基于UGNX的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床后處理的開(kāi)發(fā)*

宋文學(xué) 張軍前 劉興良

(西安航空學(xué)院機(jī)械學(xué)院，陜西西安 710077)

多軸控制加工具有加工效率高、加工質(zhì)量高、改善刀具切削環(huán)境、刀具可達(dá)性好、避免過(guò)切、清角徹底等優(yōu)點(diǎn)。但是，多軸控制加工的應(yīng)用和普通三軸數(shù)控加工相比，其最大的難點(diǎn)是編程復(fù)雜、難度大。原因是合成運(yùn)動(dòng)的空間軌跡非常復(fù)雜和抽象，一般難以想象和理解。如為了加工出所需的空間自由曲面，往往需通過(guò)多次坐標(biāo)變換和復(fù)雜的空間幾何運(yùn)算，同時(shí)還要考慮各軸運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)性，避免干涉、沖撞，以及插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)要適時(shí)適量等，以保證所要求的加工精度和表面質(zhì)量，編程難度就更大了。

后置處理是數(shù)控加工自動(dòng)編程過(guò)程中一個(gè)重要組成部分［1］。自動(dòng)編程經(jīng)過(guò)刀具軌跡計(jì)算產(chǎn)生的不是數(shù)控程序，而是刀位數(shù)據(jù)文件，把刀位數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換成指定數(shù)控機(jī)床能執(zhí)行的數(shù)控程序的過(guò)程稱為后置處理(如圖 1)［2］。

五軸數(shù)控機(jī)床除了3個(gè)互相垂直的線性運(yùn)動(dòng)軸外，還有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軸。兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軸依附位置不同，其具體結(jié)構(gòu)千差萬(wàn)別。五軸機(jī)床后置處理與機(jī)床具體結(jié)構(gòu)息息相關(guān)，同樣的刀位文件，不同的機(jī)床結(jié)構(gòu)后置處理所得出的數(shù)控程序截然不同［3］。針對(duì)德瑪吉DMU50五軸聯(lián)動(dòng)加工中心，基于UGNx8.0開(kāi)發(fā)了后置處理器，使用效果良好。

1 基于UGNX開(kāi)發(fā)后置處理器的流程

利用UGNX軟件進(jìn)行后處理開(kāi)發(fā)的原理如圖2所示［4］。UGNX提供了一個(gè)圖形界面的后處理構(gòu)造器(UG/Post Builder)，可以生成多種數(shù)控機(jī)床、多種數(shù)控系統(tǒng)的后置處理文件。利用該后置處理生成器同時(shí)產(chǎn)生3個(gè)文件，事件處理文件(.tcl文件)、機(jī)床定義文件(.def文件)和用于生成器自身編輯的文件(.pui文件)。用戶可以直接修改事件處理文件(.tcl)和定義文件(.def)，其中事件處理文件(.tcl)支持 tcl/tk語(yǔ)言，可以根據(jù)tcl/tk編程語(yǔ)言規(guī)范修改［5］。利用 UG/Post Builder開(kāi)發(fā)后處理器的流程如圖3所示［6］。

2 基于UG/Post Builder開(kāi)發(fā)DMU50五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床后置處理器

2.1 DMU50數(shù)控機(jī)床的參數(shù)

該機(jī)床為DMU50，是雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸加工中心，X軸行程500 mm;Y軸行程450 mm;Z軸行程400 mm;B軸擺動(dòng)行程 －5°～110°;C軸旋轉(zhuǎn)行程 0°～360°，數(shù)控機(jī)床的安全點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值為X－500，Y－1，Z－1，機(jī)床最大快移速度30 mm/min;采用 Heidenhain Itnc530數(shù)控系統(tǒng)。具體結(jié)構(gòu)及坐標(biāo)系見(jiàn)圖4。

2.2 海德漢數(shù)控系統(tǒng)輔助功能

該后處理文件中需加入海德漢數(shù)控系統(tǒng)的一些輔助功能，如 M128、M129、M126、M127、M91、Cycle32 等。

(1)M128、M129 指令

M128指令是刀尖點(diǎn)跟隨功能，即在接通轉(zhuǎn)換之后位置說(shuō)明(X，Y，Z)總是和刀尖有關(guān)。參與轉(zhuǎn)換的回轉(zhuǎn)軸位置的改變導(dǎo)致其他加工軸的補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)，刀尖位置保持不變。M129指令是取消刀尖點(diǎn)跟隨功能。

(2)M126/M127指令

M126是啟用旋轉(zhuǎn)軸最短路徑運(yùn)動(dòng)指令，M127是取消旋轉(zhuǎn)軸最短路徑運(yùn)動(dòng)指令。

(3)M91指令

M91指令是機(jī)械坐標(biāo)系編程。

(4)Cycle 32指令

該指令保證數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)將兩路徑之間的輪廓平滑過(guò)渡(無(wú)論補(bǔ)償與否)，且與工件表面保持接觸。

2.3 海德漢數(shù)控系統(tǒng)的程序格式

以下為海德漢數(shù)控系統(tǒng)部分程序格式說(shuō)明。

2.4 后處理的構(gòu)造

(1)啟動(dòng)和設(shè)置參數(shù)

啟動(dòng)UG加工后處理構(gòu)造器新建，設(shè)置機(jī)床類型為“銑”和“5軸雙轉(zhuǎn)臺(tái)”，旋轉(zhuǎn)軸配置頁(yè)面中設(shè)第4軸旋轉(zhuǎn)平面“ZX”，文字指引線為“B”，第5軸旋轉(zhuǎn)平面“XY”，文字指引線為“C”，設(shè)置好之后機(jī)床結(jié)構(gòu)如圖5所示。

(2)修改程序的起始序列

在程序的起始序列中加入以下內(nèi)容:

(3)修改操作起始序列

①在操作起始序列的刀軌開(kāi)始中加入用戶命令PB_CMD_rest_0和PB_CMD_TOLERANCE。

②在操作起始序列的第一次移動(dòng)中加入用戶命令PB_CMD_output_M128和PB_CMD_output_PLANE_SPATIAL，實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)加工時(shí)的坐標(biāo)跟隨功能或定位加工時(shí)的PLANE功能的判斷，其內(nèi)容如下:

(4)修改操作結(jié)束序列

在操作結(jié)束序列中加入用戶命令PB_CMD_reset_5axis_control_mode，實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)加工后的取消坐標(biāo)跟隨功能(M129)或定位加工后的取消 PLANE功能(PLANE RESET指令)的判斷。

(5)修改程序結(jié)束序列

在程序結(jié)束序列中加入PB_CMD_go_home_pos(作用是刀具回到機(jī)床安全點(diǎn)，B、C軸復(fù)位)和PB_CMD_total_time(作用是計(jì)算加工時(shí)間)。

(6)保存后處理文件

修改完成后保存后處理文件(保存路徑不能有中文字符或中文名)。

2.5 后處理器的安裝

打開(kāi)UGNX軟件，啟動(dòng)加工應(yīng)用模塊，打開(kāi)工具菜單安裝NC后處理器，在對(duì)話框中選擇剛才建立并保存的后處理文件，確定后即可使用。

3 后處理器的應(yīng)用

利用開(kāi)發(fā)的五軸聯(lián)動(dòng)后處理器生成葉輪數(shù)控加工程序。

(1)在UGNX中建立葉輪幾何模型(如圖6)。

(2)利用UGNX中的葉輪加工模塊生成刀位軌跡。圖7為葉輪粗加工刀軌，圖8為葉輪粗加工仿真，圖9為流道精加工刀軌，圖10為葉片精加工刀軌，圖11為葉輪加工實(shí)物。

(3)在UG中調(diào)用開(kāi)發(fā)的后處理器生成數(shù)控加工程序，在DMU50五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行加工，驗(yàn)證了后處理器的正確性。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系和運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的分析，以及對(duì)基于UGNX軟件后處理開(kāi)發(fā)過(guò)程的研究，利用UG/Post Builder，針對(duì)德馬吉DMU50五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床開(kāi)發(fā)了后處理程序，實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)雜曲面的刀具路徑的生成、加工仿真，生成的數(shù)控代碼，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可行。通過(guò)對(duì)UG/Post Builder后置處理進(jìn)行研究，可以使生成的數(shù)控程序更加適應(yīng)機(jī)床的需求，通過(guò)對(duì)后置處理文件進(jìn)行深入開(kāi)發(fā)，可以滿足特殊要求的后置處理。

［1］梁蔓安，唐清春，黎家宏.基于UG的五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床后置處理器研究與實(shí)現(xiàn)［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù).2011.6(6):17 －19.

［2］孫國(guó)平.基于UG的五軸加工中心的后處理［D］.無(wú)錫:江南大學(xué)，2009，3:2 －3.

［3］商學(xué)謙，付海濤.基于UG/Post的五軸后置處理程序開(kāi)發(fā)［J］.航天制造技術(shù).2007，8(4):32 －34.

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［5］張玉峰，白紅英.基于UG/POST五軸后置處理技術(shù)研究(下)［J］.金屬加工，2010(7):72－74.

［6］曾強(qiáng).葉輪類零件的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工與仿真［D］.成都:西南交通大學(xué)，2009，12:38 －39.