利用UG NX/ Post Builder實現螺旋銑削NC程序

貴州航天天馬機電科技有限公司 （遵義 563003） 蘇德軍

Unigraphics NX（以下簡稱UG NX）是由美國UGS公司推出的面向制造行業的C A D/CAE/CAM高端軟件，現被德國Siemens公司收購，它是當今最先進、最流行的工業設計軟件之一。它集合了概念設計、工程設計、分析與加工制造的功能，實現了優化設計與產品生產過程的組合。該軟件的CAM系統具有刀具路徑計算速度快、碰撞和過切檢查功能完善、刀具路徑策略豐富、刀具路徑編輯功能豐富、操作過程簡單易學以及能實現多軸加工、車銑復合加工、高速加工等數控編程的優點，鑒于它強大的編程功能在全球有廣泛的用戶群。

使用NX CAM加工模塊生成刀具路徑軌跡后，其中會包含GOTO點和其他機床控制的指令信息。由于不同的機床控制系統對NC程序格式有著不同的要求（數控機床的控制器不同，所使用的NC程序格式就不一樣），這些NC刀具源文件也就不能直接被控制系統所使用，因此NX CAM中的刀具路徑軌跡必須經過處理轉換成特定的機床控制器能接受的NC程序格式，這一處理過程就是“后處理”。后處理是數控加工中一個重要的環節，其主要任務是將CAM軟件生成的加工刀位軌跡文件轉換成特定機床可接受的NC程序文件。

UG NX提供了一個性能優異的后處理工具——NX/ Post Builder。通過NX/ Post Builder圖形界面用戶可以交互方式來靈活定義建立NC程序的格式和輸出內容，以及程序頭尾、操作頭尾、換刀、循環等每一個事件的處理方式，利用它建立和機床控制系統相關的事件處理文件和事件定義文件，然后通過UG NX整合在一起，完成簡單或任意復雜機床的后處理。

因此我們可以通過修改NX/Post Builder解決實際加工中出現的各種問題，本文通過一個實例進行說明。

1. 問題復現

（1）在實際工作中經常要加工螺紋孔，通常的加工方法是：鉆完底孔后利用絲錐進行加工。這種加工方法只適用于標準小螺紋孔的加工，當螺紋孔大、螺距大、非標準時，這種加工方法就存在很大的局限性。主要表現在：①手工攻螺紋時需要很大的力量，增加操作人員的勞動強度而且勞動效率低，還容易出現爛牙和攻歪現象。②機攻時由于強力擠壓、排屑不暢，容易造成爛牙現象，甚至折斷刀具擊傷操作人員。③不同的螺紋需配置不同的刀具，刀具種類繁多，采購難度大，容易造成工期延誤，而且增加成本。④螺紋加工精度不高，影響裝配精度。

（2）鑒于上述原因，傳統加工方法不適用于這類螺紋孔的加工，需尋找一種更好的加工途徑。通過閱讀數控銑床相關控制手冊及參考數控車床加工螺紋孔的方法，發現在數控銑床上裝上數控車床加工螺紋的刀具，并編制合理的NC程序能夠實現此類螺紋孔的加工，而且能有效地避免傳統加工方法存在的缺點。但在實踐過程中發現UG CAM自帶的后處理生成的螺紋加工NC程序是將螺旋線打斷成許多細小的直線，以細小直線組合趨近于螺旋線，程序代碼以G01的方式出現。下面以某型號一個零件加以說明，零件如圖1所示。

圖 1

該零件要加工兩個M27×2螺紋孔，在UC CAM模塊中編制好程序后（見圖2），用UG CAM自帶的后處理文件生成螺紋加工程序。

圖 2

程序如下：

%

O0001

N1 G21

N2 G17 G40 G49 G80

N3 G00 G90 G54

N4 S3000 M04

N5 G00 X-17.5 Y0.0

N6 Z20.

N7 Z0.0

N8 G01 X-15.55 F1200

N9 X-12.55

N10 X-12.557 Y-.281 Z-.018

N11 X-12.581 Y-.561 Z-.036

N12 X-12.621 Y-.84 Z-.054

N13 X-12.676 Y-1.116 Z-.072

N14 X-12.747 Y-1.388 Z-.09

N15 X-12.834 Y-1.656 Z-.109

N16 X-12.936 Y-1.918 Z-.127

N17 X-13.052 Y-2.174 Z-.145

N18 X-13.182 Y-2.423 Z-.163

N19 X-13.327 Y-2.664 Z-.181

N20 X-13.485 Y-2.897 Z-.199

N21 X-13.656 Y-3.12 Z-.217

N22 X-13.84 Y-3.334 Z-.235

N23 X-14.035 Y-3.536 Z-.253

N24 X-14.241 Y-3.727 Z-.271

N25 X-14.458 Y-3.906 Z-.289

N26 X-14.685 Y-4.073 Z-.307

N27 X-14.921 Y-4.226 Z-.326

N28 X-15.165 Y-4.366 Z-.344

N29 X-15.417 Y-4.491 Z-.362

N30 X-15.675 Y-4.602 Z-.38

N31 X-15.94 Y-4.699 Z-.398

N32 X-16.209 Y-4.78 Z-.416

N33 X-16.482 Y-4.845 Z-.434

……

N2322 X14.458 Y-3.906 Z-20.711

N2323 X14.241 Y-3.727 Z-20.729

N2324 X14.035 Y-3.536 Z-20.747

N2325 X13.84 Y-3.334 Z-20.765

N2326 X13.656 Y-3.12 Z-20.783

N2327 X13.485 Y-2.897 Z-20.801

N2328 X13.327 Y-2.664 Z-20.819

N2329 X13.182 Y-2.423 Z-20.837

N2330 X13.052 Y-2.174 Z-20.855

N2331 X12.936 Y-1.918 Z-20.873

N2332 X12.834 Y-1.656 Z-20.891

N2333 X12.747 Y-1.388 Z-20.91

N2334 X12.676 Y-1.116 Z-20.928

N2335 X12.621 Y-.84 Z-20.946

N2336 X12.581 Y-.561 Z-20.964

N2337 X12.557 Y-.281 Z-20.982

N2338 X12.55 Y0.0 Z-21.

N2339 X15.55 F200.

N2340 X17.5

N2341 G00 Z20.

N2342 M05

N2343 M09

N2344 M30

%

如圖3所示，通過C I M C O Edit V5數控仿真軟件演示可以看到該NC程序的走刀路徑是以螺旋線的形式出現。

但檢查程序發現該后處理將螺旋線打斷成許多細小的直線，以細小直線組合趨近于螺旋線，程序代碼以G01的方式出現，這種處理方式不僅程序代碼長（有2 344行），而且加工精度差，不是最佳的處理方法。最佳的處理方法為(在XY平面內)：

G17 G02（G03）X__Y__Z__I__J__

X__Y__Z__I__J__

X__Y__Z__I__J__

……

圖 3

圖 4

2. 解決方法

（1）根據前面的敘述可以知道，通過修改NX/ Post Builder能夠解決實際加工中出現的各種問題，通常利用NX/ Post Builder圖形界面，用戶能夠定制生成符合機床控制系統要求的程序代碼，但有些機床控制系統比較特殊或者有些程序代碼比較特殊，普通的NX/ Post Builder生成的后處理不能滿足要求。這時必須利用custom command（用戶自定義命令）來處理這些特殊情況，以生成符合條件的數據格式。

（2）由于螺旋線的程序代碼比較特殊，需利用TCL語言構建程序建立custom command（用戶自定義命令）解決問題。

首先，如圖4所示，在program & tool parh→custom command子選項卡下建立一個名稱為PB_CMD_init_helix的用戶自定義命令，并用TCL語言構建程序進行判斷和輸出螺旋線程序代碼。

構建的程序如下：

uplevel #0 {

set mom_sys_helix_pitch_type

“rise_radian”

set mom_kin_helical_arc_output_mode FULL_CIRCLE

MOM_reload_kinematics

proc MOM_helix_move { } {

global mom_pos_arc_plane

global mom_sys_cir_vector

global mom_sys_helix_pitch_type

global mom_helix_pitch

global mom_prev_pos mom_pos_arc_center

global PI

switch $mom_pos_arc_plane {

XY { MOM_suppress once K ;set cir_index 2 }

YZ { MOM_suppress once I ; set cir_index 0 }

ZX { MOM_suppress once J ; set cir_index 1 }

}

switch $mom_sys_helix_pitch_type {

none { }

rise_revolution { set pitch$mom_helix_pitch }

rise_radian { set pitch [expr$mom_helix_pitch / ($PI * 2.0)]}

other {

}

default { set mom_sys_helix_pitch_type “none” }

}

MOM_force once X Y Z

if {$mom_sys_helix_pitch_type !=“none”} {

MOM_force once I J K

if {$mom_sys_cir_vector ==“Vector - Arc Center to Start”} {

set mom_prev_pos($cir_index)0.0

set mom_pos_arc_center($cir_index) $pitch

} elseif {$mom_sys_cir_vector== “Vector - Arc Start to Center”} {

set mom_prev_pos($cir_index)$pitch

set mom_pos_arc_center($cir_index) 0.0

} elseif {$mom_sys_cir_vector== “Unsigned Vector - Arc Center to Start”} {

set mom_prev_pos($cir_index)0.0

set mom_pos_arc_center($cir_index) $pitch

} elseif {$mom_sys_cir_vector== “Absolute Arc Center”} {

set mom_pos_arc_center($cir_index) $pitch

}

}

MOM_do_template circular_move

} ；

} ；

其次，如圖5所示，將定義好的用戶命令PB_CMD_init_helix添加到start of program標記中。當Post Builder處理過程中發現程序有螺旋加工事件，便會以用戶命令PB_CMD_init_helix指定好的模式進行輸出。

圖 5

（3）經過修改Post Builder后，再將圖1所示零件進行后處理輸出，得到如下程序：

%

O0001

N1 G21

N2 G17 G40 G49 G80

N3 G00 G90 G54

N4 S3000 M04

N5 G00 X-17.5 Y0.0

N6 Z20.

N7 Z0.0

N8 G01 X-15.55 F1200

N9 X-12.55

N10 G17 G02 X-12.55 Y0.0 Z-2.I-4.95 J0.0

N11 X-12.55 Y0.0 Z-4. I-4.95 J0.0

N12 X-12.55 Y0.0 Z-6. I-4.95 J0.0

N13 X-12.55 Y0.0 Z-8. I-4.95 J0.0

N14 X-12.55 Y0.0 Z-10. I-4.95 J0.0

N15 X-12.55 Y0.0 Z-12. I-4.95 J0.0

N16 X-12.55 Y0.0 Z-14. I-4.95 J0.0

N17 X-12.55 Y0.0 Z-16. I-4.95 J0.0

N18 X-12.55 Y0.0 Z-18. I-4.95 J0.0

N19 X-12.55 Y0.0 Z-20. I-4.95 J0.0

N20 X-22.45 Y0.0 Z-21. I-4.95 J0.0

N21 G01 X-19.45

N22 X-17.5

N23 G00 Z20.

N24 X17.5

N25 Z0.0

N26 G01 X19.45 F0.0

N27 X22.45

N28 G02 X22.45 Y0.0 Z-2. I-4.95 J0.0

N29 X22.45 Y0.0 Z-4. I-4.95 J0.0

N30 X22.45 Y0.0 Z-6. I-4.95 J0.0

N31 X22.45 Y0.0 Z-8. I-4.95 J0.0

N32 X22.45 Y0.0 Z-10. I-4.95 J0.0

N33 X22.45 Y0.0 Z-12. I-4.95 J0.0

N34 X22.45 Y0.0 Z-14. I-4.95 J0.0

N35 X22.45 Y0.0 Z-16. I-4.95 J0.0

N36 X22.45 Y0.0 Z-18. I-4.95 J0.0

N37 X22.45 Y0.0 Z-20. I-4.95 J0.0

N38 X12.55 Y0.0 Z-21. I-4.95 J0.0

N39 G01 X15.55.

N40 X17.5

N41 G00 Z20.

N42 M05

N43 M09

N44 M30

%

可以看出該NC程序滿足要求，并有如下優點：①程序代碼短只有44行，修改以前有2 344行，大大的節約了機床的存貯空間。②程序以螺旋運動的模式輸出，加工精度得到很大的提高。③程序簡潔便于檢查，提高了程序的可靠性。

3. 結語

當機床控制系統比較特殊或者程序代碼比較特殊時（如螺旋加工模式），可以利用TCL語言構建程序建立custom command(用戶自定義命令)來處理這些特殊情況，以產生符合條件的數據格式。

[1] 張磊. UG NX6.0后處理技術培訓教程[M]. 北京：清華大學出版社，2009.