數控車床后處理關鍵技術研究

佛新崗

(西安航空職業技術學院，陜西 西安 710089)

隨著制造業的快速發展，越來越多的企業開始大量購進數控機床，逐步取代傳統普通機械加工機床，以提高產品加工質量，降低生產成本。經過分析研究發現，其中數控車床的應用非常廣泛，然而數控車床的編程格式因數控系統的不同而不同，而且多數CAM軟件沒有提供數控車床的專用后置處理文件，生成的NC程序代碼需要按照特定數控系統的編程標準，經過人工修改之后，才能用于實體加工，這在很大程度上限制了數控車床的使用效率。為了提高產品的編程效率和準確性，部分學者對數控車床的后置處理進行了研究：文獻[1]、文獻[2]研究了華中系統數控車床的基本編程結構后置處理；文獻[3]、文獻[4]研究了FANUC系統數控車床的后處理開發基本流程；文獻[5]研究了DTM系統數控車床的基本結構后置處理；文獻[6]研究了西門子802D系統數控車床后處理相關設置等，但對于數控車床編程中循環指令格式，特別是針對螺紋加工指令研究甚少。本文針對FANUC0i系統數控車床的特定編程格式，應用UG/Post Builder開發專用后置處理程序文件，以簡化編程過程。

1 通用后處理及問題

圖1所示為加工零件示意圖，在UG軟件中采用外徑粗車、外徑開槽、外徑螺紋銑工序生成的刀路如圖2所示，若直接采用軟件自帶的數控車床通用后置處理，則生成的NC程序如下。

圖1 加工零件示意圖

外徑加工程序：

%

N0010 G94 G90 G20

N0020 G50 X0.0 Z0.0

:0030 T01 H00 M06

N0040 G94 G00 X20. Z5.

N0050 X15.5 Z2.2

N0060 G97 S800 M03

N0070 G01 Z2. F200.

N0080 Z-55.

N0090 Z-55.2

N0100 G00 X16.5

N0110 Z2.2

N0120 X15.

N0130 G01 Z2.

N0140 Z-38.7975

N0150 G02 X15.1 Z-38.8 I.1 K1.9975

……

N2300 Z.2

N2310 X.5

N2320 X.6414 Z.3414

N2330 M02

%

螺紋加工程序：

%

N0010 G94 G90 G20

N0020 G50 X0.0 Z0.0

:0030 T03 H00 M06

N0040 G94 G00 X13. Z.5

N0050 G97 S800 M03

N0060 G95 G01 X9.7075 F.5

N0070 G33 Z-22. I0.0 K1.

N0080 G01 X13. F1.5

N0090 G94 G00 Z.5

......

N0430 G33 Z-22. I0.0 K1.

N0440 G01 X13. F1.5

N0450 M02

%

由此可以看出，軟件自帶通用后處理生成的NC程序格式不符合數控系統編程規范，不能直接進行加工，需要編程人員二次修改，且程序冗長，不利于閱讀和編輯。

主要存在問題如下：①X軸編程尺寸默認為半徑值，應為直徑值；②無程序名；③刀具調用(TXX HXX M06)不符合規定；④加工單位(G20)設置不正確；⑤無復合循環指令(G71/G72/G70)，導致程序冗長；⑥螺紋加工指令(G33)錯誤，應修改為G32或G92指令。

2 定制專用后處理

2.1 通用格式設置

首先創建FANUC數控車床后處理文件，名稱為SKCC，單位為mm，如圖3所示。

圖3 創建后處理

(1)X軸設置。在“機床”選項下將X軸設置為直接編程，如圖4所示。

圖4 X軸設置

(2)程序名設置。FANUC數控系統程序名是以字母O加1～4位數字構成，在“程序和刀軌”選項下選擇“程序”標簽，選中“程序起始序列”，單擊%所在塊，在彈出的對話框中，右擊%選擇編輯，輸入“O$mom_tool_number”，如圖5所示。

圖5 程序名設置

(3)刀具調用設置。數控車床加工一般選擇T指令試切對刀，G54或G92格式應用較少，所以后處理中用T指令建立加工坐標系，具體格式為T0101，其中T指令后面前兩位數字為刀號，后兩位為刀具補償號。在“程序和刀軌”選項下選擇“程序”標簽，選中“工序起始序列”，將“T H01 M06”塊中只保留T指令，并將其內容由“$ mom_tool_number”修改為“$mom_tool_number*100+$mom_tool_number”，如圖6所示。

圖6 刀具設置

2.2 復合循環指令設置

FANUC0i數控系統車床編程指令中粗車復合循環指令主要指的是G71/G72/G73[7]，UG軟件自帶數控車床通用后處理其實包含了復合循環功能，前面后處理NC程序中沒有出現，原因在于UG生成刀路過程中“機床控制”模塊里的“運動輸出”設置有誤，應該把“圓形”修改為“機床加工周期”[8]，如圖7所示。

圖7 車削循環設置

對于FANUC0i數控系統車床來說，精車復合循環指令格式為“G70 P Q”，所以在UG軟件中可以省去精加工編程，直接在后處理中進行處理。將“N/C數據定義”選項中的精車復合循環塊“turn_cycle_finishing”添加到“程序和刀軌”選項下“雜項”里粗車復合循環的輪廓終點“turn_cycle_contour_end”定制命令的結尾處，輸入“PB_CMD_turn_cycle_finishing”[9]，如圖8所示。

圖8 精車循環設置

2.3 螺紋加工指令設置

FANUC0i數控系統車床螺紋加工指令常用G32或G92。其中G32指令屬于單步運動，修改也較簡單，在“程序和刀軌”選項中“運動”模塊里將通用后處理中的車螺紋指令G33修改為G32就可以了，如圖9所示；而G92指令屬于單一循環運動，可以簡化程序，所以后處理中將螺紋加工指令設置為G92，具體操作如下：

圖9 G32螺紋加工指令設置

(1)新建G92螺紋加工循環指令。在“N/C數據定義”選項中新建塊“thread_move_92”，指令格式為“G92 X Z F”。

(2)屏蔽線性與快速移動[10]。在G00與G01的輸出塊里面添加輸出條件，如圖10所示，在條件命令塊里輸入以下內容，意思為：當操作類型為車螺紋時，塊不輸出，否則輸出。

圖10 GOO、GO1指令屏蔽設置

# This custom command should return

# 1 :Output

# 0 :No output

global mom_operation_type

if{$mom_operation_type == "Turn Threading" }{

return 0

}else{

return 1

}

(3)添加定位指令。在車螺紋操作下面，G00、G01都屏蔽了，但是車螺紋之前必須有個定位指令，所以在“N/C數據定義”選項中新建一個快速定位塊“lathe_goto_star”，指令格式為“G00 X Z ”,并在快速移動里面輸出一次。要實現輸出一次，那么在“程序和刀軌”選項下的“運動”中的“快速移動”塊里添加定制命令，輸入以下內容：

global mom_operation_type

global num

set num 1

if{$mom_operation_type =="Turn Threading" && $num ==1 }{

MOM_do_template lathe_goto_star

incr num

}

(4)添加車螺紋定制命令。在“程序和刀軌”選項下的“運動”中的“車螺紋”塊里刪除原來默認的“G33X Z F”螺紋加工格式指令，然后新建定制命令，輸入以下內容：

global mom_operation_type

#MOM_output_literal "$mom_operation_type"

if{$mom_operation_type == "Turn Threading" }{

MOM_do_template thread_move_92

}

3 后處理驗證

將圖1中加工零件的刀路重新通過定制的專用后處理文件進行后處理，生成的NC程序如下。對比通用后處理生成的NC程序，簡潔明了，完全符合FANUC數控系統車削編程規則。將NC程序導入到宇龍數控仿真軟件中進行仿真驗證，結果如圖11所示。

圖11 仿真加工

外徑加工程序

O1

N10 T0101

N20 G97 S800 M03

N30 M08

N40 G00 X40. Z5.

N50 G71 U.5 R1.

N60 G71 P70 Q80 U.2 W.2 F200.

N70 (CONTOUR DATA START)

G01 X0.0 Z1.

Z0.0

X17.

X20. Z-1.5

Z-24.

X26. Z-34.

Z-37.

G02 X30. Z-39. R2.

G01 Z-55.

X32.

N80 (CONTOUR DATA END)

N90 G70 P70. Q80.

N100 G00 X150. Z200.

N110 M05

N120 M09

N130 M30

螺紋加工程序

O3

N10 T0303

N20 G97 S800 M03

N30 M08

N40 G00 X26. Z.5

N50 G92 X19.415 Z-22. F1.5

N60 X19.006

N70 X18.719

N80 X18.518

N90 X18.378

N100 X18.279

N110 X18.211

N120 X18.151

N130 X18.1

N140 X18.05

N150 G00 X150. Z200.

N160 M05

N170 M09

N180 M30

4 結 語

本文基于UG軟件通用后處理模塊中的FANUC數控車床后處理模板，結合TCL語言研究了FANUC0i數控車床編程后處理定制方法，重點討論了復合循環加工指令、螺紋加工指令等關鍵技術的后處理研究。結果表明：該后處理生成的NC程序經過驗證，完全符合數控車床的編程格式，無需編程人員修改，提高了編程效率和質量，具有很強的實踐性。