AC雙轉臺五軸聯動數控加工中心的后置處理研究

佛新崗

(西安航空職業技術學院，陜西 西安 710089)

隨著航空航天、國防工業、造船、汽車、模具制造等行業的快速發展，對產品加工質量、加工效率的要求越來越高，特別是對空間復雜曲面類零件的加工要求更加苛刻[1]。針對企業利潤競爭近乎于透明的現狀，越來越多的企業大量采購多軸數控加工設備充實生產，以提高產品的附加值，追求更大的利潤空間。多軸設備中特別是五軸聯動數控加工中心應用更加廣泛，主要包括3類結構，分別是雙轉臺五軸聯動加工中心、雙擺頭五軸聯動加工中心、一擺頭一轉臺五軸聯動加工中心，其中以雙轉臺五軸聯動結構較為常見。本文以某航空制造企業購置的德瑪吉DMU65 monoBLOCK雙轉臺五軸聯動加工中心為研究對象，針對該設備配置的HeidenhainiTNC530數控系統，借助UG/Post Builder后處理構造器開發其專用后置處理器[2]，并利用全球領先的數控加工仿真軟件VERICUT驗證后處理的正確性和可行性，進而為快速高效地使用多軸設備提供安全保障。

1 后置處理開發

1.1 后置處理開發方法與流程

用于多軸加工的常用軟件有UG、MasterCAM、Esprit、Powermill、Hypermill、Cimatron等等，無論哪一款CAM軟件，對應的后處理開發方法主要有以下幾種[3]：①直接將CAM軟件生成的刀位軌跡轉換成加工代碼，特點是靈活、方便，但工作量大；②利用類似于UG/Post Builder后處理構造器的軟件編制后處理，特點是要同時熟練掌握CAM軟件和對應的后處理模塊功能，難度較高；③購買軟件廠家開發的配套后處理，特點是價格昂貴；④使用人機交互式的專業軟件自行開發，特點是專業性太強。這四種開發方法各有優缺點，這里選擇第二種方案，以UG軟件為例，其開發流程如圖1所示。

圖1 后處理開發流程

1.2 DMG_DMU65機床后處理開發

德瑪吉DMU65 monoBLOCK是一款典型的雙轉臺五軸聯動加工中心，配置數控系統為海德漢iTNC530。

主要加工產品有輪胎模具、發動機艙蓋模具、托盤托架、鋼制刀塔、不銹鋼高爾夫推桿、水下攝像機鋁制外殼、鉻鎳鐵合金材質的整體葉盤、鈦合金結構件、培爾頓式葉輪、鋁制葉輪、鑄鋼轉向節、鋁制液壓件、鈦合金膝關節、鈦合金髖關節假體、銑刀刀盤、非標刀具等，其結構如圖2所示，實體機床如圖3所示。其主要參數有：X/Y/Z軸行程為735/650/560 mm、A軸旋轉范圍為±120°、刀庫容量為30把、主軸最高轉速為24 000 r/min、X/Y/Z軸進給速度為40 000 mm/min等[4]。

圖2 機床結構

圖3 DMU65機床

按照圖1的設計流程開發專用后置處理流程如下：

(1)搜集機床數據。主要包括機床型號、控制系統、編程零點、機床行程等。

(2)定制后處理。設置后處理名稱為5AXIS、單位為mm、機床類型為5軸帶雙轉臺，如圖4所示。

圖4 選擇機床

(3)設置第四軸(A軸)、第五軸(C軸)旋轉平面如圖5所示。

圖5 旋轉平面

圖6 M128指令

圖7 程序起始序列

(5)在程序和刀軌標簽中選擇程序，設置工序起始序列。主要內容有：①添加刀具調用指令；②添加M126指令、M128指令；③添加主軸開指令、冷卻液開指令；④添加CYCLE 32[7](公差設置(CYCL DEF 32.0 TOLERANCE、CYCL DEF 32.1 T0.020、CYCL DEF 32.2 TA0.5)，如圖8所示)指令。設置結果如圖9所示。

圖8 CYLCE 32指令

圖9 工序起始序列

(6)在程序和刀軌標簽中選擇程序，設置工序結束序列。主要內容有：①添加主軸關、冷卻液關指令；②添加Z軸退刀指令；③添加AC軸回零指令。設置截圖如圖10所示。

圖10 工序結束序列

(7)在程序和刀軌標簽中選擇程序，設置程序結束序列。主要內容有：①添加M127指令、M129指令；②添加程序結束M30指令；③添加加工時間(global mom_machine_time MOM_output_literal "(TIME :[ format "%.2f" $mom_machine_time])")。設置結果如圖11所示。

圖11 程序結束序列

(8)保存退出。在保存目錄下會生成 3 個文件，分別是： 5AXIS. def 、5AXIS. tcl、5AXIS. pui，其中.def為定義 NC 輸出格式，.pui為下次再次編輯文件，.tcl 為處理事件生成器發送過來的事件，并提供處理方式。

(9)集成后處理。在后處理的安裝目下打開后處理配置文件template_post，添加以上生成的后處理文件，如圖12所示。

圖12 后處理設置

2 產品加工

2.1 刀軌設計

以UG NX12.0軟件為平臺，采用mill_contour和mill_multi-axis[8-9]模塊功能完成大力神杯加工的刀軌設計，生成的刀軌如圖13～圖16所示。

圖13 粗加工

圖14 半精加工

圖15 精加工

圖16 刻字

圖17 機床框架

2.2 仿真加工

使用VERICUT軟件對零件進行NC仿真加工，首先是要構建用于模擬仿真的虛擬機床。首先根據機床的實際運動結構等要求在VERICUT軟件中搭建機床框架，思維導圖如圖17所示。將在UG軟件中建好的機床主體、刀庫、操作面板、清理機構、機械手、主軸、夾具、X、Y、Z、A、C軸等零部件模型按照如圖17所示的架構依次導入到VERICUT對應的組件模型中，同時添加機床配套的數控系統。

機床各部件設置完成后，然后對該虛擬機床進行初始化設置，在菜單“機床/控制系統→機床設定”對話框中通常根據機床的工作參數，對各軸的行程極限、初始位置、優先軸、碰撞檢查等選項進行設置。完成以上設置后，在VERICUT軟件中建立了如圖18所示的DMU65 monoBLOCK虛擬機床[10]。

圖18 虛擬機床

利用前期開發的后處理文件生成大力神杯加工G代碼程序。利用全球領先的數控加工程序驗證、機床模擬、工藝程序優化，專業的數控加工仿真軟件VERTICUT完成大力神杯的仿真加工，結果如圖19所示，仿真過程沒有出現干涉、碰撞等問題。

圖19 仿真加工

2.3 實體加工

利用UG軟件完成大力神杯的刀路規劃以及采用前期開發的專用后處理器生成NC程序仿真無誤后。為了驗證該方法的高精度和高效性，在德瑪吉DMU65機床對大力神杯進行了實體加工驗證，結果如圖20所示，經檢驗各項加工指標均符合設計要求。

圖20 實體零件

3 結 語

利用UG和VERICUT軟件開發了德瑪吉DMU65機床配套海德漢iTNC530數控系統的專用后置處理，并經過加工驗證，得出以下結論：

(1)UG軟件的CAD/CAM功能非常強大，參數化建模簡單易用，后處理開發模塊非常人性化。

(2)VERICUT軟件仿真真實度高，對于實體加工提供了極高的安全保障。

(3)開發的后置處理經過加工驗證，滿足企業生產質量要求，極大程度提高了設備的使用效率，降低了生產成本。