威力銘W518S加工中心五軸聯動UG后置處理設計

王　勃，李號召，董　曉，劉東曉，王彥偉

(中國航空工業集團公司洛陽電光設備研究所，河南 洛陽 471000)

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威力銘W518S加工中心五軸聯動UG后置處理設計

王勃，李號召，董曉，劉東曉，王彥偉

(中國航空工業集團公司洛陽電光設備研究所，河南 洛陽 471000)

針對瑞士威力銘公司W518S加工中心進行了五軸聯動加工的UG后置處理設計研究。其具體內容包括：FANUC數控系統五軸聯動專用模塊程序的特點及相關指令介紹；五軸聯動后置處理設置內容介紹；特殊指令的TCL程序語言說明；葉輪等試驗零件五軸聯動加工等。通過對成熟使用的UG五軸聯動后置處理開發的介紹，為其他設備的UG五軸聯動后置處理開發提供了借鑒。

五軸聯動；UG；后置處理；TCL語言

本文主要通過對瑞士威力銘公司W518S加工中心五軸五聯動的UG后置處理設計，來實現該設備的五軸聯動加工功能。W518S加工中心是從瑞士引進的五軸精密鏜銑加工中心，最高轉速可達20 000 r/min，結構為主軸擺動的五軸加工中心(B軸擺動)，操作系統為FANUC系統。該設備具有專門的五軸聯動加工模塊，需要利用設備的TCP(Tool Center Point Control)功能，對其中的G43.4、G849、G841和G843等多個特殊指令進行設置，從而完成較為復雜的五軸聯動UG后置處理設計。

1　五軸聯動后處理研究流程

五軸聯動后置處理設計主要研究內容包括：1)掌握五軸聯動模塊特殊指令含義及程序特點；2)應用UG/Post Builder軟件，進行UG后置處理設計；3)對部分特殊指令進行TCL語言解讀；4)應用UG軟件對試驗零件進行五軸聯動程序刀軌設計，進行試驗零件加工，驗證后置處理正確性。

主要研究流程[1]如圖1所示。

圖1　主要研究流程

2　五軸聯動加工模塊的UG后置處理設計

2.1W518S加工中心五軸聯動模塊介紹

W518S加工中心的五軸聯動采用全程刀尖跟蹤功能，與一般的3+2五軸加工有著明顯的區別。

首先，加工中心通過G5 P10000指令進入AInanoHPCC模式后即進入五軸聯動加工模式，其后每句程序均具有刀尖跟蹤功能，其加工坐標系固定，Z正方向始終垂直于工作臺向上，不隨B軸數值變化而旋轉。而在3+2五軸加工中，雖然G802或G806指令起角度也有刀尖跟蹤的功能，但僅限本句程序，并且坐標系隨B軸旋轉，Z正方向始終指向主軸方向。

其次，進入AInanoHPCC模式后具有的刀尖跟蹤功能與進入該模式前有著明顯區別，例如，同樣程序G0 X0 Y0 Z0 B30 C0；在初始狀態以及進入該模式前、后運行的結果如圖2所示。

圖2　初始狀態及進入AInanoHPCC模式前、后狀態

最后，AInanoHPCC模式具有對程序預讀功能，可提前預讀多段程序，保證程序在五軸聯動加工中運行流暢。

綜上所述，W518S加工中心是通過進入AInanoHPCC模式后，對刀尖坐標及B、C軸角度值的控制來實現五軸聯動加工的。

2.2五軸聯動數控程序基本格式

W518S加工中心針對五軸聯動加工采用TCP(五軸聯動加工的刀具中心點控制)模式來實現，TCP的加工程序結構如下。

激活：

G806 T.. B.. H.. R0調刀并取消坐標旋轉跟蹤

M70解鎖B軸

M72解鎖C軸

G841選擇工作臺坐標系統為固定工作坐標系并進入C軸跟蹤

G5 P10000激活AInanoHPCC模式

G43.4 H..TCP模式并添加刀具長度補償

G0 X.. Y.. Z.. B.. C.. G0位置

G1 X.. Y.. Z.. B.. C.. 開始加工

……

……

取消：

G1 X.. Y.. Z.. B.. C..加工

M71B軸鎖定

M73C軸鎖定

G0 G49 Z..TCP模式和刀具長度補償取消

G5 P0AInanoHPCC模式取消

G849取消C軸跟蹤，進入一般加工狀態

G53 X0 Y0 Z0 B0 C0返回機床零點

M30程序結束

UG后置處理設置應滿足上述程序格式，并保證G849、G43.4、G5 P0和G5 P10000等特殊指令功能實現，X、Y、Z、B和C等軸的坐標值生成正確。

2.3五軸聯動后處理基本設置

通過UG后置處理構造器(UG/Post Builder)設計五軸聯動后置處理，滿足上述程序格式要求，并保證輸出程序正確。具體設置如下。

1)根據機床實際情況對機床結構進行設置，設置為主軸擺動和工作臺旋轉式五軸加工中心。其中，第4軸B軸旋轉范圍為-10°～+100°，第5軸C軸設置為-360°～+360°。機床具體結構如圖3a所示，在UG/Post Builder中的設置如圖3b所示。

圖3　UG/Post Builder軟件中機床結構及B、C軸設置

2)在UG/Post Builder中對直線移動(G1)、快速移動(G0)進行設置，要求X、Y、Z的坐標值及B、C數值強制輸出。具體設置如圖4和圖5所示。

圖4　直線移動(G1)設置

圖5　快速移動(G0)設置

3)對五軸聯動模塊中特殊指令在程序頭、尾處進行設置，保證程序正確進入和退出五軸聯動模塊。其中，程序頭包含的特殊指令有G806、M70、M72、G841、G5 P10000和G43.4 H11等，程序尾處包含的特殊指令有M71、M73、G49、G5 P0和G849等。具體設置如圖6所示。

圖6　程序開頭和程序結尾設置

2.4特殊指令所對應的TCL語言

TCL是一個交互式解釋性計算機語言，它包含兩部分：1個語言和1個庫。UG后置處理構造器使用TCL作為它的命令語言[2]。該五軸聯動后置處理中特殊指令及程序開始、結尾處設置所對應的TCL語言如下。

1)M70、M72、G841、G5 P10000和G43.4 H11等指令定義：

BLOCK_TEMPLATE start_of_path

{

Text[M70]

}

BLOCK_TEMPLATE start_of_path_1

{

Text[M72]

}

BLOCK_TEMPLATE start_of_path_2

{

Text[G841]

}

BLOCK_TEMPLATE start_of_path_3

{

Text[G5 P10000]

}

BLOCK_TEMPLATE start_of_path_4

{

Text[G43.4 H11]

}

2)G849、G5 P0、G49、M73和M71等指令定義：

BLOCK_TEMPLATE end_of_program_3

{

Text[G849]

}

BLOCK_TEMPLATE end_of_program_4

{

Text[G5 P0]

}

BLOCK_TEMPLATE end_of_program_5

{

Text[G49]

}

BLOCK_TEMPLATE end_of_program_6

{

Text[M73]

}

BLOCK_TEMPLATE end_of_program_7

{

Text[M71]

}

3)程序開始部分TCL語言設置：

=======================

proc MOM_start_of_path { } {

=======================

global mom_sys_in_operation

set mom_sys_in_operation 1

global first_linear_move; set first_linear_move 0

TOOL_SET MOM_start_of_path

if [llength [info commands PB_CMD_kin_start_of_path] ] {

PB_CMD_kin_start_of_path

}

PB_CMD_tool_change_force_addresses

MOM_force Once T

MOM_do_template tool_change_1

PB_CMD_Tool_info

MOM_do_template start_of_path

MOM_do_template start_of_path_1

MOM_do_template start_of_path_2

MOM_do_template start_of_path_3

MOM_do_template start_of_path_4

}

4)程序結尾部分TCL語言設置：

=======================

proc MOM_end_of_program { } {

=======================

MOM_do_template end_of_program_7

MOM_do_template end_of_program_6

MOM_do_template end_of_program_5

MOM_do_template end_of_program_4

MOM_do_template end_of_program_3

MOM_do_template end_of_program_2

MOM_do_template end_of_program

MOM_do_template rewind_stop_code

PB_CMD_Machine_time

MOM_set_seq_off

}

3　五軸聯動后處理試驗驗證

3.1數控程序格式驗證

通過UG軟件使用新開發后置處理進行程序自動生成，驗證程序格式正確性。保證程序頭、尾處特殊指令正確生成，保證G1、G0指令后X、Y、Z、B和C數值強制輸出。自動生成的程序頭、尾處程序如圖7所示。

圖7　后置處理自動生成的程序頭、尾處程序

3.2試驗件加工

UG軟件通過控制刀具軸矢量、投影方向和驅動方法來生成加工軌跡[3]，然后利用后置處理生成五軸聯動加工程序。在W518S設備上使用生成的五軸聯動加工程序對半球面、單個葉片和葉輪進行加工，充分驗證了后置處理的正確性。加工完成的試驗零件如圖8所示。

圖8　試驗零件

4　結語

五軸聯動加工是應用廣泛且先進的加工方式，由于5個空間軸可以同時聯動，可以實現更為復雜的零件的加工，尤其在復雜多曲面的零件加工中具有明顯優勢。本文基于瑞士威力銘W518S加工中心，通過UG/Post Builder軟件對該設備五軸聯動模塊進行后置處理設計，實現UG軟件五軸聯動程序G代碼的自動生成，使該設備具備五軸聯動加工能力。同時，較詳細介紹了后置處理的具體研究過程，為類似設備的五軸聯動UG后置處理開發提供了技術參考和借鑒。

[1] 安杰，等.UG后處理技術[M].北京：清華大學出版社，2003.

[2] 張磊，等.UG NX4后處理技術培訓教程[M].北京：清華大學出版社，2007.

[3] 李朝光，謝龍漢.UG NX5多軸加工及應用實例[M].北京：清華大學出版社，2007.

責任編輯鄭練

The Design of Five-axis NC Post-processing of the Willemin-macodel Company’s Machine-W518S based on UG Software

WANG Bo, LI Haozhao, DONG Xiao, LIU Dongxiao, WANG Yanwei

(Luoyang Institute of Electro-optical Equipment, AVIC, Luoyang 471009, China)

Mainly introduce the design process of the five-axis NC post-processing which is used on Willemin-macodel Company’s machine-W518S based on UG software. The concrete content includes: the modules and commands related to five-axis NC machining of the FANUC system, how to set the parameters of the five-axis post-processing, how to enable special features by programming in TCL languages, the five-axis milling of experiment part-integral impeller. Hope to provide more or less reference for the design of other machines’ five-axis post-processing by the maturely used post-processing which is introduced in this paper.

five-axis machining, UG software, post-processing, TCL language

TH 166

A

王勃(1984-)，男，大學本科，工程師，主要從事CAD/CAM、精密機械加工和數控加工編程等方面的研究。

2015-12-01