五軸數(shù)控加工中心UG NX后處理研究

　　UG作為一種優(yōu)秀的CAD/CAM軟件，他幾乎可以覆蓋從設(shè)計(jì)到加工的方方面面。利用UG NX CAM加工模塊產(chǎn)生刀軌。但是不能直接將這種未修改過(guò)的刀軌文件傳送給機(jī)床進(jìn)行切削工件，因?yàn)闄C(jī)床的類型很多，每種類型的機(jī)床都有其獨(dú)特的硬件性能和要求，比如他可以有垂直或是水平的主軸，可以幾軸聯(lián)動(dòng)等。此外，每種機(jī)床又受其控制器(controller)的控制�？刂破鹘邮艿盾壩募�并指揮刀具的運(yùn)動(dòng)或其他的行為(比如冷卻液的開關(guān))。但控制器也無(wú)法接受這種未經(jīng)格式化過(guò)的刀軌文件，因此，刀軌文件必須被修改成適合于不同機(jī)床/控制器的特定參數(shù)，這種修改就是所謂的后處理。 

　　近年來(lái)，五軸加工已開始應(yīng)用到精密機(jī)械加工領(lǐng)域，工件一次裝夾就可完成五面體的加工。如配置上五軸聯(lián)動(dòng)的高檔數(shù)控系統(tǒng)，還可以對(duì)復(fù)雜的空間曲面進(jìn)行高精度加工。但五軸機(jī)床后置處理因機(jī)床具體結(jié)構(gòu)、刀位文件不同。后置處理所得出的數(shù)控程序也不盡相同。因?yàn)槲遢S加工的后處理非常關(guān)鍵，本人結(jié)合自己的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，著重談?wù)勎遢S加工中心后處理的制作過(guò)程。 

1 UG后處理開發(fā)方法 

　　UG/Post Execute和UG/Post Builder共同組成了UG加工模塊的后置處理。UG的加工后置處理模塊使用戶可方便地建立自己的加工后置處理程序。后處理最基本的2個(gè)要素就是刀軌數(shù)據(jù)(Tool Path Data)和后處理器(A Postprocessor)。 

　　利用UG/Post Execute后置處理器進(jìn)行后處理，有2種方法：①利用MOM(Manufacturing Output Manager)，②利用GPM(Graphics Postprocessor Module)。 

　　MOM的工作過(guò)程如下： 

　　刀軌源文件→Postprocessor→NC機(jī)床 

　　MOM后處理是將UG的刀軌作為輸入，他需要2個(gè)文件，一個(gè)是Event Handler，擴(kuò)展名為.tcl，包含一系列指令用來(lái)處理不同的事件類型；另一個(gè)是Definition File，擴(kuò)展名為.def，包含一系列機(jī)床、刀具的靜態(tài)信息。這2個(gè)文件可以利用UG自帶的工具POST BUILDER來(lái)生成。當(dāng)這2個(gè)文件生成后，要將他加入template_post.dat文件里才能使用，其格式如下： 

fanuc，${UGII_CAM_POST_DIR}fanuc.tcl，${UGII_CAM_POST_DIR}fanuc.def 

?GPM的工作過(guò)程如下： 

刀軌源文件→CLSF→GPM POST→NC機(jī)床 

GPM后處理是將刀軌源文件(the cutter location source file)作為輸入。他需要一個(gè)MDF(machine data file)即機(jī)床數(shù)據(jù)文件。MDF文件也可以通過(guò)UG提供的工具M(jìn)DFG來(lái)生成．其擴(kuò)展名為.mdfa。 

　　2種后處理結(jié)果是一樣的，給人的感覺是用MOM比較省事一些，因?yàn)樗�直接將刀軌轉(zhuǎn)換成NC程式，不用再輸出CLSF文件，不過(guò)在處理時(shí)間上較GPM長(zhǎng)一些。隨著微機(jī)計(jì)算速度越來(lái)越快，MOM后處理應(yīng)用越來(lái)越廣泛。 

　　利用UG/Post Builder進(jìn)行后處理的新建、編輯和修改時(shí)，生成3個(gè)文件：機(jī)床控制系統(tǒng)的功能和格式的定義文件*.def；用Tcl語(yǔ)言編寫控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)事件處理文件*.tcl；利用PostBuilder編輯器設(shè)置所有數(shù)據(jù)信息的參數(shù)文件*.pui。 

2 五軸數(shù)控加工中UG NX后處理 

　　下面就用UG/Post Builder創(chuàng)建一個(gè)五軸FANUC控制系統(tǒng)后處理器。這是一個(gè)典型的A、B擺角的五軸FANUC系統(tǒng)的后處理器。機(jī)床為五軸數(shù)控龍門銑床，單主軸結(jié)構(gòu)，雙擺動(dòng)軸即雙旋轉(zhuǎn)頭，采用的控制系統(tǒng)為FANUC151系統(tǒng)，具體結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1。 

表1 機(jī)床結(jié)構(gòu)參數(shù) 

　　機(jī)床的其他參數(shù)如下： 

(1)線性移動(dòng)精度：各坐標(biāo)軸小數(shù)精度為小數(shù)點(diǎn)后3位數(shù)即0.001 
(2)兩擺動(dòng)軸軸心重合，無(wú)偏心。 

2.1 設(shè)置后置類型及機(jī)床結(jié)構(gòu)類型 

　　進(jìn)入Post Builder，新建一個(gè)后置處理器，后置文件名為FANUC 151M，單位為milimeters，在機(jī)床類型中選擇MILL和5-Axis with Dual Rotary Heads即雙旋轉(zhuǎn)頭五軸銑床，控制系統(tǒng)選為Generic(基本設(shè)置與FANUC類似)。 

2.2 A、B擺角參數(shù)設(shè)置 

　　確定進(jìn)入后續(xù)后處理參數(shù)設(shè)置，在機(jī)床特性(Machine Tool)選項(xiàng)卡中選中通用參數(shù)設(shè)置接點(diǎn)，如圖1所示。

 
　　圖1 機(jī)床特性

　　隨即在右邊窗口中按機(jī)床實(shí)際參數(shù)設(shè)置機(jī)床行程等參數(shù)。首先設(shè)置X、Y、Z等3個(gè)線性坐標(biāo)軸的參數(shù)，然后設(shè)置線性插補(bǔ)精度和最大移動(dòng)速度，如圖2所示。

 
　　圖2 機(jī)床設(shè)置

　　這里要注意圓弧導(dǎo)軌輸出cord選項(xiàng)中一定選擇Yes，這時(shí)候加工出來(lái)的曲面才不會(huì)出現(xiàn)馬賽克平面，才能符合要求。因?yàn)檫@時(shí)候輸出的加工曲面數(shù)控代碼為G01、G02、G03，而不是單純的C01。一些模具加工人員用UG NX CAM加工出來(lái)的曲面呈現(xiàn)不光滑和不連續(xù)，認(rèn)為是刀具和機(jī)床設(shè)備的問(wèn)題或者是UG NX軟件不好用，其實(shí)是他們沒能深刻理解Yes與No含義。數(shù)控五軸機(jī)床作為高端設(shè)備，要經(jīng)常加工復(fù)雜曲面，所以選擇Yes。如果機(jī)床不加工復(fù)雜曲面，就要選擇No，這時(shí)候后處理器生成的數(shù)控程序簡(jiǎn)短而高效，機(jī)床的加工效率非常高。 

　　然后選中第4軸設(shè)置接點(diǎn)，在右邊的窗口中可見旋轉(zhuǎn)軸的設(shè)置對(duì)話框。首先單擊Configure(配置)命令按鈕，在彈出的旋轉(zhuǎn)軸配置窗口中設(shè)置第4軸和第5軸的轉(zhuǎn)動(dòng)平面。本例設(shè)置第4軸的轉(zhuǎn)動(dòng)平面為YZ平面，即繞X軸旋轉(zhuǎn)、根據(jù)右手定則，該旋轉(zhuǎn)軸為A軸。第5軸的轉(zhuǎn)動(dòng)平面為ZX平面，即繞軸Y旋轉(zhuǎn)，根據(jù)右手定則，該旋轉(zhuǎn)軸為B軸。缺省插補(bǔ)精度為0.001，下面的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸超程處理方式設(shè)為退刀/重新進(jìn)刀方式。然后單擊完成設(shè)置并返回前一窗口。 

　　隨后配置第4軸的其他相關(guān)參數(shù)，如每分鐘最大旋轉(zhuǎn)角度、偏心距、擺動(dòng)距離、角度偏移值、擺動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)方向是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)、角度正負(fù)方向判斷原則、擺動(dòng)角度行程以及是否支持角度增量編程方式等。鑒于參數(shù)較多，不一一說(shuō)明，如圖3所示。 

 
　　圖3 旋轉(zhuǎn)軸的設(shè)置

　　同理，選中第5軸接點(diǎn)設(shè)置相同參數(shù)，由于在第4軸配置時(shí)已經(jīng)設(shè)置了第5軸的擺動(dòng)關(guān)系，故不再需要進(jìn)行第5軸配置。 

　　設(shè)置完成后可單擊接點(diǎn)樹上方的Display Machine Tool(顯示機(jī)床設(shè)置)按鈕，即可查看設(shè)置的坐標(biāo)軸是否合乎實(shí)際。 

2.3 刀庫(kù)后處理 

　　由于數(shù)控加工中心帶有刀庫(kù)．必須考慮刀庫(kù)后處理即換刀程序。有2種后處理方法： 

2.3.1 簡(jiǎn)單的刀庫(kù)換刀 

　　簡(jiǎn)單的刀庫(kù)換刀后處理，可以在Post Builder中的機(jī)床換刀事件中進(jìn)行設(shè)置，如圖4所示。 

 
　　圖4 換刀后處理

#Tool Change中定義M06用于換刀指令。注意必須在換刀事件中包含M代碼，這樣的設(shè)置才會(huì)起作用。 

#Configure用于定義刀具代碼(T)的含義和格式。如圖5所示。 

圖5 刀具代碼配置

#在Tool Number Minimum與Tool Number Maximum中設(shè)置機(jī)床控制系統(tǒng)可以使用的最小刀號(hào)與最大刀號(hào)。 

#Time Tool Change：用于定義機(jī)床換刀時(shí)間，用于統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)總加工時(shí)間。 

#Retract To Z of：指定在換刀時(shí)系統(tǒng)退刀到Z方向的坐標(biāo)值。這個(gè)設(shè)置非常重要，因?yàn)椴煌�的機(jī)床設(shè)置的換刀點(diǎn)也不同。如果該值設(shè)置不當(dāng)，就會(huì)造成換刀機(jī)械手打在主軸上或者擊斷刀具。

表2 刀具代碼格式和含義 

2.3.2 復(fù)雜、特殊刀庫(kù)換刀 

　　對(duì)于復(fù)雜、特殊刀庫(kù)換刀后處理．可以利用Tcl程序建立用戶自定義命令，輸出符合條件的換刀程序。至于其他的G代碼、M代碼、S代碼等通用數(shù)控代碼，在創(chuàng)建后處理器時(shí)，已經(jīng)自動(dòng)生成了。如果有特殊的代碼，簡(jiǎn)單的可以在后處理器中進(jìn)行更改，復(fù)雜的可以在用戶自定義命令中進(jìn)行設(shè)置。 

3 結(jié)語(yǔ) 

　　總之，UG產(chǎn)生的刀軌文件必須進(jìn)行后處理，通常利用UG的后處理器能夠生成滿足一定機(jī)床控制系統(tǒng)要求的NC程序。但是有些機(jī)床控制系統(tǒng)(尤其是五軸加工中心)比較特殊，普通的UG NX/Post Builder產(chǎn)生的后處理文件不符合要求時(shí)，須利用Custom Command(用戶自定義命令)來(lái)處理，生成符合條件的NC程序，從而減少在實(shí)際應(yīng)用中因后處理的不當(dāng)所帶來(lái)的損失(如撞刀和過(guò)切)。