五軸聯(lián)動(dòng)加工中心后置處理的編寫與驗(yàn)證

1、五軸聯(lián)動(dòng)加工中心后置處理的編寫與驗(yàn)證五軸聯(lián)動(dòng)加工中心后置處理的編寫與驗(yàn)證摘要：本文針對(duì)瑞士 mikron ucp710 工作臺(tái)雙擺動(dòng)式五軸聯(lián)動(dòng)加工中心機(jī)床的運(yùn)動(dòng)原理，以及 heidenhain itnc430 控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，闡述運(yùn)用ug 軟件中后處理工具 ug postbuid 3.4.1，定制適合 ucp 710 五軸后處理的開發(fā)思路，并且通過vericut 模擬軟件進(jìn)行模擬驗(yàn)證成功。目前成功開發(fā)出來的五軸后處理已在本校實(shí)訓(xùn)中心mikron ucp710 五軸機(jī)床中得以全面應(yīng)用，順利地完成了各種35軸的零件加工。關(guān)鍵詞：五軸加工中心 ug postbuld vericut 1、任務(wù)的來源2

2、001年冬，本中心購(gòu)置了一臺(tái)由瑞士mikron 品牌的五軸聯(lián)動(dòng)加工中心，型號(hào)為ucp710 。如圖 1所示，此機(jī)床為工作臺(tái)雙擺動(dòng)結(jié)構(gòu)，（俗稱：tabletable 雙擺臺(tái)）。通過x/y/z三個(gè)線性軸、定軸 a軸的擺動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)軸 c軸的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)加工。該機(jī)床的控制系統(tǒng)是德國(guó)的 heidenhai itnc 430 。目前，后置處理文件是計(jì)算機(jī)輔助制造軟件中cam與機(jī)床控制系統(tǒng)之間溝通的橋梁，是實(shí)現(xiàn)多軸加工的關(guān)鍵之一。同時(shí)本中心現(xiàn)配有cad/cam軟件 ug ，為了讓 ucp710 早日投入到教學(xué)與生產(chǎn)加工，我們必須解決后置處理的問題。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)多軸機(jī)床后置處理程序的開發(fā)已慢慢開始發(fā)展，但很多的

3、資源還要通過國(guó)外進(jìn)行技術(shù)支持。即使客戶選購(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)多軸加工編程的軟件，但還要額外支付昂貴的后置開發(fā)費(fèi)用才能實(shí)現(xiàn)軟件與機(jī)床的“通訊”。開發(fā)通用的編寫后置處理工具軟件，可以有效地保證 nc程序正確性，提高編程人員的后置處理技術(shù)以及效率，還可以把零件加工信息（如圖號(hào)、工序號(hào)、刀具規(guī)格、程序加工時(shí)間等參數(shù)）嵌入nc程序中，提高加工的安全性，增加程序的可讀性，減少操作人員的人為加工誤差。2、ucp710 post開發(fā)的過程目前，常用的后置處理方法主要有以下兩種：第一種，利用 cad/cam軟件的通用后置處理模塊，定義的運(yùn)動(dòng)方式，通過選取/ 軟件提供的機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)控制系統(tǒng)， 定義某一類型或某臺(tái)的后置處理。 如

4、powermill 的pm post 模塊，ug 的ug postbuld模塊；第二種，利用 vc+ 計(jì)算機(jī)語言，按的運(yùn)動(dòng)方式和控制系統(tǒng)的編程規(guī)范，歸納出計(jì)算空間點(diǎn)坐標(biāo)的數(shù)學(xué)公式，通過編制專用的后置處理程序并生成可執(zhí)行文件，定義的后置處理。在這我們只對(duì)第一種方法進(jìn)行討論。首先在做后置前要熟悉機(jī)床參數(shù)。1）mikron ucp710的機(jī)床技術(shù)參數(shù)：x axis 710mm y axis 500mm y axis with tool chenger in switch off position 650mm z axis 500mm a軸：行程:-30 120 c軸轉(zhuǎn)角： -360+360 連續(xù)工作

5、臺(tái)面： 600600 主軸轉(zhuǎn)速 (r min) ： 10042000rpm 功率： 35kw 快速進(jìn)給： 30000(mm/min) 圖1 ucp710 如上圖所示在機(jī)床結(jié)構(gòu)方面，應(yīng)注意我們假定工件不動(dòng)、刀具運(yùn)動(dòng)，在此前提下來看a軸和c軸的擺動(dòng)，此時(shí)符合笛卡爾坐標(biāo)系( 直角坐標(biāo)系 ) 下的右手定則；而工作臺(tái) a軸和c軸的實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)方向是與右手定則相反的。下來我們啟動(dòng) ug postbuid后置處理模塊，第一步：新建后置文件，文件名為：ucp710。確定機(jī)床的類型、公 / 英制、機(jī)床的操作系統(tǒng) (如下圖所示 ) 第二步：設(shè)定軸的極限、軸向定義。點(diǎn)擊設(shè)置如下的參數(shù)，他們是機(jī)床的行程極限與刀軸的矢量。

6、進(jìn)入，在這個(gè)對(duì)話框里設(shè)置第四軸（即a軸）參數(shù)。最關(guān)鍵的參數(shù)是定義 a軸行程極限。然后點(diǎn)擊指定機(jī)床軸與平面的關(guān)系，在ac或bc擺角的五軸加工中，由于 a角有一定的限程，當(dāng)a坐標(biāo)連續(xù)插補(bǔ)過大時(shí)就會(huì)造成a向反向旋轉(zhuǎn)。在加工中 a反向旋轉(zhuǎn)，很容易銑傷零件。為了解決這一問題，常用的方法就是采用法向抬刀。如下圖選擇retract / re-engage 第三步：設(shè)定程序開始部分、刀軌移動(dòng)部分、程序結(jié)束部分。 1) 進(jìn)入在start of program程序塊里添加程序名、毛坯大小、取消最小角度轉(zhuǎn)動(dòng)功能與取消tcpm 功能。如下圖2) 進(jìn)入在operation start sequence程序塊里添加刀具、

7、啟動(dòng) m126 、tcpm （m128 ）、公差等，如下圖注意：m126 是最小角度轉(zhuǎn)動(dòng)功能 m126 ，它是取消第四軸 c軸的液壓鎖緊，確保聯(lián)動(dòng)。tcpm(tool center point management 刀具中心點(diǎn)管理 ) 指令是多軸后置處理軟件簡(jiǎn)化的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)意義上的后置處理軟件（即不具備tcpm 功能），必須輸入刀軸的回轉(zhuǎn)中心距( 刀軸擺動(dòng)式 ) 或轉(zhuǎn)臺(tái)兩軸線 (轉(zhuǎn)臺(tái)擺動(dòng)式 )的位置關(guān)系，后置處理程序才能完成坐標(biāo)轉(zhuǎn)換；隨著控制系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的控制系統(tǒng)廠家在其高端產(chǎn)品中都加入了上述坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的功能，如 heidenhain 的m128 指令就是上述功能。打開 m128 ，

8、工件的坐標(biāo)原點(diǎn)可以任意設(shè)置，由控制系統(tǒng)計(jì)算工件坐標(biāo)和各轉(zhuǎn)軸軸線的關(guān)系，加工準(zhǔn)備更為簡(jiǎn)單方便，還可以在程序中保證刀尖的進(jìn)給速度恒定。對(duì)于后置處理軟件來說，可以略去上述的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的計(jì)算，后置處理軟件的開發(fā)難度降低，生成的加工程序在同類型設(shè)備中具有相對(duì)更大的通用性。 要注意的是程序在結(jié)束抬刀前與換刀前應(yīng)用m129 即取消 tcpm 功能。3）進(jìn)入設(shè)定刀軌移動(dòng)關(guān)系a、編輯x并設(shè)定 expression 為 $mom_alt_pos(0) 編輯y并設(shè)定 expression 為 $mom_alt_pos(1) 編輯z并設(shè)定 expression 為 $mom_alt_pos(2) b、設(shè)定如下* 注意1

9、：編輯x并設(shè)定 expression 為 $mom_alt_pos_arc_center(0) 編輯y并設(shè)定 expression 為 $mom_alt_pos_arc_center(1) 編輯z并設(shè)定 expression 為 $mom_alt_pos_arc_center(2) 注意2：編輯x并設(shè)定 expression 為 $mom_alt_pos(0) 編輯y并設(shè)定 expression 為 $mom_alt_pos(1) 編輯z并設(shè)定 expression 為 $mom_alt_pos(2) c、添加如下語程序注意rap1 expression 為 $mom_alt_pos(0) r

10、ap2 expression 為 $mom_alt_pos(1) rap3 expression 為 $mom_alt_pos(2) a expression 為 $mom_out_angle_pos(0) c expression 為 $mom_out_angle_pos(1) 4）：設(shè)定程序結(jié)束前的機(jī)床動(dòng)作，其中包括按順序排列取消tcpm ，關(guān)閉切削油，停止主軸轉(zhuǎn)動(dòng)， z軸抬到安全的位置以便 a c軸回原點(diǎn)。進(jìn)5）：設(shè)定程序結(jié)束最后保存退出，在保存目錄下會(huì)生成這三個(gè)文件分別是：6）：運(yùn)用 ug編寫刀具軌跡。如下圖，我們采用多軸加工模塊，選擇變軸加工方式，然后選擇curve/point的驅(qū)動(dòng)

11、方式，并選擇 normal to part 刀軸控制，其他的參數(shù)按常用的公共參數(shù)設(shè)置。程序編好后選擇已經(jīng)編寫好的后置處理（ucp710）如下圖所示：按ok后生成 nc代碼如下：= information listing created by : ywm date : 2007-4-25 11:14:00 current work part : e:text post node name : ywmacer = 0 begin pgm text_post-1 mm 1 ; arquivo : e:text post 2 ; feito por: ywm 4 ; mikron: itnc430 5

12、 ; - 6 ; posprocessador: e:workpostug5a 7 ; revisao : - data: 3/11/06 8 ; - 9 m126 10 ; 11 ; = operacao: variable_contour_copy - ferr.: t0 r3 12 ; = 13 cycl def datum shift 14 cycl def #1 15 ;= troca de ferramenta = 16 l m129 17 tool call 1 z 10000 dl 18 l m3 19 l z-60. f max m91 22 l z300. 23 l m12

13、8 f200. 20 l a90. c317.624 f max 24 l y-18.099 f200. m8 25 l z101.211 a87.167 f3000. 26 l 102.34 a 27 l 103.392 a 28 l 104.372 a 29 l 105.282 a 30 l 106.128 a 31 l 106.913 a 32 l 107.642 a 33 l 108.319 a 34 l 109.568 a 35 l 110.637 a 36 l 111.553 a 37 l 112.338 a 38 l 113.012 a 39 l 114.16 a 40 l 11

14、4.992 a 41 l 115.6 a 42 l 116.483 a 43 l 117.331 a 44 l 118.165 a 45 l 118.856 a 46 l 119.43 a 47 l 119.91 a 48 l 120.312 a 49 l 120.974 a 50 l 121.436 a 51 l 122.072 a 52 l 122.638 a 53 l 123.071 a 54 l 123.404 a 55 l 123.66 a 56 l 123.856 a 57 l 124.007 a 58 l 124.222 a 59 l 124.344 a 60 l 124.461

15、 a 61 l 124.49 a 62 l 124.5 a 63 l 124.471 a2.806 c 64 l 124.397 a 65 l 124.295 a 66 l 124.177 a 67 l 124.053 a 68 l 123.788 a 69 l 123.55 a 70 l 123.349 a 71 l 123.013 a 72 l 122.637 a 73 l 122.151 a 74 l 121.682 a 75 l 121.238 a 76 l 120.825 a 77 l 120.445 a 78 l 119.738 a 79 l 119.175 a 80 l 118.

16、736 a 81 l 118.049 a 82 l 117.33 a 83 l 116.462 a 84 l 115.669 a 85 l 114.951 a 86 l 114.305 a 87 l 113.726 a 88 l 112.687 a 89 l 111.886 a 90 l 111.274 a 91 l 110.338 a 92 l 109.384 a 93 l 108.261 a 94 l 107.264 a 95 l 106.382 a 96 l 105.602 a 97 l 104.915 a 98 l 103.702 a 99 l 102.784 a 100 l 102.

17、092 a 101 l 101.049 a 102 l z100. a90. 103 l 104 ; - zerar angulos - 105 l m129 106 l z-60. f max m91 107 l a0.0 c0.0 f max 108 ; - tempo total de usinagem: min. 109 m30 110 end pgm text_post-1 mm 最后，能過 vericut反讀后處理的代碼進(jìn)行模擬切削運(yùn)動(dòng)，從而驗(yàn)證開發(fā)出的后置文件是否安全是否合理能否真正投入生產(chǎn)當(dāng)中。vericut是美國(guó) cgtech公司開發(fā)的一款集數(shù)控加工仿真、干涉校驗(yàn)、工時(shí)工況分

18、析、代碼優(yōu)化等多種功能于一體的軟件。該系統(tǒng)可以以虛擬現(xiàn)實(shí)的方式建立數(shù)控機(jī)床、刀具、夾具和毛坯模型，在刀位數(shù)據(jù)或nc代碼的驅(qū)動(dòng)下模仿金屬切削加工中走刀軌跡和材料被切除的過程，使用戶以直觀的方式對(duì)工藝規(guī)劃的合理性進(jìn)行評(píng)估，對(duì)是否存在干涉進(jìn)行校驗(yàn)，并優(yōu)化走刀軌跡和nc代碼。vericut 軟件已廣泛應(yīng)用于航空、模具制造等行業(yè)，其最大特點(diǎn)是可針對(duì)各種不同cnc系統(tǒng)通過反讀數(shù)控代碼進(jìn)行模擬仿真工作，既能仿真刀位文件， 又能仿真 cad/cam后置處理的 nc程序，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中安全，高效的目的。vericut分以下幾步去完成一、建立機(jī)床模型：裝配時(shí)要注意部件之間的運(yùn)動(dòng)聯(lián)接之間的關(guān)系。二、選擇控制系統(tǒng)文件（本例機(jī)床的操作系統(tǒng)是heidenhain