后置处理的类型（精选8篇）
后置处理的类型 篇1
当采用自动编程时, 经过刀具轨迹计算产生刀位文件, 然后通过后置处理转换成为可用于加工的数控程序。在程序的编制过程中, 由于数控系统的多样性, 很难找到一个通用的方法进行后置处理, 因此, 针对不同的数控系统, 后置处理程序也不同。CAXA数控车采用灵活的通用型后置处理模块, 对于不同种类的系统, 通过修改后置处理文件, 对刀位运动轨迹的点位信息, 以及刀具信息、进给、主轴转速等其他加工信息, 进行后置处理, 输出相应数控系统的加工代码, 代码无需修改, 可以直接输入数控车床用于加工操作。如果是输出程序后再针对系统进行程序修改, 这样不利于提高自动加工的效率。以下针对使用范围较广的FANUC (0i mate tc) 、华中世纪星 (hnc-21) 、simens802s三种型号数控系统的车床, 分析其后置处理文件的建立方式。
1 FANUC 0i系列后置处理参数设置
1.1 机床类型设置
打开软件选择机床设置选项卡, 增加机床, 机床名设置为“TONGYONG”, 设置相应的数控代码, 数控程序格式参数。程序格式参数包括程序说明、程序头、换刀格式、程序尾等内容。设置完成后将在软件安装目录下LATHPOST文件夹中生成TONG Y ON G.C FG后置处理文件。
(1) 设置方式:宏指令设置程序格式参数, 其中宏指令为:$+宏指令串。
(2) 程序说明:记录程序的名称、编制日期等信息。代码设置为:O$POST_CODE。
(3) 程序头:数控程序开头部分都相对固定, 包括工件坐标系设置, 绝对坐标设置、主轴启动, 以及冷却液开启等, 代码设置为:$DCMP_OFF$$G21$$WCOORD$$G90@$CHANGE_TOOL$TOOL_NO$COMP_NO@$SPN_F$SPN_SPEED$$SPN_CW@$COOL_ON。
(4) 换刀:换刀指令, 用于工序之间换刀。
(1) 在轮廓粗加工之后, 精加工工序之前换刀时, 考虑到需要停主轴, 暂停程序进行测量, 修改磨耗, 换刀宏指令串代码设置为:$SPN_OFF$$COOL_OFF@$PRO_PA USE@$CHANGE_TOOL$TOOL_NO$C OMP_NO@$SPN_F$SPN_SPEED$$SP N_C W。
(2) 在轮廓加工完后, 进行切槽或车削螺纹工序时换刀, 只需回换刀点换刀, 设定主轴转速即可, 宏指令串代码设置为:$CO OL_OFF@$CHANGE_TOOL$TOOL_N O$COMP_NO@$SPN_F$SPN_SPEED$$SPN_CW。
(5) 程序结尾代码:$SPN_OFF$$COO L_OFF@$PRO_STOP。
1.2 后置处理设置
打开软件选择后置设置选项卡。根据设置好的机床配置, 设置数控程序的格式如行号设置、程序大小、坐标输出格式、编程方式、圆弧控制设置等。
如果采用中、低档CNC系统, 程序内存储器容量不够多的情况下, 可以将程序按一定容量分割成多个文件, 容量设定在输出文件最大长度中输入, 例如华中数控系统规定最多程序代码9999行, 如果超过就可以将程序截断。
CNC编程方式有绝对编程 (G90) 和相对 (G91) 编程两种, 通常选择绝对编程 (G9 0) 。坐标输出格式点取小数选项, 由于CNC系统分辨率一般可至微米, 输出到小数点填入3位。为最大限度地减少程序容量, 点选优化坐标值选项。
车削中不存在整圆加工, 圆弧控制最好选择圆弧坐标, 这样编写圆弧插补时更加方便。R的含义为圆弧>180度为负。
X值选择为直径。
2 华中世纪星系列后置处理参数设置
用记事本打开软件安装目录下LATHP OST文件夹中对应的TONGYON G.CFG后置处理文件, 此文件内容为用户自己定义的机床后置格式文件, 对文件内容进行修改 (如表2所示) 。
华中系统程序头必须是“%”接4位数字, 程序说明代码设置为:$%$POST_COD E, 插入在文件中_DO CUMEN T_STA RT和_DOCUMENT_END之间。修改完成后进行保存。
3 SIMENS系列后置处理参数设置
用记事本打开TONGYONG.CFG后置处理文件, 对文件内容进行修改 (如表3所示) 。
802S系统的程序名由程序地址码“%”表示, 开始的两个符号必须是字母, 其后的符号可以是字母、数字或下划线, 最多为8个字符, 不得使用分隔符。例如, 程序名“%Z G2”。程序说明代码设置为:%_N_XX$PO S T_C OD E_M P F (其中X X为任意两个字母) 。
程序头代码设置为:$DCMP_OFF$$G71$$WCOORD@$G90$G00@$CHA NGE_TOOL$TOOL_NO$$D$COMP_N O@$SPN_F$SPN_SPEED$$SPN_CW@$COOL_ON, 插入在文件中_HEAD_ST ART和_HEAD_END之间。
换刀代码设置为:$COOL_OFF@$CH ANGE_TOOL$TOOL_NO$$D$COMP_NO@$SPN_F$S PN_S PEED$$SP N_C W, 插入在文件中_MIDDLE_START和_M IDDLE_END之间。修改完后进行保存。
4 结语
经过对后置处理文件的上述修改, 可以在CAXA数控车完成刀轨后, 直接利用相应后置处理文件进行程序代码输出。输出的程序导入相应的数控系统, 可以直接进行加工操作, 很大程度的提高了工作效率, 也实现了数控加工的完全自动化。后置处理的研究是机床程序语言不通用所造成的产物, 随着机床控制通用性的实现将不再需要考虑后置处理文件是否适用。另外后置处理得到的结果可能出现错误, 可能因为后置处理的翻译过程存在问题或是刀轨本身具有一定的问题, 所以用于生产前需要检验程序代码的准确性。一般可以使用数控仿真软件进行模拟仿真来验证其准确性。
摘要：CAXA数控车内部自带有后置处理程序, 但有些数控系统在CAXA数控车内部找不到相应的后置处理程序, 必须根据数控系统的要求, 对其默认的后置处理程序进行必要的修改和重新设置。在实际应用中, 用户要根据具体的数控系统对后置处理文件进行修改, 定制出适合某一数控机床的专用后置处理程序。
关键词：CAXA数控车,后置处理技术
后置处理的类型 篇2
关键词：ESPRI软件；车铣复合加工；后置处理算法
中图分类号： TH11 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）16-161-21 概述
复合加工是现代机械加工的发展方向，而车铣复合加工在复合加工领域发展得最为完善。
本文以DMG CTX Gamma 2000TC车铣复合加工中心为加工设备平台，以拐臂的加工为实例，研究ESPRIT软件编程技术在五轴车铣复合加工中心的开发应用。
2 后置处理程序
2.1 后置处理介绍
CAM软件都是通用型的，不针对某种机床后置处理，必须针对机床结构和控制系统专门定制。车铣复合加工中心（以下简称2000TC）属于第三类，该机床按照右手直角坐标系坐标系定义如图1所示，其中通过C轴回转实现工作台回转，B轴为摆动轴，范围为±120°
2.2 2000TC后置处理算法
2000TC为转台转动的B、C轴形式的坐标轴正交五轴车铣复合机床，其中转台转动附加与工件绕Z轴旋转的C轴上，其后置处理原理如图2所示。图中以向量a代表五坐标加工中的刀轴矢量。在标准三坐标铣削加工坐标系中，刀轴矢量与Z轴重合。对于五坐标机床则是通过后置处理设法将刀轴矢量绕坐标轴旋转到与Z轴重合的位置，从而得到旋转角度B、C，然后利用绕指定旋转轴的坐标变换公式，从而最终推导出后置处理公式。对于2000TC五轴车铣复合机床来说，要将刀轴矢量a旋转到与Z轴重合，首先应将刀轴矢量a绕Z轴旋转C角，再绕Y轴旋转B角。
工件对刀点相对于机床回转中心的平移变换矩阵为：
式中Xt、Yt、Zt分别代刀尖点在工件坐标系下的坐标值。
2.3 后处理加工验证
拐臂外表面为不规则曲面，无可直接装夹位置，装夹定位困难，为此在DMG车铣复合加工机床上一次装夹完成加工，避免多次装夹。零件加工程序用ESPRIT软件车铣模块五轴复合加工功能进行编制。由于程序编制使用的是五轴模块，在导入机床时需将软件RTCP功能打开，程序坐标系改为随工件旋转，最终所生成的刀具切削路径如图3所示：
3 结语
数控编程技术与后置处理 篇3
数控机床是采用计算机控制的高效能自动化加工设备, 而数控加工程序是数控机床运动与工作过程控制的依据。因此程序编制是数控加工中的一项重要工作, 理想的加工程序应保证能加工出符合产品图样要求的合格工件, 同时也能使数控机床的功能得到合理的应用与充分的发挥, 使数控机床安全、可靠、高效地工作, 加工出高质量的产品。从零件图纸到获得合格的数控加工程序的过程便是数控编程。
数控编程技术与数控机床两者的发展是紧密相关的。数控机床的性能提升推动了编程技术的发展, 而编程手段的提高也促进了数控机床的发展, 二者相互依赖。现代数控技术正在向高精度、高效率、高柔性和智能化方向发展, 编程方式也越来越丰富。
2 数控编程的基本概念
数控编程是数控加工准备阶段的主要内容之一, 通常包括分析零件图样, 确定加工工艺过程;计算走刀轨迹;得出刀位数据;编写数控加工程序;制作控制介质;校对程序及首件试切。总之, 它是从零件图纸到获得数控加工程序的全过程。数控编程一般分为手工编程和自动编程两种方法。
手工编程是指编制数控加工程序的各个步骤 (零件图样分析、工艺处理、确定加工路线和工艺参数、计算数控机床所需的输入数据、编写零件的数控加工程序单以及程序的校验等) 均由人工来完成。一般对几何形状不复杂, 加工程序不长、计算不繁琐的零件, 如点位加工或几何形状不复杂的轮廓加工, 一般选用手工编程。手工编程的重要性是不容忽视的, 它是编制加工程序的基础, 是机床现场加工调试的主要方法, 是机床操作人员必须掌握的基本功, 但它也有以下缺点:
a.人工完成各个阶段的工作, 效率低、易出错;
b.每个点的坐标都需计算, 工作量大、难检查;
c.对复杂形状的零件, 如螺旋桨的叶片形状, 不但计算复杂, 有时也很难实现。
但上述问题若由计算机进行处理, 难题就迎刃而解了。自动编程是指在计算机及相应的软件系统的支持下, 自动生成数控加工程序的过程。除分析零件图样和制定工艺方案由人工进行外, 其余均由计算机自动完成, 故又称计算机辅助编程, 它充分利用了计算机快速运算和存储的功能。编程人员将零件形状、几何尺寸、刀具路线、工艺参数、机床特征等, 按一定的格式和方法输入到计算机内, 再由自动编程软件对这些输入信息进行编译、计算等处理生成刀具路径文件和机床的数控加工程序, 通过通信接口将加工程序送入机床数控系统以备加工。对于形状复杂, 比如具有非圆曲线轮廓、三维曲面等零件编写加工程序, 采用自动编程方法效率高, 可靠性好。
随着微电子技术和CAD技术的发展, 为降低编程难度、提高效率, 减少和避免程序错误, 自动编程技术不断发展, 大约经历了以下几个阶段:a.20世纪50年代美国麻省理工学院 (MIT) 开发APT语言;b.20世纪60年代MIT组织美国各大飞机公司共同开发APTII、APTIII;c.20世纪70年代出现基于APTIII的APT-IV、APT-AC;d.APT衍生出其他语言如ADAPT, EXAPT, HAPT, FAPT, IFAPT等;e.20世纪80年代以后各种不同的CAD/CAM集成数控编程系统发展起来。
自动编程分为数控语言自动编程和图形交互式自动编程。
随着计算机技术的迅猛发展, 计算机的图形处理能力不断增强。一种可以直接将零件的几何图形信息, 自动转化为数控加工程序的全新的计算机辅助编程技术--图形交互式自动编程应运而生, 并在20世纪70年代以后得到迅速发展和推广应用。
图形交互自动编程是计算机配备了图形终端和三维绘图软件后进行编程的一种方法, 它以人-机对话的形式, 在图形显示终端上绘制出加工零件及毛坯, 选择机床和刀具并制定加工工艺, 计算机便按预先存储的图形自动编程系统计算刀具轨迹, 然后由相应机床的后处理器自动生成NC代码。
现代图形交互式自动编程是建立在CAD和CAM系统的基础上的, 典型的图形交互式自动编程系统都采用CAD/CAM集成数控编程系统模式, 与早期的语言型的自动编程系统相比它有如下特点:
a.输入工件图形并采用人机对话方式, 而不需要使用数控语言编制源程序;
b.从加工工件的图形再现、进给轨迹的生成、加工过程的动态模拟, 到生成数控加工程序, 都是通过屏幕菜单驱动, 因而速度快、精度高、直观性好、使用简便、便于检查;
c.可以通过软件的数据接口共享已有的CAD设计结果, 实现CAD/CAM集成一体化, 实现无图纸设计制造;
d.为提高生产率、缩短新产品研制周期、保证产品产量、降低成本创造了有利的条件, 尤其是对三维复杂曲面零件, 只要作适当的修改就能产生新的NC代码, 因而它具有相当大的柔性。
从20世纪40年代第一台计算机问世以来, 50年代出现了第一台数控机床, 60年代的交互式图像显示设备, 70年代的工作站 (Workstation) 和造型技术 (Wireframe Modeling、Solid Modeling、Surface Modeling) , 以至80年代的智能机器人及专家系统, CAD/CAM历经形成、发展、提高和集成各个阶段。20世纪90年代中期以后发展到如图1所示阶段。
3 后置处理技术
从图2我们可以看出, 传统的机械制造方式正在向计算机集成制造系统 (CIMS) 方向发展, 计算机辅助设计与制造 (CAD/CAM) 集成系统又是实现CIMS的核心技术。实现CAD/CAM系统的无缝集成, 必须将CAD/CAM自动编程系统生成的APT格式的刀位代码转换成指定数控机床能执行的程序。
在数控编程中, 将刀具轨迹计算过程称为前置处理。为使前置处理通用化, 按照相对运动原理, 将刀位轨迹计算统一在工件坐标系中进行, 而不考虑具体机床结构及指令格式, 从而简化系统软件。因此, 要获得数控机床加工程序, 还需要将前置计算所得的刀位数据换成具体机床的程序代码, 该过程称为后置处理, 即根据具体机床运动结构和控制指令格式将前置计算的刀位数据变换成机床各轴的运动数据, 并按其控制指令格式进行转换, 成为数控机床的加工程序。后置处理的目的是形成数控加工指令文件。由于各种机床使用的控制系统不同, 所以, 所用的数控指令文件的代码和格式也有所不同。因此CAD/CAM数控编程系统通常设置一个后置处理文件选项, 生成与某类数控系统相对应的加工文件, 按文件所使用的格式定义数控文件所使用的代码、程序格式、圆整化方式等内容, 输出所需要的加工文件, 也可对文件进行必要的编辑修改。后置处理器是衔接CAD/CAM集成系统与数控加工设备的纽带。
后置处理系统分为专用后置处理系统和通用后置处理系统。
前者一般是针对专用数控编程系统和特定数控机床而开发的专用后置处理程序。
通用后置处理系统一般指后置处理程序功能的通用化, 要求能针对不同类型的数控系统对刀位原文件进行后置处理, 输出数控程序。
数控加工的后置处理是CAD/CAM集成系统的重要组成部分, 它直接影响CAD/CAM系软件使用效果及零件加工质量。目前, 国内很多CAD/CAM软件的用户对软件的使用还只停留在CAD模块上, 对CAM的应用极其有限, 其中一个关键的原因就是没有配备专用的后处理器, 另外的原因是对数控加工的基本知识了解的太少, 对数控设备 (特别是加工中心) 知之甚微。
由于数控技术的不断进步, 数控厂家不断推出具有先进功能的控制器 (比如高速数控加工和各种拟合曲面型的技术) , 这对后置处理提出了更高的要求, 那就是要不断提高处理技术, 满足这些新技术的要求, 同时具有开放功能, 即允许用户在后置处理模块中可以描述未来数控功能的能力。总之, 一个完善的后置处理器应该具备以下功能:
a.接口功能:后置处理器自动识别并读取不同CAD/CAM软件所生成的刀具路径文件。
b.NC程序生成功能:数控机床一般具有直线插补、圆弧插补、自动换刀、夹具偏置、固定循环及冷却的功能。这些功能的实现是通过一系列代码的组合来完成的。数控代码的结构、顺序及数据格式必须满足数控系统的要求。Pro/ENGINGEER的后置处理器NC-POST提供了一个非常简单的机床选配文件生成器, 把不同数控机床的代码的定义和格式要求制作成一个数据文件, 这个文件可以作为后置处理器的部分输入参数的选项, 配合用户定义加工对象和加工参数, 从而生成符合指定机床要求的加工代码。
c.专家系统功能:后置处理器不只是对刀具路径文件进行处理和转换, 还要加入一定的工艺要求。比如对于高速加工, 后处理器会自动确定圆弧走刀的方式, 以及合理的切入切出方法和参数。
d.模拟仿真过程:仿真过程目前主要针对刀具运动轨迹进行实际模拟。
4 结论
总体来说, 由于机床程序的多样性, 很难找到一个通用的方法对APT文件进行后置处理。使用最广乏的仍旧是一对一的编程方式。在程序的编制过程中, 对机床坐标转化的把握, 以及机床语言的熟悉程度是决定后置处理程序好坏的关键。对机床的了解主要包括:刀具位置描述所需的因素, 坐标原点的位置, 进给量、转速等的描述方法, 运动的描述以及一些特殊的语法。后置处理得到的结果可能是错误的, 其原因可能是因为后置处理的翻译过程存在问题。也可能是APT刀轨本身具有一定的问题, 需要通过一定的手段来检验NC代码的准确性。一般可以直接运行来检验其正确性, 也可以使用一定的数控仿真软件进行模拟仿真来验证其准确性。后置处理的研究是机床程序语言不通用性的产物, 也必然会随着机床控制通用性的实现而消亡。而机器人操作PC化的趋势也许会使机床的控制的通用性成为现实, 那时, 后置处理也会越来越少的受人关注。
参考文献
[1]张宁.数控加工技术概述, 2002.
[2]殷保祖.参数化数控编程技术, 2003.
[3]刘雄伟.数控加工理论及编程技术, 2001.
三坐标数控铣后置处理技术 篇4
关键词：三坐标数控铣,后置处理,数控编程,CAD/CAM
在数控加工中,刀具轨迹经过处理转换成特定机床控制器能够接受的特定格式的数控程序,这样的处理过程叫做后置处理,它包括刀具轨迹文件生成和数控(NC)程序文件生成两部分。随着计算机CAM/CAM技术的发展,数控铣削加工后置处理技术越来越向智能化、多元化方向发展,数控生产厂家可以依据自身资源选择合适的后置处理方式。对于普通的三坐标数控铣加工,常见的后置处理方式有以下两种:
1 编制专用的后置处理程序
利用C, C++等计算机语言,按数控机床的运动方式和控制系统的编程规范,归纳出计算空间点坐标的数学公式,通过编制专用的后置处理程序并生成可执行文件,定义数控机床的后置处理。
要获得刀具运动轨迹坐标的数学公式,需按照特定的数据离散方法即插补原理来进行计算。常用的数据插补方法有:逐点比较法、数字积分法、数据采样法、二次曲线插补法等。对于直线、圆、圆弧等较简单的曲线,利用插补方法很容易获得刀具轨迹的坐标值点,而对于抛物线、椭圆、双曲线等二次曲线,计算方法较为复杂。下面利用二次曲线插补法来分析二次曲线的数据离散过程。
任意二次曲线的方程可以写成:P/2+Qx+y2/2+C=0,当P,Q,C为不同值时,可得各种二次曲线(图1)。曲线上任一点A(x,y)到坐标原点O之间的距离为R,不在曲线上的任一点B(x+xi,y+yi)到坐标原点O的距离用R″表示,曲线上与点B相对应的点B′(x+xi,y)到原点O的距离以R′表示。由图1知:
R″2=(x+xi)2+(y+yi)2,
R′2=(1-P)(x+xi)2-2Q(x+xi)-2C;
B点对B′的偏差判别式Fn=R″2-R′2;
当Fn>0,表示点B在曲线外,向-x方向进给1步;
当Fn=0,表示点B在曲线上,向-x方向进给1步;
当Fn<0,表示点B在曲线内,向+y方向进给1步;
确定进给方向后,计算新的F值,以此类推,完成曲线插补过程。获得判别公式及判别进给方向后,可使用C, C++等编程语言编写程序,可生成所有离散后的点的坐标值。
这种后置处理方法能够满足机床对程序格式的各种特殊要求,针对性强,能够完全保证数控操作设计与NC程序的符合性,适用于三坐标同系列不同尺寸零件的加工,如在罗茨鼓风机叶轮端面铣削中,可以通过改变输入参数实现系列化的加工;缺点是需编写后置处理的计算机程序,第一次开发工作量大,需软件开发人员和数控编程人员共同完成。
2 利用软件的后置处理功能
利用CAD/CAM软件提供的机床标准控制系统,定义某一类型或某台数控机床的后置处理,如CATIA的PPBUILD模块,UG的UGPOST模块,CAXA制造工程师的后置设置模块等;由零件造型生成刀具轨迹,利用软件后置处理功能生成加工程序。
图2为CAXA制造工程师实现数控加工流程图。
a) 零件造型:使用软件对零件需数控加工部分进行造型,类型有:线架造型、曲面造型、实体造型。图3为利用CAXA制造工程师完成吊钩曲面造型。
b) 后置设置:在软件的后置设置中配置好机床系统及输出程序某些指令格式等,这是正确输出程序的关键,因为不同系统的数控机床所需的程序格式是不同的。图4为CAXA制造工程师的后置设置模块。
c) 生成刀具走刀轨迹及G代码(即加工程序):根据加工部位加工需求设置加工参数,选择合适的加工方法生成刀具粗加工、半精加工和精加工刀具轨迹,仿真无误后可生成加工程序。图5为吊钩精加工刀具轨迹,图6为根据刀具轨迹生成的G代码。
d) 利用DNC装置将程序传输至机床,完成加工。
由此可见,利用CAD/CAM软件可以轻易实现零件的后置处理,但不同类型的机床、不同类型的系统、不同类型的零件的加工需求对CAD/CAM软件要求是不同的,生产厂家可以根据需求选择合适的CAD/CAM软件,使之满足从零件造型到程序生成的要求。
计算机及软件业的发展推动着数控加工的不断改进。在以上两种后置处理方法中,编程人员无论选择哪一种,都要注意保证加工程序的正确性,尽量使操作高速化、简单化、易修改,保证数控加工正确完成。
参考文献
[1]胡松林.CAXA制造工程师V2/XP实例教程[M].北京:北京航空航天大学出版社,2001.
后置处理的类型 篇5
随着数控加工技术不断朝高速、超高速、高精密、多轴联动及工艺的复合化加工的方向发展, 数控五坐标铣削加工应用的范围将不断扩大。五坐标铣削加工不再仅限于叶轮、叶片等复杂零件的加工, 对于涉及空间曲面的凸凹模、大型整体零件的结构特征应用范围逐渐扩大, 通过利用立铣刀的侧刃和底刃, 五坐标铣削加工可以避免球头刀的零速切削、零件的多次定位装夹等缺陷, 可在很大程度上提高产品的加工效率和质量。开发出FANUC五坐标数控铣床专用后置处理程序, 并加工出惯性平台台体等复杂零件, 证明了本文提出的方法是可行的。
一、后置处理程序的作用
后置处理程序将CAM系统通过铣床的CNC系统与铣床数控加工紧密结合起来。后置处理最重要的是将CAM软件生成的刀位轨迹转化为适合数控系统加工的NC程序, 通过读取刀位文件, 根据铣床运动结构及控制指令格式, 进行坐标运动变换和指令格式转换。通用后置处理程序是在标准的刀位轨迹以及通用的CNC系统的运动配置及控制指令的基础上进行处理的, 它包含铣床坐标运动变换、非线性运动误差校验、进给速度校验、数控程序格式变换及数控程序输出等方面的内容。只有采用正确的后置处理系统才能将刀位轨迹输出为相应数控系统铣床能正确进行加工的数控程序, 因此编制正确的后置处理程序是五坐标数控铣削编程与加工的前提条件之一。
二、五坐标数控铣床的铣床运动学求解
铣床运动学求解, 主要包括转动轴转动角度计算和经过转动后的3个移动坐标X、Y、Z值的求解。对于不同类型运动关系的数控铣床, 运动学求解算法是不同的。下面以较复杂的FANUC五坐标数控铣床为例来讨论后置处理坐标转换及回转角度计算方法。FANUC五坐标数控铣床的运动坐标包括3个移动坐标X、Y、Z和2个转动坐标A、C, A、C回转轴交于一点。
1、A、C转角的计算
工作台 (工件) 相对刀具转动, 其转角以顺时针方向为正方向。将刀轴矢量a绕轴顺时针转动C角到 (-Yc) (+Zc) 平面上, 再将刀轴矢量绕Xc轴顺时针转动A角到与Zc坐标方向一致, 这样, 转动可以保证。这样就完成了刀轴矢量的转换, 即刀具相对于工件的转动或摆动。对于FANUC五坐标数控铣床, 为实现以上转换, 工作台的动作为工作台绕C回转轴顺时针转动C角, 工作台A回转轴顺时针转动A角。
2、铣床运动坐标X、Y、Z的计算
求刀具参考点经工作台 (工件) 转动后在铣床加工坐标系Or XYZ中的位置坐标, 即铣床的运动坐标X、Y、Z。
(1) 将CAM加工坐标系Om XYZ平移到铣床加工坐标系OrXYZ, 变换矩阵为
(2) 刀轴矢量绕Z轴旋转C角, 变换矩阵为
(3) 刀轴矢量绕X轴旋转A角, 变换矩阵为
则
将式 (4) 展开可得
五坐标加工的铣床运动坐标是刀具相对于铣床加工坐标系的坐标, 而不是刀具相对于CAM加工坐标系的坐标, 这也是本步计算的依据。一般情况下, 由于CAM加工坐标系能够较为方便地移动及设置, 为了减少参数设置及计算方便, 将CAM加工坐标系Om XYZ与铣床加工坐标系OrXYZ设置为同一坐标系, Om Or=d=0即。由此, 式 (5) 便可简化为式 (6) , 亦即
三、CAM加工坐标系设置与FANUC五坐标数控铣床专用后置处理程序实现
1、CAM加工坐标系设置
刀位文件是相对CAM坐标原点和坐标轴生成的。CAM加工坐标系的原点就是铣床上的程序零点 (对刀点) , CAM加工坐标系的3个轴的方向就是铣床刀轨的方向, 所以在确定CAM加工坐标系的方向和原点位置时, 应当从现场加工的实际需要出发, 保证毛坯在铣床上的位置便于装夹、找正和加工。
对于多轴 (4轴或5轴) 联动加工, 由于刀位文件数据需要通过后置处理程序进行坐标转换, CAM加工坐标系的设置需反映铣床部分信息及数据。
后置处理数据坐标转换是围绕铣床加工坐标系坐标原点和坐标轴进行的, 对于双转台五坐标加工中心, 铣床加工坐标系原点只有设在A、C旋转轴的交点, 才能实现数据坐标转换后加工程序的正确性。为保证与铣床加工坐标系一致, CAM加工坐标系坐标原点要设置在沿C旋转轴、距工作台端面向下一个旋转轴偏置值处。
2、FANUC五坐标数控铣床专用后置处理程序的实现
FANUC五坐标数控铣床属双转台五坐标加工中心, 配置了FANUC SERIES 18I控制系统。根据解释执行的原则, 后置处理程序采用面向对象的方法开发, 采用公式 (1) 、 (2) 、 (6) 进行坐标转换部分程序设计;根据铣床控制系统要求进行代码转换部分程序设计。程序读入刀位文件中的数据, 经过坐标转换和代码转换, 将数控程序输出到相应文件中。
四、结语
本文对五坐标数控铣床运动学求解进行了较为详细的论述, 推导出该类铣床后置处理转角计算公式和坐标转换计算公式。并且实现了FANUC五坐标数控铣床专用后置处理程序。在该设备上加工惯性平台台体等复杂零件的应用表明, 本文开发的专用后置处理程序生成的数控程序可以满足FANUC五坐标数控铣床加工的需要。
摘要：程序的编写是CAD/CAM系统中最能明显发挥效益的环节之一。后置处理是编程技术的重要环节。
关键词：数控编程,算法研究,后处理
参考文献
[1]郑文纬, 吴克坚.机械原理, 高等教育出版社
[2]FANUC系统操作说明书, 北京发那科机电有限公司
[3]GSK980TD系统操作说明书.广州数控设备厂m2004.6..
[4]刘立.数控铣床编程与操作.北京理工大学出版社, 2006.8.
后置处理的类型 篇6
数控技术是机械加工现代化的重要基础与关键技术。虽然数控机床的广泛应用,大幅度地缩短了产品的制造周期,提高了产品的加工质量和生产率,但是对于一些形状复杂零件的加工,要确保所生成的加工程序不存在任何问题仍十分困难,其中最重要的问题是加工过程中的过切与欠切、刀具与机床部件和工件夹具之间的干涉碰撞等。因此,在实际加工前采取一定的措施对加工程序进行检验并修正是十分必要的。随着计算机图形技术的发展,利用计算机图形显示系统把加工过程中零件模型、刀具轨迹、刀具外形一起显示出来,对零件的加工过程进行数控加工仿真。利用数控加工仿真技术,可以消除程序中的错误,有效检查出机床加工过程中可能出现的干涉碰撞事故,显著提高数控机床的安全使用率;减少实际的切削验证,从而提高加工效率,根据仿真的效果,对切削参数进行相应的修改,从而方便的改善加工质量,并降低生产成本,对促进现代制造业的发展具有重要意义。
数控加工过程仿真常用的仿真模式有刀具轨迹仿真和虚拟加工仿真。刀具轨迹仿真一般在后置处理之前进行。通过读取刀位数据文件检查刀具位置计算是否正确,加工过程是否发生过切,所选刀具、走刀路线、进退刀方式是否合理,刀具轨迹是否正确,刀具与约束面是否发生干涉与碰撞。虚拟加工方法是应用虚拟现实技术实现加工过程的仿真技术。虚拟加工法主要解决加工过程和实际加工环境中,工艺系统间的干涉碰撞问题和运动关系。由于加工过程是一个动态的过程,刀具与工具、夹具、机床间的相对位置是变化的,工件从毛坯开始经过若干道程序的加工,在形状和尺寸上均在不断变化,因此虚拟加工是在各组成环节确定的工艺系统上进行动态仿真。
UG软件的ISV(Integrated Simulation&Verification,简称IS&V)模块是一个功能强大的集成仿真验证专用模块和一个完全可订制的模块,可以基于加工工艺系统模型对CAM生成的刀具轨迹程序进行模拟、校验和显示,可以监控机床、工件、夹具和刀具之间的碰撞干涉情况,可以建立与实际生产加工中的数控机床完全一致的精确运动模型,以使模拟仿真结果完全符合实际情况。而这些信息在可以反馈给零件设计者帮助他们对零件的可制造性和可加工性进行重新评估和改进。等到零件实际加工时,应该已经确定其在机床上是可加工的。这样不仅节省了成本也提高了加工效率,不会因为加工中出现的问题而中断加工。
UG软件的POST可以针对不同机床以及数控系统定制专用的后置处理器,实现自动编程,输出的NC代码无需修改,可直接输入机床进行加工。
1 刀具轨迹的仿真
刀具轨迹仿真就是将加工过程中刀具轨迹上的关键点坐标存储在一定的数据结构中,然后遍历这些点的坐标并以线框图形的方式实时显示加工过程。
刀具轨迹生成流程图,如图1所示。在对零件进行刀具轨迹仿真之前先要建立其加工后最终得到的模型,并进入UG CAM模块完成几何体、刀具、加工方法(粗加工、半精加工、精加工)及程序等的创建或设置,最终生成刀轨,在这个过程中要旋转加工的类型(如平面铣削、型腔铣削或者多轴加工)以及设置工件加工的一些参数。或者通过读取刀位数据文件检查刀具位置计算是否正确,加工过程是否发生过切,所选刀具、走刀路线、进退刀方式是否合理,刀具轨迹是否正确,刀具与约束面是否发生干涉与碰撞。然后使用刀轨确认命令对生成地刀具路径进行验证。
生成的刀具轨迹,如图2所示。
2 后置处理
2.1 后处理简介
前面我们只是实现了刀路轨迹的仿真,可以生成刀位文件,但是刀位文件不能被数控机床识别,也就是不能直接进行加工,将刀位文件转换成指定数控机床能够执行的数控程序的过程称为后置处理。UG提供了一个通用的后置处理器UG/POST。通过客户化修改,UG/POST可以完成从简单到任意复杂机床/控制系统的后置处理。Post以UG/CAM生成的刀轨文件为输入文件,根据选择机床的不同,生成指定机床可识别的NC代码。
UG后置处理必须具备两个要素:刀具轨迹数据和后置处理器。刀具轨迹数据在UGCAM中自动生成,UG后置处理器由事件管理器和定义文件构成。
UG/POST进行后置处理的过程为:首先由事件生成器读取刀具轨迹信息,并将刀具轨迹信息整理成事件和变量后,传递到加工输出管理器进行处理,加工输出管理器把带有相关数据信息的事件传递到事件管理器(即生成的tcl文件),处理结果再返回到加工输出管理器,加工输出管理器根据定义文件(即生成的def定义文件)来决定加工程序的输出格式并输出加工程序,直到结束。
2.2 创建后处理
选择开始所有程序UG NX4.0后处理工具后处理构造器,启动UG/Post Builder。在“Post Builder”主窗口中,选择“File”下拉菜单中的“New”,调出“Create New Post Processor”对话框,选择输出单位、机床类型、控制系统,点击确认按钮进入到参数设置界面。在此对机床基本技术参数进行设定,比如最大行程、主轴转速、旋转轴参数、转台平面、工作台摆动角度等信息。然后,根据机床控制系统设置相应的编程规则,依次对Machine Tool、Program&Tool Path、N/C Data Definitions、Output Settings、Post File Preview等选项进行修改并保存在…MACHresourcepostprocessor文件夹下,假设文件名为NEXUS_410B_4Axis(A)_metric,则系统会自动生成机床仿真和输出NC代码所需要的文件,包括pui、tcl、def 3个文件。
2.3 保存后处理
退出UG/Post Builder,编辑修改…MACHresourcepostprocessor文件夹下模板文件template_post.dat,在该文件的最后一行添加如下语句,FAN UC_MILL_4Axis_metric_A,${UGII_CAM_POST_DIR}NEXUS_410B_4Axis(A)_metric.tcl${UGII_CAM_POST_DIR}NEXUS_410B_4Axis(A)_metric.def,保存模板文件template_post.dat,新创建的后置处理器即可运行工作。
2.4 后处理器测试
在UG/CAM模块下,选中相应的操作,然后调用由UG/Post Builder生成的FANUC_MILL_4Axis_metric_A后处理模版进行后置处理,即可生成相应NC代码,如图3所示。
3 IS&V环境下的加工过程仿真
在进行刀具路径仿真时,加工零件是静止不动的,而刀具是运动。为了更好的获得符合实际加工情况以及观察视觉的仿真效果,还要对零件进行加工过程仿真。虚拟加工仿真与刀具轨迹仿真法不同,虚拟加工仿真能够利用多媒体技术实现虚拟加工,不只是解决刀具与工件之间的相对运动仿真,它更重视对整个工艺系统的仿真,利用三维真实感图形显示技术,模拟整个工艺系统的状态,还可以在一定程度上模拟加工过程中的声音等,提供更加逼真的加工环境效果。而IS&V环境下的加工过程仿真就属于虚拟加工仿真法。
UG IS&V环境下的加工过程仿真能同时动态显示刀具模型、零件模型、夹具模型和机床模型并且按照它们之间的运动关系进行运动。尽管UG IS&V自带的机床库包括了很多默认的数控仿真机床模型(车床、铣床、加工中心等),但企业一般都有自己的数控加工机床。因此要根据企业自身的特点建立其机床仿真模型,并对该机床上的零件进行加工仿真。而应用IS&V进行仿真的关键就是要建立一个正确完整的机床仿真模型。
3.1 定义机床装配模型
首先建立机床的主要部件的几何模型,然后利用UG的装配功能,对机床的各组件和机床进行装配组合。机床零件必须是单独的零件模型,因为机床组件在运动学模型中必须是运动件。为了使建立好的机床仿真模型数据不甚复杂并保证仿真逼真度较好,一般仿真模型中只要包含其主要部件就能满足要求。
3.2 定义机床运动模型
运动学模型是用来描述并确定机床运动的,每一个装配模型的文件对应一个运动模型,可以在机床构建器(Machine Tool Builder,简称MTB)中定义。定义的运动要完全参照实际机床的运动,定义基座组件、定义机床零点、定义加工基本组件、定义K组件、定义运动轴。对于NEXUS_410B机床,主要定义X、Y、Z,3个线性运动轴和A旋转运动轴及其他一些辅助信息,如机床坐标系、刀具安装点、工件安装点。对于NEXUS_410B机床运动模型的结构,如图4所示。
3.3 添加机床入库
创建好的机床运动模型还不能直接用于IS&V,想让UG IS&V能识别并使用该仿真模型,必须将该仿真模型加至UG的…MACHresourcelibrarymachinegraphics文件夹里,以及在UG的默认机床库…MACHresourcelibrarymachineascii文件夹中的machine_database.dat文件中增加一条新机床模型的记录,添加如下语句:DATA|NEXUS_410B_4Axis(A)_metric|1|4-Ax Mill(MM)(XYA-TB/Z-HD/Vert)None|Ex:|${UGII_CAM_POST_DIR}NEXUS_410B_4Axis(A)_metric.dat|1.000000,以使IS&V能够找到该机床。还要在UG的postprocessor文件夹中新建立一个专门用于该铣床的后处理设置文件(DAT文件)用于指定MTD所需要的后处理文件的保存位置,dat文件的名称与后置处理的文件名称相同。
3.4 定义机床驱动器
机床运动的驱动器定义主要通过UG的后处理构造器(Post Builder)来完成。除了在前面讲到的pui、tcl、def 3个文件外,还需要vnc.tcl虚拟控制器(VNC)文件。要生成*vnc.tcl文件,要求在“Output Settings→Other Options”选项中按照图5设置。
修改NEXUS_410B_4Axis(A)_metric.dat文件,在该文件中同样添加如下语句:FANUC_MILL_4Axis_metric_A,${UGII_CAM_POST_DIR}NEXUS_410B_4Axis(A)_metric.tcl${UGII_CAM_POST_DIR}NEXUS_410B_4Axis(A)_metric.def。
3.5 机床运动的仿真
在已经生成好刀具轨迹的基础上,通过“操作导航器-机床”添加自定义的机床运动模型“NEXUS_410B_4Axis(A)_metric”如图6所示,通过“机床导航器-设置配置器”编辑添加PART的K组件,选择“刀轨”→“仿真”命令,就可以实现机床加工过程仿真,如图7所示。
在仿真机床的工作过程中,可以通过缩放、平移以及旋转操作来全方位地观察仿真过程并及时发现加工中的问题,而且可以通过干涉和碰撞的设置让IS&V在发生干涉碰撞时给出警告以便对加工零件进行及时修正。这样的仿真加工过程很真实模拟了该机床的实际加工情况,起到了减少并替代试切的效果。
4 结束语
利用UG的CAD/CAM模块,建立了NEXUS_410B机床装配模型和运动模型,实现了刀具轨迹的仿真和加工过程仿真,及时地发现刀具跟零件之间的过切和欠切现象,另一方面,利用UG/Post的功能建立了专用后置处理器,生成的数控加工程序无需手工修改就可以直接输入数控机床进行产品加工,从而提高机床的自动编程效率和质量,进而缩短生产周期,降低加工成本。
参考文献
[1]黄毓荣,陈大治.UG NX4高级铣应用技术[M],北京:清华大学出版社,2007.
[2]张磊编著.UG NX4后处理技术培训教程[M].北京:清华大学出版社,2007.
[3]王文平,赵跃文,王莉.基于UG的可变轴加工与后置处理[J].新技术新工艺,2006,(6):11-13.
[4]李军锋.数控机床加工仿真应用[J].计算机仿真,2003,20(4):92-94,59.
[5]郭卫,张武刚,赵栓峰.基于UG/ISV的数控加工仿真系统的设计[J].组合机床与自动化加工技术,2006,(9):4-7.
后置处理的类型 篇7
随着数控技术的日益成熟，五轴数控机床在复杂型面加工中得到了广泛应用。由于五轴数控机床增加了两个旋转轴，影响机床加工精度的因素和复杂性也随之增加。刀具半径是影响加工精度的重要因素之一，如实际刀具半径与设定值不同，就需要重新编制程序或更换刀具。对于刀具补偿而言，目前，FANUC、SIEMENS等数控系统均已具有2D和2.5D刀具半径补偿功能，但是随着数控机床由三轴联动向多轴联动迈进，刀具补偿也由平面刀补转向空间刀补，由于刀具在空间摆动姿态非常复杂，导致空间刀补较难实现。其难点主要在于：
1)针对不同的五轴机床需建立不同的运动学模型，要分别分析其空间坐标的变换，并对机床运动坐标X、Y、Z、A、C进行求解;
2)确定空间刀补的方向矢量，需根据切触表面法向矢量和刀具补偿方向矢量的关系，建立数学模型，计算补偿矢量。
目前，国内对空间刀具补偿的研究还较少，例如在文献[2]中主要分析了空间刀具补偿算法，但并未针对五轴机床开发出相应的后置处理软件。本文通过对空间刀具补偿原理进行分析，结合双转台五轴加工中心的后置处理算法，推导出空间刀具半径补偿方向矢量的计算方法，并基于JAVA平台开发出一款带有空间刀具补偿功能的后置处理软件，最后通过加工叶轮零件进行了验证。
1 空间刀具补偿的原理
在三轴铣削加工中，加载刀补实质上是在刀轴矢量不变的情况下，将零件轮廓上的切触点坐标按照切触表面的法向矢量进行偏置，对偏置得到的刀心点轨迹进行编程。在五轴加工中，由于刀具补偿要在空间中进行，因此在加工程序中除了提供刀心点坐标和刀具旋转角外，还必须提供刀具补偿方向向量。由此可知刀具补偿方向向量的获得是空间刀补的关键。
计算刀具补偿方向向量首先要获得切触点坐标，UG作为一款功能强大的CAM软件，其前处理生成的刀位文件中包含了刀尖点坐标、刀轴矢量和切触点坐标等信息。其刀位文件一般格式为：
其中XO_YO_ZO_为刀尖点坐标，LX_LY_LZ_为刀轴矢量，XP_YP_ZP_为切触点坐标，通过借助该切触点坐标，才得到足够的信息进行空间刀具半径补偿。本文实验所用的机床为BV100双转台五轴加工中心，机床配有SINUMERIK 840D数控系统，在五轴联动加工时拥有空间刀具半径能力，在做直线插补运算时，通常要求后处理生成的NC代码格式为：
其中X_Y_Z_代表刀心点在机床坐标系下的坐标;A_C_为两个旋转轴的旋转角度;I_J_K_为切触点到刀心的单位矢量;F为进给率。
通过上述描述可以得出，要得到相应机床的NC代码，就需要针对五轴机床的类型，按照一定后置处理算法，把已知工件坐标系下的刀尖点坐标、刀轴矢量和切触点坐标变换成NC代码中的刀心点坐标、转轴的旋转角度和切触点到刀心的单位矢量。
2 空间刀具半径补偿向量的计算
通过上面的分析，在需要计算的变量中，BV100五轴机床的空间坐标变换以及机床运动坐标值在文献[1]中已有详细的推导过程，并给出了BV100五轴机床的后置处理算法。本文将主要研究刀具补偿向量的计算方法。
2.1 环形刀空间刀具半径补偿分析
在五轴机床加工曲面时，通常可以选用环形刀、球头刀和平底刀。如图1所示，环形刀与零件曲面的切触点为P(Xp,Yp,Zp)，刀心点为O(Xo,Yo,Zo)，刀具半径为R，刃口半径为R1,为刀轴矢量，为切触表面法向向量，为垂直于刀轴并与刀轴矢量和切触表面法向向量在同一平面的一个方向向量。根据空间几何矢量关系可得向量为：
将式(2)带入式(1)可得补偿向量的关系式为：
至此，已推导出环形刀空间刀具补偿向量的计算方法，当刀具半径R及刃口半径R1发生改变，分别为R’和R’1时，由上述关系式可求得补偿后的刀心点轨迹为：
2.2 球头刀和平底刀空间刀具半径补偿分析
1)球头刀和平底刀通常可看作环形刀的特殊情况。当为球头刀时，如图1中R1=R，由式(1)可知，球头刀的补偿向量为切触表面法向向，此时刀心点坐标实际上是切触点坐标沿着向量做长度为R的一个偏置，即切触点P到刀心点O的距离为R，由空间矢量几何关系可得向量为：
求解得到切触点法向向量:
当刀具半径R变化为R’’时，联立式(4)～式(6可得球头刀补偿后的刀心点坐标：
2)当为平底刀时，如图1中R1=0，平底刀的补偿向量为垂直于刀轴并与刀轴矢量和切触表面法向向量在同一平面的方向向量，此时刀心点坐标实际上是切触点坐标沿着向量做长度为R的一个偏置，由空间矢量几何关系可得向量为：
求解得到补偿向量为：
当刀具半径R变化为R'''时，联立式(4)(8)(9)可得平底刀补偿后的刀心点坐标：
3 后处理软件的实现及实例验证
3.1 后置处理软件的实现
通过对上述空间刀具补偿算法的分析，结合BV100双转台五轴加工中心后置处理算法，基于JAVA语言开发出一款含空间刀具补偿功能的后置处理软件。该软件将首先提取前处理生成的CLS文件中的刀尖点坐标、刀轴矢量、切触点坐标等信息，然后根据在3D刀补功能中输入的实际刀具半径值，将其处理成带有空间刀具补偿矢量的NC代码。
3.2 VERICUT的仿真对比及叶轮加工验证
本文利用VERICUT建立起五轴机床虚拟加工环境和刀具模型，分别对空间刀具半径补偿前后的NC代码进行仿真加工(如图2所示)。通过UG对叶轮模型进行加工程序编制，其编程中使用的刀具直径为Φ8,a图为仿真中使用Φ7的加工刀具，且未加刀具半径补偿;b图同样使用Φ7的加工刀具，但添加了刀具半径补偿，c图为使用Φ8的编程刀具的仿真加工效果。通过仿真对比图，可见未做刀具补偿的叶片有明显残留，经过刀具补偿后残留明显降低，与标准刀具加工效果接近，且仿真中的过切点和欠切点均控制在误差允许的范围内，可知机床算法和刀补算法的正确性。
通过仿真后，在BV100五轴机床上进行了叶轮的实例加工，图3为叶轮加工实物图。采用空间刀具补偿后的NC代码在加工过程中无干涉现象，刀具轨迹与标准刀具一致，曲面及过渡圆角处光滑，轮廓误差达到工艺设计要求，验证了该后置处理软件具有较好的实用性。
4 结束语
本文主要对五轴加工中空间刀具半径补偿算法进行了分析。通过分析空间刀具补偿的原理，并以UG生成的刀位文件作为信息来源，推导出空间刀具补偿矢量算法公式，结合BV100五轴机床的后置处理算法，基于JAVA语言开发出一款含有空间刀具补偿功能的后置处理软件。最后通过对叶轮实例加工，验证了该空间刀具补偿矢量算法的正确性，同时，也为以后多轴加工行业奠定了一定的基础。
摘要：本文主要对五轴加工中空间刀具半径补偿进行研究。通过对空间刀具半径补偿的原理进行分析,结合BV100五轴加工中心的后置处理算法,得到空间刀具半径补偿向量的计算方法,并基于JAVA平台开发了一款含有空间刀具半径补偿功能的专用后置处理软件。最后通过对叶轮的实例加工验证了此补偿算法和软件的正确性。
关键词：五轴加工,空间刀具半径补偿,后置处理
参考文献
[1]唐清春,张仁斌,何俊,赖玉活.基于VB BV100五轴联动加工中心后置处理的研究[J].机械设计与制造,2012(2):73-74.
[2]毕俊喜,李强,张治务,等.五轴联动刀具空间半径补偿研究[J].机床与液压,2003(5):105-106.
[3]梁全,王永章.空间刀具半径补偿后置处理的研究[J].组合机床与自动化加工技术,2007(8):14-16.
[4]黄秀文,高伟强,章晶,李志才.五轴数控空间刀具半径补偿的实现[J].机电工程技术,2012(10):108-112.
[5]洪海涛,于东,张立先,韩丽.五轴端铣加工中3D刀具半径补偿研究[J].中国机械工程,2009(8):1770-1774.
[6]赵真,等.Eclipse开发技术详解[M].化学工业出版社,2010.
后置处理的类型 篇8
MasterCAM是由美国CNC Software公司研制开发的一套兼有CAD与CAM功能的软件系统, 在当前数控制造业及模具制造业中得到了广泛的应用。用MasterCAM构建图形、编辑刀具路径后, 产生的文件是NCI文件, 而NCI文件并不能直接传输给数控机床, 必须根据不同的控制系统, 将NCI文件转换为相应的NC程序, 才能被不同的数控机床识别, 从而达到控制机床、完成数控加工的目的。这种将刀具路径的NCI文件转换为数控机床能接受的NC程序的过程称为后置处理。MasterCAM软件提供了一定量的国际著名数控系统 (如FANUC、A-B数控系统等) 的标准后置处理器, 但MasterCAM软件所生成的NC程序并不能被SIEMENS 802D数控系统所识别。因此, 必须根据802D数控系统的程序格式、各种功能代码及格式、各种参数初始值和默认值, 来编写MasterCAM的后置处理文件, 以生成802D数控系统能识别的加工程序。
1MasterCAM后置处理的设定
一般的后置处理文件都定义了切削加工参数、NC程序格式、辅助工艺指令等, 分析通用的MPFAN.PST后处理文件, 可知其结构大致由8个部分组成。
(1) 注解。
该部分处理有关注释和信息, 在程序的每一列前有“#”符号, 表示该列为不影响程序执行的文字注解。
(2) 调试。
插入变量“bugl”、“bug2”、“bug3”、“bug4”和“whatno”来调试后置处理器, 并在屏幕上显示相关资料。
(3) 定义变量的数据类型、使用格式和常量赋值。
例如, 规定G代码和M代码是不带小数点的两位整数, 多轴加工中心旋转轴的地址代码是A、B和C, 圆弧长度允许误差为0.002, 系统允许误差为0.000 05, 进给速度最大值为10m/min等。
(4) 定义问题。
定义是否允许钻孔有固定循环功能, 根据802D提供的可实现钻孔固定循环来加以取舍。
(5) 字符串列表。
字符串起始字母为s, 由两个或更多的字符来组成, 可以依照数值选取字符串。如字符串sg17, 表示指定XY加工平面, NC程序中出现的是G17;scc1表示刀具半径左补偿, NC程序中出现的是G41;字符串sccomp代表刀具半径补偿建立或取消。要特别注意文件中提供的相同功能的G代码是否与802D数控系统中所对应的G代码相符合, 否则就要进行修改。
(6) 自定义单节。
可以让使用者将一个或多个NC代码作有组织的排列。自定义单节可以是公式、变量、特殊字符串等。
(7) 预先定义的单节。
使用者可按照数控程序规定的格式将一个或多个NC代码作有组织的排列, 编排成一条程序段。
(8) 系统问答。
后置处理软件提出了5组问题, 供使用者回答, 可按照注解文字、赋值变量、字符串等内容, 根据使用的机床、数控系统进行回答。
2MasterCAM的后置处理文件组成
设计后置处理文件一般是按照NC程序的结构模块来进行。根据NC程序的功能, 后置处理文件分成6个模块。
2.1 文件头
文件头部分设定程序名称和编号, 此外, SIEMENS 802D系统还必须指定NC程序存放路径, 并按照以下格式输出:
“%_n_ (程序名及编号) _ (路径) ”。
NC程序可存放在主程序、子程序和工作程序目录下, 扩展名分别为mpf、spf、wpd。一般放在主程序目录下, 因此经修改的pst文件格式为:
2.2 程序起始
在程序开始, 要完成安全设定、刀具交换、工件坐标系设定、刀具长度补偿、主轴转速控制、冷却液控制等, 并可显示编程者、编程日期、时间等注解。
修改后有刀具号的pst文件开头格式如下:
2.3 刀具交换
在刀具交换执行前, 须返回参考点、主轴停止动作, 然后换刀, 接着完成刀具长度补偿、安全设定、主轴转速控制。
pst文件中用自定义单节ptlchg指代换刀过程, 编辑修改后的程序如下:
2.4 加工过程
这一过程是快速移动、直线插补、圆弧插补、刀具半径补偿等基本加工动作。对于几乎所有的系统, 这些加工动作的程序指令基本相同。需要注意的是:SIEMENS 802D系统的刀具长度补偿值由字母d后加两位数字调用, 不需要g43/g44指令;而半径补偿值则由g41/g42调用, 不需要再接地址代码;用g40取消刀具长度和刀具半径补偿。
2.5 切削循环
MasterCAM软件提供了6种内定的孔加工固定循环方式:一般钻削 (drill/cbore) 、深孔啄钻 (peck drill) 、断屑钻 (chip break) 、右攻丝 (tap) 、精镗孔 (bore#1) 、粗镗孔 (bore #2) 。通过杂项选项 (misc #1/misc #2) 可设定左攻丝、背镗孔、盲孔镗孔、盲孔铰孔等循环, 并采用g73～g89代码来表示。
如对于深孔钻削固定循环, MasterCAM采用的格式为:g83 x_y_z_r_q_f;而SIEMENS 802D系统用cycle83指代深孔钻削循环, 其NC程序要求给出循环加工所有参数, 其输出格式为:
cycle83 (rtp, rfp, sdis, dp, dpr, fdep, fdpr, dam, dtb, dts, frf, vari)
在pst文件中需按SIEMENS 802D系统格式进行定义、修改和编写。
2.6 程序结尾
程序结尾一般情况下是取消刀补、关冷却液、主轴停止、执行回参考点和程序停止等动作。下面是修改后的pst程序结尾:
3加工实例
在一块厚度为10mm的有机玻璃上加工出齿轮的形状 (齿轮齿数z=24, 模数m=2) 。刀具路径分为两部分, 先是用“挖槽”功能铣削出中间轮毂部分, 然后用“外形铣削”加工出齿轮的外形。图1为齿轮的仿真加工。
运用所开发的SIEMENS 802D专用后置处理程序生成如下程序:
4结论
当用MasterCAM进行轮廓加工、挖槽加工、钻削加工以及曲面粗、精加工时, 用本文开发的后置处理程序转换而得到的数控程序均能在802D数控铣床上进行加工。但其缺陷也很明显:后置处理太复杂, 众多的变量、用户自定义后处理块需要使用者在pst文件中逐个寻找、修改或重新设计。目前, Pro/E、CAXA制造工程师等软件后置处理的机床配置文件采用用户交互界面设置方式, 操作比较方便, 这些都值得MasterCAM借鉴。
参考文献
[1]邓奕, 王文格.MasterCAM的后置处理研究与开发[J].湖南工程学院学报, 2002 (12) :37-40.