SINUMERIK 840D系統(tǒng)五坐標(biāo)孔加工循環(huán)后置處理方法研究

1 引言

隨著數(shù)控加工設(shè)備的廣泛應(yīng)用，各種先進的數(shù)控加工控制系統(tǒng)也不斷地開發(fā)出來，SINUMERIK 840D(以下簡稱840D)系統(tǒng)是當(dāng)前應(yīng)用較廣泛的多軸控制系統(tǒng)之一。840D系統(tǒng)有完善的固定循環(huán)指令，可以在數(shù)控加工中心上完成鉆孔、鏜孔及攻絲等系列操作，在SAJO 12000P及UniSpeed3兩型機床的應(yīng)用中，其三坐標(biāo)固定循環(huán)操作簡便，參數(shù)完整，加工精度高；但在加工空間孔系時，刀軸方向的變化引起固定循環(huán)參數(shù)復(fù)雜化，增加了后置處理難度。840D系統(tǒng)的三坐標(biāo)孔加工固定循環(huán)后置處理在多篇文章中已討論，但無法處理五坐標(biāo)孔加工坐標(biāo)變換，因此本文對斜孔固定循環(huán)的參數(shù)變化規(guī)律進行探討，并基于UG和CATIA刀位文件編制了相應(yīng)的后置處理程序。

2 840D的固定循環(huán)

840D系統(tǒng)提供了24個固定循環(huán)，其中加工單孔的有CYCLE81～90。鉆孔循環(huán)的參數(shù)包含了被加工孔的所有信息，因此后置處理需要把刀位文件中的定位語句和循環(huán)語句結(jié)合處理�，F(xiàn)以CYCLE83為例先對其參數(shù)進行說明。

圖1  加工方式

CYCLE83是深孔鉆(Deep hole drilling)，加工方式如圖1所示，其指令格式為CYCLE83(RTP，RFP，SDIS，DP，DPR，F(xiàn)DEP，F(xiàn)DPR，DAM，DTB，DTS，F(xiàn)RF，VARl)。各參數(shù)含義為：RTP-回退面的絕對坐標(biāo)；RFP-孔表面絕對坐標(biāo)；SDIS-安全距離(無符號)；DP-孔深絕對值；DPR-孔深相對RFP值，不能和DP-起給定；FDEP-首鉆深度；FDPR-首鉆深度相對值，不能和FDEP一起給定；DAM-每次鉆深遞減值；DTB-孔底停留時間；DTS-排屑點停留時間；FRF-鉆孔速度比率(0.001～1)；VARI-排屑方式：VARI的值為0，刀具回退SDIS的距離；其值為1時，刀具回退RFP+SDIS的距離。

840D的固定循環(huán)加工參數(shù)完整，可以適應(yīng)各種加工方式，并且也有相當(dāng)?shù)淖杂啥茸層脩暨x擇。應(yīng)用中要注意FRF是一個相對值，指用當(dāng)前進給速度和該比率的乘積作為鉆孔速度，因此FRF應(yīng)該小于1。

3 固定循環(huán)后置處理

UG和CATIA是當(dāng)前航空企業(yè)應(yīng)用最廣泛的大型CAD/CAM工程軟件，其孔加工刀位文件生成系統(tǒng)都很完善，以下從兩軟件的鉆孔循環(huán)參數(shù)設(shè)置說明后置處理中的對應(yīng)關(guān)系，均以DEEPHOLE為例。

3.1  UGⅡ的DRILLDEEP過程生成的刀位文件格式

CYCLE/DRILL，DEEP，STEP[，data[，data……]]，DWELL[，data]，RAPTO  [，data 1，F(xiàn)EDTO[，data]，CAM[，data]，RTRCTO[，data]，MMPM[，data]，OPTION。

其中關(guān)鍵參數(shù)含義為：DEEP-孔深；STEP[，data[，data．……]]一每次鉆到的孔深；DWELL[，data]-孔底停留時間；RAPTO[，data]-安全距離；FEDTO[，data]-鉆人深度；RTRCTO[，data]-回退距離；MMPM[，data]-鉆孔速度。

3.2  CATIA的DEEPHL過程生成的刀位文件格式

循環(huán)指令格式：CYCLE/DEEPHL，%MFG_TOTAL_DEPTH，%MFG_CLEAR_TIP，%MFG_PLUNGE_VAL，%MFG_DWELL_TIME，%MFG_OFFSET_RET，%MFG_FEED_MACH，%MFG_SPNDL_MACH，%MFG_PLUNGE_VAL，%MFG_DEPTH_DEC。

其中關(guān)鍵參數(shù)含義：MFG_TOTAL_DEPTH-總深度；MFG_CLEAR_TIP-安全距離；MFG_PLUNGE_VAL-首次鉆人深度；MFG_DWELL_TIME-鉆到底后停留時間；MFG_OFFSET_RET-鉆孔回退距離；MFG_FEED_MACH-鉆孔速度；MFG_SPNDL_MACH-鉆孔主軸轉(zhuǎn)速；MFG_PLUNGE_VAL-首次鉆人深度；MFG_DEPTH_DEC-鉆深遞減值。

各參數(shù)與CYCLE83的對應(yīng)關(guān)系依據(jù)各參數(shù)的實際意義確定。當(dāng)加工方式為三坐標(biāo)時，刀位文件各參數(shù)可以和數(shù)控程序指令參數(shù)直接對應(yīng)，其中的變換關(guān)系見表1。

表1  參數(shù)的變換關(guān)系

其中UG系統(tǒng)產(chǎn)生的刀位文件依該變換方式進行后置，結(jié)果如下(CATIA刀位文件后置結(jié)果類似)：

UG CLS文件：CYCLE/DRILL，DEEP，STEP，50.0000，20.0000，10.0000，DWELL，2.00，RAPTO，6.0000，F(xiàn)EDTO，-80.0000，CAM，2，RTRCTO，5.0000，MMPM，250.0000．OPTION

PAINT/COLOR，3

GOTO/80.0000，20.0000，100.0000，0.0000000，0.0000000，1.0000000

后置結(jié)果：

N50 C1 X80.000 Y20.000 Z105.000

N51  CYCLE83(105.000，100.000，20.000，，50.000，10.000，2.000，，0.014，1)

當(dāng)加工孔系為空間任意孔時，加工方式為五坐標(biāo)方式。840D系統(tǒng)的孔加工循環(huán)指令中孔深和刀軸方向的孔位均由前五個參數(shù)給出，最簡單如CYCLE81(RTP，RFP，SDIS，DP，DPR)，這五個值僅與孔的軸向參數(shù)有關(guān)。840D系統(tǒng)進行五坐標(biāo)孔加工時，其移動坐標(biāo)X、Y、Z軸定位是依賴TRAORI指令自動跟蹤完成的，無法實現(xiàn)空間孔心坐標(biāo)值直接控制孔循環(huán)軸向定位，因此要在后置處理中把加工坐標(biāo)系變換成刀軸方向與孔心軸方向相同的坐標(biāo)系，同時在加工中指定坐標(biāo)變換。840D系統(tǒng)的主軸方向坐標(biāo)系指定指令是TOFRAME。

以UniSpeed3機床為例，機床旋轉(zhuǎn)軸為B軸和C軸，其旋轉(zhuǎn)角度計算公式如下：

依機床結(jié)構(gòu)取口β角度范圍為正：

執(zhí)行TOFRAME后，控制系統(tǒng)忽略C軸旋轉(zhuǎn)，以B軸旋轉(zhuǎn)后的主軸方向為Z坐標(biāo)方向，Y坐標(biāo)方向不變，X坐標(biāo)以右手坐標(biāo)系由YZ坐標(biāo)方向給出。如圖2所示，前表1中刀軸方向坐標(biāo)值應(yīng)給定圖中Z′值，相應(yīng)坐標(biāo)變換關(guān)系為：

圖2

依CATIA刀位為例按變換后的坐標(biāo)值進行后置結(jié)果如下：

CATIA刀位文件：CYCLE/DEEPHL，15.00000，20.00000，.00000，.08333，1.30000，500.00000，5.00000，1.00000

GOTO/15.00000，55.98076，15.00000，258819，.965926PT

CYCLE/OFF

后置結(jié)果：

X15.000Y55.644216.256B-15.000C90.000

TOFRAME(主軸方向坐標(biāo)系開啟)

CYCLE83(11.907，10.607，20.000，，15.000，，5.000，1.000，0.083，，1,1)

TRAFOOF(關(guān)閉所有坐標(biāo)變換)

應(yīng)用該處理方式后，對多坐標(biāo)孔系加工可以用UG或CASA的POINT-TO-POINT編程方式，編制孔加工程序直接后置處理生成加工程序控制加工。由于840D系統(tǒng)的鉆孔循環(huán)指令孔深參數(shù)在CYCLE中給定，因此當(dāng)孔系的中心軸方向變化時，只能依次給出孔位及方向，一一處理�？紫导庸と缦滤�示：

……

N50 TRAORI(2)

N51 G54G17

N52 G1X15.000Y55.644216.256B15.000C90.000

N53 TOFRAME

N54 CYCLE83  (11.907，10.607，15.000，，0.000，0.000，0.083，，1，1)

N55 TRAFOOF

N56TRAORI(2)

N57 C1X25．000Y55.981225.000B30.000N58 CYCLE83(-5.000，-25.000，1.300，-40.000，，0.000，，0.000，0.083，0.006，1)

N59 TRAFOOF

4 結(jié)論

應(yīng)用前述的后置處理方式處理獲得的五坐標(biāo)孔加工程序可以直接在840D系統(tǒng)的機床上使用。程序在UniSpeed3機床和SAJ012000P機床(AB軸擺動)上調(diào)試通過。該后置處理方式在五坐標(biāo)孔系加工的應(yīng)用中獲得了良好的反響，提高了編程效率，同時結(jié)合UG和CATIA的編程及刀位驗證可避免加工中的碰撞。該后置處理方式已整合在為西安飛機工業(yè)公司研制的UNISPEED3五坐標(biāo)數(shù)控加工中心后置處理軟件中，目前該軟件應(yīng)用狀況良好。