五轴加工中心的数控编程后置处理研究毕业论文.doc

南昌航空大学科技学院学士学位论文11.绪论1.1数控编程后置处理技术数控加工技术是在数控机床上依靠NC程序进行零件加工的自动化加工方法，具有高效率、高精度与高柔性的特点。数控加工技术可有效解决复杂、精密和小批多变零件的加工问题，能够充分适应现代化生产的需要。它是CAD/CAM的加工执行单元，是现代自动化、柔性化及数字化生产加工技术的基础与关键技术。随着航空、汽车、造船和模具制造等工业的发展，越来越多的复杂曲面应用于工程之中。包含复杂曲面的大型零件和模具的制造越来越离不开数控机床和数控加工技术。同时，由于对产品质量和生产效率要求的不断提高，对复杂曲面加工的数控机床性能和相应的数控加工技术也提出了更高的要求。五坐标联动数控技术是数控技术中难度最大，应用范围最广的技术之一，它集计算机控制、高性能伺服驱动和精密加工技术于一体。目前，多采用五坐标联动的数控加工方法来完成复杂曲面的加工。飞机和航空发动机的复杂结构件、船用螺旋桨、泵类叶轮等都是五坐标加工的典型例子。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。1.2数控编程后处理技术研究现状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。通用后置处理系统一般按照具有代表性的数控系统和数控机床的编程规范及特点进行设计开发，它直接支持这类数控系统，同时它也支持用户根据特定的数控系统编程格式对它进行二次开发。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3。如UG提供一个通用后置处理器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南昌航空大学科技学院学士学位论文2列数控机床能够直接读取和执行的数控程序4。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5。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678。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9。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10。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11。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12。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，因为专用后置处理器所面对的各种数控系统的专用性、特殊性和互不兼容性等特点使得开发总工作量巨大，导致专用后置器开发相对薄弱。国外对专用后置处理器开发和应用相当重视，加拿大滑铁卢大学机械系就以其CIMS（ComputerIntergrationManufacturingSystem）实验室的一台MAHO五轴联动加工中心为研究对象，采用MasterCAM作为开发平台，实现了专用后置处理器的开发，已在该加工中心得到了验证13。国内像信息产业部第39所曹永新和任林杰就曾在武汉重型机械厂3.4m立式车床数控改造项目中（采用的数控系统是国产的华中I型数控系统，该系统最大的优势就是经济，其缺陷是一般的自动编程软件中没有支持它的后置处理器），专门为此数控系统和车床设计开发了其专用后置处理器HZ.PST，并将其集成到CAXA软件的CAM模块中，实际加工效果良好。武汉工业学院陈文革和尹芳根据XH716A立式加工中心南昌航空大学科技学院学士学位论文3（SINUMERIK802D数控系统）结构、控制系统的编程原理和通信接口的要求，对MasterCAM默认的后置处理程序MPFAN.PST进行二次开发得到了其专用后置处理器，能完全满足数控编程加工的生产需要14。广东富士康模具公司的邓德军根据MV610加工中心配置德国西门子SINUMERIK810D数控系统的编程特点，选择Cimatron为二次开发平台，成功地为MV610加工中心开发了专用后置处理器。韩建军对ANVIL5000软件进行开发，用C语言编写了后置处理程序，用于一个回转轴、三个移动轴的SAGEM数控加工中心的后置处理15。王启富等人用TurboC开发CATIA专用的NC后置处理软件16。祝益军针对C40U五轴加工中心，在C环境下开发了后置处理软件17。哈尔滨工业大学的陈辉等人基于UGPost，开发了并联机床后置处理器，用于六轴或七轴并联机床的后置处理18。综上所述：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19，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20。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21，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22，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23，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，以保证数控加工安全、可靠的进行24。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。目前，虽然国内很多制造企业拥有了先进的五坐标数控机床，但真正能充分发挥五坐标加工功能的还为数不多，并且多数企业在购买机床的同时，没有对CAD/CAM软件引起足够的重视，在实际加工中普遍遇到了问题。例如，中国电子科技集团某电子研究所2004年引进的五轴数控加工中心，由于CAD/CAM软件的后置处理问题，导致该机床一直无法进行五轴加工，只能作为普通的三轴数控机床使用。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数控系统的要求不符，不能生成正确的加工程序，导致数控加工过程不能安全、可靠地进行，并且通用后置处理器不能输出机床数控系统所特有的辅助功能，使得数控机床特性功能的利用受到影响25。MIKRONUCP600Vario五轴加工中心配置的HEIDENHAINiTNC530数控系统，具有特有的辅助功能。例如，辅助功能M128可以在倾斜轴定位时保持刀尖位置不变；辅南昌航空大学科技学院学士学位论文4助功能M126可以实现刀具的短路径行程；循环32功能可以实现两个路径之间的轮廓平滑过渡（无论补偿与否），刀具与工件表面保持接触。但这些辅助功能不能在UG通用后置处理器中直接调用。在这种情况下，通过本课题的研究解决这个难题，对于五轴联动数控加工技术的推广，具有重要的现实意义和工程应用价值。1.3主要研究内容本论文基于UGNX系统，针对MIKRONUCP600Vario机床和HeidenhainiTNC530数控系统的后置处理技术进行研究。具体的工作内容包括：(1)通过UG后置处理器设置机床参数、NC加工程序格式和输出文件格式，生成MIKRON五轴加工中心的特性数据文件。(2)利用UG后置处理器,实现模态辅助功能指令M126、M128的输出和非模态辅助功能指令循环32的输出。(3)通过用户自定义功能,以TCL语言为开发语言,实现在生成NC程序的同时输出总加工时间、每道工序的加工时间和刀具信息。(4)专用后置处理程序与UG集成。第二章UG后置处理器介绍2.1UG提供的后置处理方法UnigraphicsNX是美国EDS公司推出的面向制造行业的CAD/CAE/CAM一体的高端软件。它功能强大、内容丰富，为用户提供了集成最先进的技术和一流实践经验的解决方案，能够把任何产品构想付诸于实际。UGNX涵盖了工业设计的造型、装配、加工、仿真和分析等领域的操作功能。UGNX软件广泛应用于通用机械、模具、电器、汽车、化工及航天领域26。UG提供了两种后置处理方法:图形后置处理模块GPM(GraphicsPostprocessorModule)和UG后置处理器UG/PostBuilder。目前应用最多的是UG/PostBuilder27。2.1.1图形后置处理模块GPM用图形后置处理模块GPM对刀位源文件进行后置处理需要机床数据文件(*.MDF)，机床数据文件包含对刀位源文件进行后置处理时所需的机床数据。GPM和*.MDF文件相互依赖，GPM必须根