五轴加工中心的数控编程后置处理研究【15500字】【优秀机械毕业设计论文】
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文档包括:
说明书一份,30页,15500字左右.
开题报告一份.
任务书一份.
外文翻译一份.
目 录
第一章 绪论 1
1.1数控编程后置处理技术 1
1.2数控编程后处理技术研究现状 1
1.3主要研究内容 4
第二章 UG后置处理器介绍 4
2.1 UG提供的后置处理方法 4
2.1.1 UG图形后置处理模块 4
2.1.2 UG后置处理器UG/Post Builder 4
2.2 UG/Post Builder主要参数 6
2.3 MIKRON五轴加工中心及配置的数控系统介绍 8
2.4 Heidenhain iTNC 530数控系统的数控程序格式 9
2.5 双转台五坐标后置处理算法 10
第三章 MIKRON五轴加工中心后置处理的研究 13
3.1 利用Post Builder建立机床特性数据文件 13
3.1.1 设置机床参数 13
3.1.2 设置程序的格式 15
3.1.3 设置程序段格式 17
3.1.4 设置输出文件 19
3.2 输出辅助功能指令 20
3.2.1 模态辅助功能指令的应用 20
3.2.2 模态辅助功能指令的输出 24
3.2.3 非模态辅助功能指令的应用与输出 25
3.3 实现用户自定义功能 26
3.3.1输出每道工序的加工时间 26
3.3.2输出加工总时间 27
3.3.3输出刀具信息 27
3.4 MIKRON五轴加工中心后置处理程序与UG集成 28
3.5 UG中数控加工程序的生成 29
参考文献 31
五轴加工中心的数控编程后置处理研究
摘要: 通常，直接利用通用后置处理器生成的NC代码与用户使用的数控机床和系统的要求不符，不能生成正确的加工程序，导致数控加工不能安全、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。
本课题针对MIKRON UCP 600 Vario型五轴加工中心及配置的Heidenhain iTNC 530数控系统进行了专用后置处理的研究，开发了后置处理程序，该程序能够根据刀位源文件生成数控加工程序，且无需二次更改，就可以实现五轴联动数控加工。
Heidenhain iTNC 530数控系统除了具备ISO标准的辅助功能以外，还有其它特有的辅助功能，针对辅助功能和五坐标数控加工机床的特殊性，利用UG/Post Builder后置处理器，实现了模态辅助功能指令M126、M128的输出和非模态辅助功能指令循环32的输出。通过用户自定义功能，以Tcl语言为开发语言，实现了在生成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。将专用后置处理程序与UG集成，实现了在UG中调用后置处理程序自动生成数控加工代码。
关键词：五坐标加工 数控编程 后置处理 加工仿真 整体叶轮
指导老师签名：
Study on Post Processing for NC Programming of Five-axis Machining Center
Abstract：Usually, the NC code generated by the general post processor doesn't match with the request of the numerical control machine and the its system. Thus it cannot produce the correct processing procedure, results in the numerical control processing can not be carried out with safety and reliabitlity, furthermore, the general post processor cannot output the unique auxiliary function of the machine numerical control system, which causes the characteristics and functions of the numerical control machine to be used efficaciously or correctly.
Aimed to MIKRON UCP 600Vario five-axis machining center and Heidenhain iTNC 530 numerical control system, the special-purpose post-processing was studied, and the post-processing programme was develope in this paper. This programme can produce NC processing procedure according to the cutter location source file, and it is not necessary to conduct second alteration, then it can realize five-axis simultaneously controlled NC processing.
Besides the ISO auxiliary function, HEIDENHAIN iTNC 530 numerical control system also has many other unique auxiliary functions. Aim to these functions and the particularity of five-axis NC machining and post-processing UG/Post Builder we conducted the output of the modality assistance function instruction M126, the M128 and the output of the non-modality assistance function instruction circulation 32. Through the user-defined functions, taking the Tcl as the development language, the subject has realized to output the total process time and each working procedure process time and tool-information while produces the NC procedure. The integration of special-purpose post-processing procedure and the UG has attained automatically to produce the numerical control processing code by transferring the post-processing procedure in UG.
Keywords：Five-axis machining NC programming Post processing Machining simulation Integral impeller
![五轴加工中心的数控编程后置处理研究[论文类]](/images/A5774/A5774_1_2.gif)
- 内容简介：
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1 , he a to an an on to in or DM if is to of of it be In we to is to a at an is on of As is X,Y,Z,A,B ) on at a it is is of a 61. he of be if in be or If as or in of a an it to is to of on as of or be by at a in or by to a as (a). In at if is of of is of is to in is to it a of to a to 2 to a to it 3 of he to a is as (b)it is or to It of to of In in of of SV is in is or to in is In of is to a in to of to in In 6a of is as (c)is to of in ,Y,Z,A is on by a AM AM a to of of a is is 2. he is is on of is in SV an SV is 4 on of in is NC ,B . It is by on of a 6 , is a , is ,Y m , of ,B In of A is of of B C of X of of of is in It is of of 0mm mm 5 is a SV o). in SV is on of to an be to is of is to As in (a), by , as in (b). of in 6 AM he AM is in of is of be on L on of as of 7 L by C of to of In is in to to to It to of in L C CL be to of If is in L is 3. of n to of as is by . TD C in in of of be in of a to to 8 of be as is as is as a is as a as as is to a of a is In a of of is of of is to be be at on of a is u v. is to v, is on of to 9 of is to of on a of u, so in at of on is is in to it is to by to In In of to at is to be is it to of is in of of is on is an at of is as of is of to of is is 0to 10 to . is by in to is at be =F*N =N of 2 of is is to of a is on in of In of of In is to on to a is on of of as as is as 11 a In is by of u v. of a is of is on of v in at at a be =N =N*F is it at of in 4. on he by of 9267B,o, it in SV as 00mm/of .2,in 96 m 0 is It be in SV is as to of be he in to of 00 100 20 mm is an 6062), is as in 12 of o at is as at In is a) is be at in to an a mm is is is to as 13(b), be of or is on 13 us is in on C by AM is in of of of on of of is of is in as of is a d) is of is a). In be as b). of to is as is to To is in in c) d) 12 as as of in to of by of of is to 14 he of is is to to of by It is of to to of to be As a of AM to is 1)J A 001),(2)T, E. K,of 992),(3)H. N, of 998), 15 (4)E. T, of 994),(5)T. E,of 1996),(6)Y. H. by of 996,(7)E C of 毕业设计（论文） 外文翻译 题目 通过立式六轴控制并应用超声振 动加工锐角转角 通过立式 六 轴控制并应用超声振动加工锐角转角 这项研究提出了一种可以产生一个悬垂锐角转角的新的加工方法 . 对于传统的加工方法，甚至是 3 到 5 轴放电加工而言，加工垂直面上的的锐角转角是很难的，尤其是当其表面有不同的角度的时候。这是受进给方向和机床的电极结构必须与目标的轮廓对称的限制 . 在本研究中 ,我们试图采用新的加工方法来加工外表面的锐角转角 . 6 轴控制加工适用于以任意位置和任意姿势顺着工件设置一非回转刀具。在切削过程中，当刀具沿着进给方向切削时，超声振动被应用在刀具的切削边缘 . 当进行切削的时候， 6 轴 (X、 Y、 Z、 A、 B 和 C)顺着刀具在某一点的姿势同时移动。从实验结果中发现 五 轴控制超声振动切削能在垂直面产生一锐角转角。 关键字 :六 轴控制切割、计算机辅助设计 /计算机辅助制造系统，微型钻 ,垂直锐角转角 ,超声振动刀具。 1. 绪论 如果制造过程中的限制可以最小化或者消除，该产品的灵活性可极大发挥。如果象球头立铣或者平头铣刀这类回转刀具用在加工一含有垂直锐角转角的模具中，对于能清楚获得有尖锐边缘线的目标形状来说，这似乎是困难的。这是由于使用了与旋转运动对称的旋转刀具的原因。在相邻表面产生了类似圆弧的加工痕迹，如图一所 示。 按照惯例，大部分垂面或者斜面可以靠将工件依照基准设置在某一角度，并转动整个基准，或者靠将刀头设置成某一角度并且进给切刀的头部，如图 2(a)所示 . 在这个过程中 ,在工件底部的锋利的边缘和垂面被加工出来 . 不过 ,如果对象是由两个垂面组成的 且表面倾角是不一致的，由于在此过程中的切削方向是固定的并且仅仅局限于线性切割，目标形状是很难达到的。因此，这就需要大量的夹具和装备来夹紧工件、使工件在机床上保持正确的位置并且在加工的过程中支撑工件。 图 2 含有悬垂面的锐角转角的加工方法 来生 产这种外形的其他可能的方法就是多主轴放电加工 (如图 2（ b）所示 . 然而 ,即使是用这种方法 ,也很难或者根本不可能生产出一含有不同角度的需要 6 个自由度来充分地执行可以产生目标形状的加工。 在以往的研究中 ,超声波振动被应用在车削可塑性材料和铣削玻璃纤维加强型材料上。应用超声波振动的切削力大大减少。然而，在先前的过程中，工件被旋转或者移向切削刀具，后来一次加工被限制用 2 到 3 轴控制。在其他领域的研究中，多轴控制机床习惯于一步完成一次加工，这就产生了拥有高精度、高质量和较少加工时间的工件成品。 在 这项研究中 ,使用非旋转切削工具结合超声振动的使用的 6 轴控制切削 ,如图2(C)所示。 它适用于审查 成方法的有效性。加工时， C 轴和 X， Y， Z，A 或者 B 轴同时使非旋转刀具旋转 件所产生的切削点 统产生一自由关联的刀具路径以保证切削过程的安全 . 6 轴控制机床轻松地具备了加工 能力 ,是因为 6 个自由度使形成需要的产品外形得以充分发挥 . 同时，考虑到点钻刀具在切削操作中的尺寸和硬度，在使用超声振动使切削力大大削减之后，其才得以利用。 2. 实验程序 实验步骤如图 3 所示 ,其中工件安装在 6 轴控制加工的工作台中心 . 装在使用了转接器的超声振动刀具上 . 该超声振动刀具被圆周式的安装在6 轴控制加工中心上 . 在以往的研究中 ,超声波振动被应用在车削可塑性材料和铣削玻璃纤维加强型材料上。应用超声波振动的切削力大大减少。然而，在先前的过程中，工件被旋转或者移向切削刀具，后来一次加工被限制用 2 到 3 轴控制。在其他领域的研究中，多轴控制机床习惯于一步完成一次加工，这就产生了拥有高精度、高质量和较少加工时间的工件成品。 在这项研究中 ,使用非回转切 削工具结合超声振动的使用的 6 轴控制切削 ,如图 2(C)所示。 它适用于审查 成方法的有效性。加工时， C 轴和 X， Y，Z， A 或者 B 轴同时使非旋转刀具旋转 件所产生的切削点 统产生一自由关联的刀具路径以保证切削过程的安全 . 5 轴控制机床轻松地具备了加工 能力 ,是因为 6 个自由度使形成需要的产品外形得以充分发挥 . 同时，考虑到点钻刀具在切削操作中的尺寸和硬度，在使用超声振动使切削力大大削减之后，其才得以利用。 轴机床工具和微型钻孔器 被用来研究 的 6 轴加工中心如图 4 所示。 加工中心准备有多轴 工刀具。该 6 轴控制机床有 3 个转动轴 A， B 和 C。它是由 5 轴控制加工中心再在主轴上加上一个 C 功能轴组成的 ,这种 5 轴加工中心有 2 个旋转轴，即旋转的可倾斜工作台的 轴。 X、 Y、 微米 ,A 、B 和 C 轴的最小旋转量是 度每秒 切削 ,A 轴用来确定边缘面和锐角的倾角角度、 B 轴用来使工件转动、 C 轴用来确定刀具的切削方向 ,X、 时，切削深度由 Z 轴确定 . 图 5 显示了用于研究的非旋转刀具 ( 它通常是由经常用于 6 轴控制切削的钨炭化物组成的 0 毫米和 5 毫米 . 声波振动工具 图 5是一种商业上可用的用于研究的超声振动刀具 (化钴 ). 该 了完成一次有效率的和有效的振动切削，振动方向必须与切削方向设置平行。 由于振动方向并不总是与进给方向平行 ,微型钻孔器的姿势 就被设置了 . 如同图 7(a)描述的 ,刀具轴参数 T 和刀具方向参数 D 分别被任务中的的旋转和倾斜所修正。这些被修改到修正刀具轴参数 T 和修正刀具方向参数 上，如图 7（ b）所示。该刀具轴参数和刀具方向参数的改变在刀位转换中被实施。 算机辅助设计 /计算机辅助制造系统 6 轴计算机辅助设计 /计算机辅助制造系统的构成如图 8 所示。目标轮廓的3据形成于此。，必须根据目标形状来挑选 微 型钻孔器 类型 . 中央处理器产生不相干涉的包含刀具与刀位信息的 据和有关目标形状的 3D 据。 图 7 微型钻的振动方向的调节 后处理将中央处理器产生的 据转化为与加工中心的坐标系统相匹配的 6 轴控制 据，这些信息由加工中心，设置信息， 切削条件和振动条件组成。另外，为了保持加工中心的进给速度达到常数并使刀具路径的背离最小化，要做所谓的线性操作。这就达到了保证产品表面，尤其是正在处理的曲面的光洁度的目的。 在 据转换成 据之前 ,必须首先检查 据的干涉情况，以保证加工过程中的安全性 . 如果在此阶段检查出干涉，要用中央处理器来对 据进行修改。 定刀具姿势 为了表达 9 轴控制的超声振动切削时整个刀具的姿势，如图 9 所示的微型钻孔器的姿势被切削点 P 的坐标、刀具的轴矢量 T 和刀具方向矢量 D 所 指定。这种 在应用超声振动的五 轴控制切削中，刀具的运动和姿势的决定必须考虑到振动的方向。 由于切削方向迅速的变化 , 为了保持刀具角度与外形表面保持一致，刀具的姿势要大幅度改变。 具路径的产生 产生 刀具路径的方法可以描述如下： 该 两个 边脊线 组成，如图 10 所示 . 所谓的横断线被称为底面脊线，交叉线被称为 边脊线 . 制造锐角转角要求完成 边脊线 和底面脊线。 面的刀具路径的形成 产生边脊线的表面分别由左面和右面组成 角转角的 边脊线 过程中，加工左面和右面是必要的。图 11 描述了产生 边缘面的刀具轨迹轮廓的方法。基于微型钻孔器的型号和目标形状的要求，首先要做的就是侧面的加工和刀具进给方向的选择。产生 边脊线 的邻接表面用参数 u,v 表示。与参数 生于从表面的上方到底部的区域内。表面分离的数目输入被输入从而不断产生切削点的数目。使用参数 u 的评估，每个相关线的切削点产生，因此切削点之间的距离将被放在指定的评定里。 在每个切削点改变刀具的姿势 ,刀具在每一个从开始直到形成边脊线间的切削点不断移动 . 虽然切削点之间彼此连接 ,为了获取刀具路径 ,由于刀具结构和目标产品的形状的原因，仅靠一个方向而加工两个相邻边是很难的。此外 ,刀具和工件之间可能发生干涉 . 在这种情况下 ,刀具从加工左侧面的路径的起始点开始，结束于边脊线形成的拐角处 . 如此反复 ,直至到达形面的底部 因为右侧面仍然有类似圆弧的形状在其拐角部分残留，所以右侧面上也要进行同样的处理 . 为了形成清晰的边脊线，程序几乎和加工左侧面是 一样的 ,因而切削终止点和左侧面的加工终点是一样的。最后点左边加工 ,形成了明显的山脊线 侧面的刀具路径形成过程中，为了使振动方向平行于进给方向矢量 F，刀具方向矢量 D 旋转了 10 度。起点到终点的切削点的依次连接形成了刀具路径 和进给方向矢量 F. 刀具的进给方向矢量 D 和刀具轴线矢量 T 可分别表示为 D=F*N 和 T=N 。 面刀具路径的形成 图 12 描述了形成 底部 底面刀具路径形方法 . 在侧面 的刀具路径形成之后，在刀具紧贴底部表面的地方，底部 刀具路径接着形成了。这里有两种产生底部表面的刀具路径的方法 外的一种是多步法如右上图所示。一步法中 ,刀具切削顶点直接接触底部脊线的位置 . 在这种操作中 ,刀具的倾角对于充分清除残留在底部的类似圆弧的形状并形成清晰的山脊线是必要的 . 在刀具路径形成的过程中，基于计算出来的与底面和切削刀具的清除角度相悖的倾角是 5 度，刀具的轴线矢量 T 要倾斜。决定切削起点和切削终点的方法同产生边缘脊线刀具路径的方法是一样的 . 在多步 法中 ,来自底面的斜度用参数 U 和 V 表示。切削参考线的形成决定于从粗加工后类似圆弧形状残余的地方到底步山脊线的参考线之间的最短距离 . 切割点的产生基于每个参考线上的参数 v. 系统由在底面的刀具轴线矢量 N 和沿着切削参考线时刀具在切削点的进给矢量 F 来决定切削过程中刀具的姿势。刀具轴矢量 T 和刀具方向矢量可以分别表达为 T=N 和 D=N*F. 切削起点因为近似圆弧形状的残留而得以呈现，并且它结束于已参考线上已形成的切削点的最后一点，沿着每个相邻的切削点移动刀具就能形成刀具路径 . 4. 实验结果 切削力的影响 切削力的测量是利用测力计电阻 (9257B, o ,从而以 形式对切削力进行平均和对其处理。加工受用 不用 引导。习惯的切削条件如下： 400mm/进给速度，分别为 切削深度。振动条件如下： 19频率， 35 m 的振幅和 10 度的转角。已得到的计算结果如表 1所示。从中可看出有 于切削力大大减小，刀具的硬度可以在整个切削过程中保持 。 加工 切削实验也用于研究新的加工工艺方法的有效性 . 用于实验的工件的大小是 100 100 20 且其是一块铝合金 (它也是常用的以象锻模，真空成型，橡胶成型等的低压成型低成本铸造材料。 两种类型的 型应用在此实验中 ,一种是带有平面的 一种是带有曲面的 侧面由不同的倾角组成 此情况下 ，倾角在整个过程中不是统一的。 图 13(a)所示的是带有平面的 模拟加工，为了用 5 轴控制切削执行有效的切割，必须首先分别用直径为 3 球头磨刀进行粗加工。加工进行到目标产品的轮廓几乎形成的时候 3（ b）所示，由于类似圆弧形状的残留，目标形状的角度不能很清楚的得到，要用 助的 6 轴切削对平面进行修整。在此过程中，可根据自己的选择将左侧面或者右侧面首先加工出来。 让我们假定左侧面已经加工了 . 列入表 2 的切削和振动情况用于开发的统所产生的 令中。使用基于 工指令生成的凸轮发展计划 . 加工完表面一侧后 ,下一步使用一步法加工底面。 列入表 2 的切削条件应用于 除了9 度倾角和 切削深度中 . 切削深度取决于使用球头磨刀进行粗加工时的类弧形残留 完成了左侧面的加工后 ,下一步对右表面进行加工，这一步的加工条件，除了使用左旋刀具之外，其它条件几乎与加工左表面的条件一样。图 13（ d）显示的是切削实验的结果 . 带有曲面的 加工模型如图 14（ a）所示 . 在加工含有曲面的 4(b)所示的粗加工也应完成。从粗加工到完工的操作顺序和以前所描述的几乎相同 . 但是 ,为了使产品表面平滑要做所谓的线性化操作。 为了加工形成脊 线的底面 ,要求进行多路径的加工方法，因为这种方法适合曲面 . 表二列出了用于此过程中的切削和振动情况。同样，图 14(c)和图 14(d)分别是真实的加工和完成加工后的产品 . 这次实验的总时间是 112 分钟，其中包括了粗加工时间。在整个过程中只用到一台机床和一个工件。 在无旋刀具的正常切削速度胜任了切削速率之后应用超声振动而提高切削速率，这一原因使切削效率大幅度改进。 5. 结论 实验结果显示 , 微型钻孔器的使用是最佳的并且由于应用超声振动而使切削力的大大减少而使刀具的硬度能满足切削的执行。 只用一台机床就能应付产品从粗加工到完成的整个过程，这就使由于象将工件从一台机床到另外一台这类潜在成本消耗得以消除。因此，为加工含有平面和曲面的 已开发 件在这次研究中得以实验上的验证。 参考资料 (1)西塞尔 J，一设计自动化装置的设计方法，先进制造技术国际杂志 ,第 18 册 ,第 11 号 (2001), (2) E 和 用超音波振动的柔性玻璃切割， 第 41 册 ,第 1 号 (1992), (3)H.、 N，玻璃纤维加强型塑料的机械性能和超声波加工的应用， 报 , 第 37 册 , 第 1 号 (1998), (4)E. 、 T，椭圆振动切削的研究、 报 ,第 43 册 ,第 1号 (1994), (5) ， E，椭圆振动切削的研究， 报 ,第 44 册 ,第 1号 (1995), (5)Y.、 H，使用多控制轴机床制造的高效准确性，日本和美国关于自动化的会议录，美国机械工程师协会、 7995,第 1册 , (7) E 纹表面的多轴数控加工的效率， 998, (8)K, ， Y，应用在 5 轴控制加工的 2 维 C 空间的无干涉路径的形成 ,先进制造技术国际期刊、第 13 册、第 5 号 (1997), (9)K, ， Y,使用用超音波振动刀具的 五 轴控制的特征线加工、精密工程 (第 10 次国际讨论会、日本横滨、七月，18001, 毕业设计（论文）任务书 I、毕业设计 (论文 )题目： 五轴加工中心的数控编程后置处理研究 业设计 (论文 )使用的原始资料 (数据 )及设计技术要求： 原始资料： 控系统的操作手册 设计技术要求： G 后置处理器设置机床参数、 工程序格式和输出文件格式，生成轴加工中心的特性数据文件。 2. 利用 置处理器，实现模态辅助功能指令 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 言为开发语言，实现在生成 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 成 业设计 (论文 )工作内容及完成时间： 1. 开题报告、查阅资料、外文翻译（ 6000 字符 ) 3 周 2. 研究 控系统和 3 周 3. 生成 轴加工中心的特性数据文件 2 周 4. 输出模态和非模态辅助功能指令 3 周 5. 输出总加工时间、每道工序的加工时间和刀具信息 2 周 G 集成 1 周 7. 撰写毕业论文 3 周 8. 答辩准备及毕业答辩 1 周 、主 要参考资料： 1 安杰 ,邹昱章 处理技术 清华大学出版社 ,2003 2 雷大江 ,周茂书 工程物理研究院科技年报 ,2004, 3 张磊编著 处理技术培训教程 清华大学出版社 ,2007 4 a of 997,13(9) 5 in C 1999, 1): 1717 6 s 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 一、 选题的依据及意义 ： 后置处理技术是随着数控技术、 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 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 （ 2。 后置处理程序将 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 前后置处理技术已经成为 2 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 (美国国家标准协会 (电子工业协会 (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 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，能充分发挥数控加工能力。 瑞士产的高速五轴立式加工中心，它 配置 了 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 5 10 倍，单位时间材料切除率可提高3 6 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 3 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 轴加工中心和 控系统 11，通过 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、 据的定义和 后置处理文件列表 等具体内容，最后获得符合 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 二、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）： 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 12。如 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 处理器完全针对应用很广泛的日本 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 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 后再对该 改动后的 14。加拿大 0以上的 可以读取所覆盖的 制所覆盖的 样英国 15 16 17。 在国内来说，比较成熟和普及的自动编程 发的 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 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 在 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 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。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 实验室的一台 用 现了专用后置处理器的开发，已在该加工中心得到了验证 22。 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 用的数控系统是国产的华中 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 将其集成到 际加工效果良好。武汉工业学院陈文革和尹芳根据 02构、控制系统的编程原理和通信接口的要求，对完全满足数控编程加工的生产需要 23。广东富士康模具公司的邓德军根据 610加工中心配置德国西门子 点，选择 开发平台，成功地为 610加工中心开发了专用后置处理器。 韩建军对 于一个回转轴、三个移动轴的 24。 王启富等人用 开发 5。祝益军针对 C 环境下开发了后置处理软件 26。 哈尔滨工业大学的陈辉等人基于 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 27。 置处理技术发 展趋势 （ 1）面向通用化 专用 后置处理系统将机床特性直接编入后置处理程序中，只能适应于一种或一个系列机床，对于不同的数控装置和数控机床 还 必须 要 有不同的专用后置处理程序。 而一般的 通用后置处理系 统将后置处理程序功能 通用化，能针对不同类型的数控系统对刀位原文件进行后置处理，输出数控程序。 而且在 一般情况下，通用后置处理系统 只 要求输入标准格式的刀位原文件， 再 结合数控系统数据文件或机床特性文件， 就可以输出 符合该数控系统指令集及格式的数控程序。 除了以上优点外 ,通用后置处理程序 还 采用开放结构，以数据库文件方式，由用户自行定义机床运动结构和控制指令格式，扩充应用系统，使其适合于各种机床和数控系统，具有通用性 , 因此通用后置处理器是后置处理技术发展的方向 。 (2)面向高速加工 高速数控加工，是一种以高主轴转速、快速进给、较小的切削深度和间距为加工特征的高效率、高精度数控加工方式，它不仅对机床结构和数控系统提出了新的要求，对于加工工艺的规划、工艺参数的设置和加工约束的设置也提出了新的要求。 普通数控加工中， 成的数控程序量大，运算时间长。 高速数控加工中采用 过控制点、节点矢量和权三个变量来表达自由曲线，对复杂曲面加工的程序量可减少 1 2以上，加工时间缩短 1 3以上，加工精度更高。 统生成 生巨量微小直线数据，经后置处理转换为 接产生 将已产生的巨量微小直线经后置处理生成 过转换软件，变换为 第二种方法不存在将线性刀轨转换成 度特别 高，但实现难度大。 （ 3）校核与处理非线性运动误差 6 具运动的包络面与加工表面之间存在逼近误差，根据误差的大小决定走刀步长和加工带宽度。尤其在多轴联动加工时，由于旋转运动的影响，机床各坐标线性插补的合成运动使得实际刀位运动偏离编程直线，产生非线性运动误差。由于该误差的大小与机床运动结构有关，在通用化的前置处理中难以处理。因此，在后置处理中应根据具体机床结构对非线性运动误差进行校验，若误差超出允许范围，需对相应的刀位点作修正处理。 （ 4）发展到 统之间没有统一的产品数据模型。 数据信息通过标准接口的方式传递 统，即使是在一体化的集成 统中，信息的共享也只是单向的和单一的。 1997年欧共体提出了 产品数据转换标准 新定义了 要求 包括几何数据、设计和制造特征 )，加上工艺的信息和刀具信息。直接产生加工程序来控制机床，不存在单独的 刀具路径文件，废弃了 代码，从而不再需要后置处理系统。目前 中较具代表性的研究项目有欧洲的 国的 本的 相应的现有数控系统和 统都需更新或废弃，目前这不是短期内可以实现的事。 三、研究内容及实验方案： 究内容 （ 1）通过 置处理器设置机床参数、 工程序格式和输出文件格式，生成 (2)利用 置处理器 ,实现模态 辅助功能指令 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 言为开发语言 ,实现在生成 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 成 。 验方案 (1）了解 控系统 和 轴加工中心的机床结构 (2) 基于 发 置处理程序 ,生成 轴加工中心的 7 特性数据文件 . (3) 根据实际加工过 程和加工结果，修正理论并总结方法。 四、目标、主要特色及工作进度 标 针对复杂曲面零件，基于现有的 统和 统，研究其自动编程技术、走刀路径规划、后置处理技术 。 要特色 （ 1）实现了在通用后置处理基础上快速有效地开发数控机床的专用后置处理器，解决了用高级计算机语言从头编写专用后置处理器的繁琐过程。 （ 2）运用 成的数控加工程序无需手工修改就可以直接输入数控机床进行产品加工，从而解决了通用后置处理器产生的数控程 序需人 工进行二次修改的繁琐过程。 （ 3）充分发挥了 而使加工中心的强大功能得到了充分的发挥。 （ 4）有效地解决了 体化技术的推广应用奠定了基础。 作进度 1. 开题报告、查阅资料、外文翻译（ 6000 字符 ) 3 周 2. 研究 控系统和 3 周 3. 生成 轴加工中心的特性数据文件 2 周 4. 输出模态和非模态辅助功能指令 3 周 5. 输出总加工时间、每道工序的加工时间和刀具信息 2 周 G 集成 1 周 7. 撰写毕业论文 3 周 8. 答辩准备及毕业答辩 1 周 五、参考文献 1 周济 ,周艳红 ,数控加工技术 ,北京 :国防工业出版社 ,2002 2 刘雄伟 ,数控加工理论与编程技术 ,北京 :机械工业出版社 ,2002 3 司 北 京 办 事 处 , 寻 求 完 美 的 后 置 处 理 程 序 , 制 造 业 信 息化 ,2003,(4):994 王卫兵 ,X 数控编程实用教程 ,北京 :清华大学出报社 ,2004 5 李佳 ,朱心雄 ,通用后置处理系统介绍 ,计算机辅助设计与制造 ,1996,(6):196 杨胜群 ,X 数控加工技术 ,北京 :清华大学出版社 ,2006 8 7熊清平 ,张正勇等 ,统巨量 序解释实现的方法
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