基于UG的側銑后處理創建與角度頭銑削仿真技術

郭輝， 馬艷萍， 何多政， 許鋒國

（中航飛機起落架有限責任公司燎原分公司，陜西漢中 723000）

0 引 言

角度頭作為一種機床附件（見圖1），已廣泛應用于航空、汽車、模具等機械加工的各個領域。在機床上安裝上角度頭后刀具旋轉中心線可以與主軸旋轉中心線成一定角度加工工件，無需改變機床結構就可以增大其加工范圍和適應性，實現一些特殊角度的仿形銑削，如管道內壁或狹小空間、孔內壁切槽鉆孔等用傳統方法難以完成的加工，還能減少工件裝夾次數，提高加工精度和效率。

圖1 90°角度頭

1 側銑加工前機床參數設置

90°角度頭在CAM編程時，后處理能自動識別G17 、G18、G19平面，程序中刀具補償、鉆孔循環代碼具有正確的格式。刀具補償主要有刀具半徑補償和刀具長度補償兩種。其中刀具長度補償又分為3類（見表1）：長度補償A（補償沿Z軸的刀具長度值）；長度補償B（補償沿X、Y、Z軸的刀具長度值）；長度補償C（補償沿指定軸的刀具長度值）。長度補償與加工平面關系緊密，且均可以采用G17/G18/G19 G43/G44 Z/Y/X_H_格式描述（見表1）。根據FANUC 0i-C參數說明書知：在側銑頭銑削時，需將FANUC機床tool offset參數No.5001中TLB值修改為“1”，方可建立垂直于所選G18/G19平面方向的刀具長度補償。（TLB 為“0”時，系統默認只進行G17平面Z軸方向刀具長度補償）。

表1 刀具長度補償代碼

側銑鉆孔時，需將FANUC機床canned cycles參數No.5101中的FXY改為“1”時，建立與所選平面G18/G19垂直的鉆孔軸（當FXY為“0”時，系統默認G17平面Z軸方向為鉆孔軸）。如采用90°角度頭在XZ平面鉆孔，如：G18 G43 Y30. H01；G99 G83 Y7. R30. F250. Q0.0。為保證主軸正向轉動，可在后處理定制時將M03調整為M04。

2 UG三軸側銑后處理的創建

采用UG后處理構造器建立后處理文件的一般過程如圖2所示。

圖2 定制后處理過程

1）創建機床類別和行程等基礎參數設置。a.機床后置輸出單位設置為mm，機床類型為銑，控制器為通用；b.根據實際機床參數，在機床一般參數中輸入X、Y、Z行程及快速進給極限速率。

2）定義程序/操作頭。在程序頭增加取消刀具半徑補償、刀具長度補償、循環指令、指定夾具體偏置指令，如：G40 G17 G49 G80 G90 G；在操作頭中取消自動換刀、手刀換刀設置。

3）定義刀軌移動。在刀軌移動中：機床控制下，取消單獨成行的“G40”刀具補償；運動下，增加刀具補償D的“PB_CMD_ FORCE_ONCE_D”指令。具體代碼如下：

在直線運動內增加PB_CMD_set_cycle_plane指令，當循環中需使用G17/18/19時，能確定并正確輸出平面代碼。PB_CMD_set_cycle_plane指令代碼如下：

a.直線運動中，為保證輸出刀具半徑補償代碼的正確性，還需在G01前增加G41-Cutcom (LEFT/RIGHT/OFF)及G17-Cutcom Plane Code（見圖3）。

圖3 設置帶刀具半徑補償的直線運動格式

b.圓弧運動中，增加G17-Cutcom Plane Code指令，輸出設置為1/4圓弧，則圓弧插補采用G02/G03 X_ Y_ R_F_格式編程。

c.有G43代碼的快速運動中，需增加PB_CMD_set_cycle_plane指令和G17-Cutcom Plane Code指令，確保程序輸出為G17/G18/G19 G43/G44 Z/Y/X_H_格式（見圖4）。

圖4 帶刀具補償的刀軌移動格式

4）設置鉆孔循環參數。通過對鉆孔循環公共參數進行設置，保證各類孔加工輸出合適的DN格式。在“Co mmon Parameters”公共設置中，添加PB_CMD_set_cycle_plane指令，進行孔加工平面識別和刀軌正確的輸出，其他循環參數按圖5設置[1]。

5） 定 義 程序/操作尾。將程序尾中結束程序指令更改為M30，其他設置默認或根據需要進行調整。到此，側銑后處理基本設置完成。

為方便操作后處理器的調用，可用寫字板打開UG新建側銑后處理安裝盤下postprocessor文件夾（如X:Program FilesSiemensNX 10.0MACH esourcepostprocessor）下的template_post.dat 文件。在文件段尾或段首增加“CXnew_post,$ {UGII_CAM_POST_DIR} CXnew_post.tcl,$ {UGII_CAM_POST_DIR} CXnew_post.def”語句, 其中“CXnew_post”為新建側銑后處理名，CXnew_post.def為CXnew_post格式定義文件，CXnew_post.tcl為CXnew_post控制機床運動事件處理文件。添加保存后，打開UG軟件瀏覽查找后處理器“CXnew_post”便出現在窗口中，方便編程過程中后處理的便捷使用。

圖5 鉆孔循環設置

3 側銑后處理格式檢查及程序驗證

3.1 側銑后處理程序的格式檢查

在UG軟件加工模塊中，創建一個長方體，在ZMXM（G18平面）平面內以往返走刀方式精銑平面、鉆孔來校驗側銑后處理后的NC格式。數控CAM編程過程與三軸編程相同，不再贅述。為正確輸出面銑刀具半徑補償，還需在UG軟件加工模塊中打開面銑操作，在非切削運動下→刀具補償→刀具補償位置→選擇“最終精加工刀路”。

平面程序代碼如下：

對照刀具長度補償B類代碼和平面鉆孔設置要求可知，該后處理生成的NC代碼能正確識別G17/G18/G19平面，可按要求輸出G41、G42、刀具半徑補償值D01及長度補償H01。

3.2 工藝防差錯設置

為進一步實現減少加工前可能因刀具調用問題、有效懸伸過短等差錯的發生。可根據需要增加定制刀具清單、每個操作的切削余量顯示等。下面為刀具參數讀取的一段命令，用于生產刀具信息。

具體命令代碼：

3.3 基于UG自帶機床的程序仿真

自UG8.5后軟件自身具有機床仿真功能，可在加工模塊、機床視圖“Generic Machine”中，點擊右鍵加載仿真機床，進行機床設置：

1）從庫中調用機床控制系統為FANUC的“3-Ax Mill Vertical”機床，推薦部件與機床采用“使用部件安裝連接”，可根據需要在浮動坐標系中調整x、y、z值，調整加工坐標系處于機床坐標系上方；

2）在“3-Ax Mill Vertical”機床配置界面的庫類型中，庫中調用設備選擇“頭”→AC_HEAD角度頭。為確保UG機床仿真時角度頭正常調用，還需將刀具節點（含銑削操作）拖到AC_HEAD角度頭下，實現角度頭與刀具的切換功能（見圖6左）。

點擊進入機床仿真控制面板中，勾選仿真設置中的顯示刀軌，界面中的管理設置→單步→選擇“事件”或“塊”，動畫→采用“刀軌仿真”模式，點擊可視化播放按鈕，進行角度頭銑削機床模擬仿真（見圖6右）。

圖6 UG中角度頭設置和刀軌仿真

因UG軟件自帶機床有限，若要實現完全1∶1虛擬仿真，需自己創建機床，也可借助機床庫中的相似機床只對刀路進行確認仿真。為進一步進行加工過程工裝干涉、過切檢查等操作時，可以根據實際機床參數在UG軟件中創建，也可以采用VERICUT機床庫提供的設備進行的鉆孔、曲面、型腔切削仿真（見圖7）。經UG及VERICUT仿真加工驗證：開發的側銑后處理構造器生成的NC程序正確、有效，可用于實際側銑加工中。

圖7 基于VERICUT的側銑鉆孔、型腔、曲面銑削仿真

4 結 論

側銑頭作為一種功能強大的機床附件，能增強加工中心使用范圍和設備能力。為避免角度頭在快速移動時與零件發生碰撞或與夾具體發生干涉等故障，建議在刀具快速移動時，先沿X、Y方向移動，再沿-Z方向進刀；加工前刀具在靠邊或分中找正的參數輸入時，需考慮是否應減去刀具半徑值；生成的程序盡可能采用虛擬仿真進行驗證，消除運動過程中潛在的如過切、干涉等風險。三軸側銑后處理可助力側銑頭功能的進一步發揮，能更好地解決狹小空間、孔內壁切槽鉆孔的加工。