五轴加工中心的数控编程后置处理研究开题报告.doc

毕业设计（论文）开题报告题目五轴加工中心的数控编程后置处理研究专业名称：机械设计与制造及其自动化班级学号：068105306学生姓名：陈瑞良指导教师：于斐填表日期2010年3月5日2一、选题的依据及意义：后置处理技术是随着数控技术、CAD/CAM技术的发展而发展起来的。最早的数控程序都是手工编制，不存在后置处理问题。近年来，自动编程CAD/CAM软件取代了手工编程，它具有编程速度快、精度高、稳定性好、更改方便和易于管理等特点，但是自动编程经过刀具轨迹计算产生的刀位数据文件不能被机床识别，需要设法把刀位数据文件转换成数控指令代码，通过通信的方式输入数控机床的数控系统，才能进行零件的数控加工1。因此，要把前置处理产生的刀位数据文件、加工工艺参数与特定的机床特性文件、定义文件相结合，生成指定数控加工设备能够识别的数控加工程序，该过程称为后置处理（post-processing）2。后置处理程序将CAM系统通过机床的CNC系统与机床数控加工紧密结合起来。随着高档数控加工中心、特殊结构数控机床的不断出现，为其配置和开发合适的后置处理器愈显重要，这对提高数控编程效率、扩大CAD/CAM一体化技术的应用范围具有重要的工程应用价值和实际意义，目前后置处理技术已经成为CAD/CAM技术领域的一个研究热点。后置处理系统分为通用后置处理系统和专用后置处理系统。通用后置处理系统是今后发展的方向，但在目前无论是国外还是国内真正能够做到完全通用后置处理系统几乎没有3，因为通用后置处理是以标准刀位数据、通用的数控指令为前提进行考虑的4。虽然国际标准化组织(ISO)、美国国家标准协会(ANSI)和电子工业协会(EIA)对刀位源文件、后置处理语句和数控指令都有相应的标准，但各数控系统生产厂商采用不尽相同的标准，数控系统的指令格式多样，由于竞争需要还会采用一些非标准的内容5，有些数控系统的扩展功能己经超出了前置处理刀位数据的规定格式，如样条曲线、渐开线等，而目前的通用后置处理系统还只是考虑直线和圆弧6，多数采用离散直线来逼近工件轮廓，零件形状越复杂，数控程序量越大7，而且多轴加工时还要考虑非线性运动误差校验、进给速度的校核、特定数控系统数控加工程序的生成等问题，以保障数控加工的安全、可靠8。随着产品加工精度及复杂程度的提高，使得数控系统和数控机床技术不断发展变化，造成通用后置处理器越来越难以适应这种现状。实践表明，直接利用通用后置处理器生成的NC代码一般都与用户使用的数控机床和系统的要求不符，导致数控加工过程不能安全、可靠地进行9。专用后置处理器与相应的数控机床和系统完全匹配，能充分3发挥数控加工能力。MIKRONUCP600是瑞士产的高速五轴立式加工中心，它配置了STEPTEC高速电主轴（主轴最高转速为20000转/分），可以在最佳的切削条件下，对从淬硬钢到塑料的材料进行加工。高速切削相对传统加工有以下特点：一是提高生产效率。高速切削加工允许使用较大的进给率，比常规切削加工提高510倍，单位时间材料切除率可提高36倍；二是降低切削力。由于高速切削采用极浅的切削深度和窄的切削宽度，因此切削力较小，与常规切削相比，切削力至少可降低30。这对于加工刚性较差的零件来说可减少加工变形，使一些薄壁类精细工件的切削加工成为可能；三是提高加工质量。因为高速旋转时刀具切削的激励频率远离工艺系统的固有频率，不会造成工艺系统的受迫振动，保证了较好的加工状态。由于切削深度、切削宽度和切削力都很小，使得刀具、工件变形小，保证了尺寸的精确性，实现了高精度、低粗糙度加工；四是加工能耗低。由于单位功率的金属切除率高、能耗低、工件的在制时间短，从而提高了能源和设备的利用率；五是简化加工工艺流程。常规切削加工不能加工淬火后的材料，淬火变形必须进行人工修整或通过放电加工解决。高速切削则可以直接加工淬火后的材料，在很多情况下可完全省去放电加工工序，消除了放电加工所带来的表面硬化问题，减少或免除了人工光整加工10。针对MIKRONUCP600五轴加工中心和HeidenhainITNC530数控系统11，通过UG/PostBuilder需逐一完成机床类型及技术参数定制、旋转轴超限时的处理、数控系统定制、程序和刀轨参数的设置、NC数据的定义和后置处理文件列表等具体内容，最后获得符合MIKRONUCP600五轴加工中心的后置处理器。五轴加工中心是加工复杂零件的现代化设备，由于五轴加工的复杂性，后置处理器的开发越来越复杂，近年来考虑到机床结构和便于排屑等因素又出现了一些带倾斜转台或者倾斜摆主轴头的特殊结构的五轴加工中心，这都对后置处理器的开发提出了新的要求，后置处理问题解决不好，轻则不能发挥加工设备的新功能和加工效率上的优势，造成大材小用，重则由于程序问题造成生产事故。因此本课题针对MIKON五轴加工中心开发后置处理程序具有重要的现实意义和工程应用价值。二、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）：2.1后置处理技术研究现状关于通用后置处理器的开发和应用，国外已经非常成熟和普及，当前所有的图形交互式自动编程CAD/CAM软件都带有通用后置处理器12。如UG提供一个通用后置处理4器UG/PostBuilder，可以图形方式创建从二轴到五轴的后处理程序。其后置处理器主要由事件生成器、事件处理器和定义文件三部分组成，它们一起将刀具路径转换成为一系列数控机床能够直接读取和执行的数控程序13。而MPFAN.PST是MasterCAM内置的一个通用后置处理器，该处理器完全针对应用很广泛的日本FANUC数控系统开发，采用开放式功能型数据库技术设计，允许用户根据特定数控机床和数控系统的具体情况，在MPFAN.PST基础上进行二次开发，从而定制出适合该特定数控机床系统的专用后置处理器。使用MasterCAM进行自动编程的用户一般都采用默认的MPFAN.PST通用后置处理器去生成NC文件，然后再对该NC文件进行人工修改，使改动后的NC文件符合机床要求14。加拿大ICAM公司的CAMPOST可以覆盖国内外流行的90以上的CAD/CAM软件和NC系统，它可以读取所覆盖的CAD/CAM软件所生成的刀具路径文件，定制所覆盖的NC系统的专用后置处理器。同样英国Delcam公司的产品PowerMILL和以色列的CAD/CAM软件Cimatron等也提供各自的通用后置处理器151617。在国内来说，比较成熟和普及的自动编程CAD/CAM系统要数北京航空航天大学开发的CAXAME（制造工程师）软件，它采用通用后置处理器，可以提供常见的数控系统后置处理格式，而且用户还可以自定义专用数控系统的后置处理格式18。但该软件有较大的局限性，只适用于一般的铣削加工，在解决Sodick类型机床的数控代码时，如果零件中涉及到孔的加工，将不能生成相应的程序代码19。华中理工大学的张利波等人提出了一种基于配置文件的开放式数控编程通用后置处理模型，定义了配置文件的语法规则，给出了配置文件的BNF语言描述及相应的解释算法，并在HUSTCADM系统中实现，但对于多轴数控加工的后置处理还是不能通用20。程筱胜等人对南京航空航天大学的超人CAD/CAM系统的通用后置处理系统进行了研究，开发了具有交互式图形系统的通用后置处理程序，尽管该后置处理系统具有很好的可靠性和较强的通用性，但超人CAD/CAM系统和HUSTCADM系统都没能走向商品化。北京航空航天大学的曾爱华等人，以通用化、结构化、模块化的基本设计思想对通用后置处理系统作了总体的分析，对系统结构和程序实现作了具体描述，并为系统的通用化、实用化和商品化提供了必要的条件，但是该系统只能满足一般的两轴半和三轴数控铣加工自动编程的需要21。正因为如此，专用后处理器开发已成为数控自动编程的一个急需解决的热点问题之一。专用后置处理器开发和应用不如通用后置处理器那样成熟和普及，因为专用后置处