)入 129 完成創(chuàng)建,該指令格式為 DIGIT_3,數(shù)據(jù)輸出格式為數(shù)字型,輸出最大為三位的正整數(shù)。創(chuàng)建過(guò)程如圖3-19 所示, M129 的添加如圖 3-20 所示。前面提到的 M126 特征,用于旋轉(zhuǎn)軸以較短路徑移動(dòng),輸入 M127 可以取消M126。其代碼的創(chuàng)建過(guò)程與 M128/M129 相同。圖 3-21 為程序開(kāi)始項(xiàng)的定義。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文25圖 3-19 M129 代碼的創(chuàng)建格式 圖 3-20 M129 的添加3.2.3 非模態(tài)輔助功能指令的應(yīng)用與輸出應(yīng)用循環(huán) 32,TNC 會(huì)自動(dòng)地使兩個(gè)路徑之間的輪廓平滑過(guò)渡(無(wú)論補(bǔ)償與否) ,刀具與工件表面保持接觸(如圖 3-21) 。必要時(shí),TNC 會(huì)自動(dòng)降低編程的進(jìn)給速率,這樣既可以提高表面質(zhì)量,而且機(jī)床也可以得到保護(hù)。循環(huán)32是由DEF激活的,這意味著它只要在零件程序中一經(jīng)定義就生效??梢栽俅味x循環(huán)32并在公差值之后用NO ENT(不輸入)確認(rèn)對(duì)話提問(wèn)。復(fù)位將導(dǎo)致再次啟動(dòng)預(yù)設(shè)公差。如果用循環(huán)32傳輸程序,其中只有循環(huán)參數(shù)公差值T,則TNC將在必要時(shí)用0給其它兩個(gè)參數(shù)賦值。后處理中需要加入以下的程序段:CYCL DEF 32.0 TOLERANCECYCL DEF 32.1 T 0.05CYCL DEF 32.2 TA 0.8圖3-21 循環(huán)32功能圖南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文26公差(循環(huán) 32)需要用戶(hù)根據(jù)需求自行創(chuàng)建該代碼行,首先將 Add Block 添加到Initial Move 標(biāo)記中,在彈出的 Text Entry 對(duì)話框中的 Text 文本框中先后輸入 CYCL DEF 32.0 TOLERANCE、CYCL DEF 32.1 T 0.05、CYCL DEF 32.2 TA 0.8,如圖 3-22所示。Initial Move定義如圖3-23所示。圖3-22 輸入Text內(nèi)容 圖3-23 Initial Move定義3.3 實(shí)現(xiàn)用戶(hù)自定義功能在后置處理中,除了輸出輔助功能代碼外,還可以編寫(xiě)一些子程序,輸出用戶(hù)需要的輔助信息。例如:在NC程序中,可以輸出每道工序所用刀具的信息,輸出每道工序的加工時(shí)間和總加工時(shí)間,避免繁瑣的手工計(jì)算。子程序是由 Tcl 語(yǔ)言的編寫(xiě)而成的, Tcl(tool command language)語(yǔ)言是一個(gè)交互式解釋性計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。它幾乎在所有的平臺(tái)上都可以解釋運(yùn)行,具有強(qiáng)大的功能。由于自定義功能完全由用戶(hù)編輯,所以一般通過(guò)文本狀態(tài)下修改 TCL 文件實(shí)現(xiàn),部分程序能需要在 DEF 文件中定義變量格式。用戶(hù)自定義功能通過(guò)后置處理實(shí)現(xiàn),所輸出的內(nèi)容屬于 NC 中輔助信息部分,數(shù)控系統(tǒng)不運(yùn)行。3.3.1 輸出每道工序的加工時(shí)間加工時(shí)間是機(jī)床加工中的一個(gè)重要的參數(shù),是加工效率的體現(xiàn)。對(duì)于加工時(shí)間,事件處理器已定義變量 mom_machine_time,此變量表示總加工時(shí)間,包括切削時(shí)間,等待時(shí)間,輔助加工時(shí)間(如換刀等) 。由于要求得到每道工序的加工時(shí)間,所以需要定義另外一個(gè)變量 mom_accumulated_time,表示不包括當(dāng)前工序的加工時(shí)間,初始值設(shè)定為 0。另外,將每道工序的加工時(shí)間變量定義為mom_op_time,它等于$mom_machine_time 與$accumulated_time 之差。用 TCL 語(yǔ)言表南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文27達(dá)為:Set mom_op_time [expr $mom_machine_time-$
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