基于UG软件的五轴数控加工后置处理研究

主题 数控系统软硬件技术 T o p i c s S o f t wa r e a n d H a r d wa r e T e c h n o l o g y o f C N C S y s t e m 基于 U G软件的五轴数控加工后置处理研究 冉启 军 张玉峰 贵州航天乌江机电设备有限责任公司 贵州 遵义 5 6 3 0 0 3 摘要 从分析刀轨文件和 N C代码的格式入手 找出指令的一一对应关系 弄清诸 多从建模到加工过程中 的坐标系统 建立 5坐标铣削中心坐标转换数学模型 从而实现从刀轨文件提取信息转化为 NC代 码的算法 最后通过实例验证了该加工中心后置处理技术的正确性 关键词 后置处理坐标转换U G 中图分类号 T P 3 1 9 文献标识码 A Re s e a r c h o n t h e p o s t p r o c e s s o f 5 a x i s NC ma c h i n i n g b a s e d o n UG s o f t wa r e R A N Q i j u n Z H A N G Y u f e n g G u i z h o u S p a c e Wu j i a n g M a c h i n e a n d E q u i p me n t C o L t d Z u n y i 5 6 3 0 0 3 C HN Abs t r a c t Th i s p a p e r b e g i n s wi t h a n a l y z i n g t h e c u t t e r l o c a t i o n fil e a n d t h e f o r ma t o f NC c o d e fin d s o u t t h e o n e t o o n e c o r r e s p o n d e nc e o f t h e i n s t r u c t i o n s c l e a r s u p ma n y c o o r d i n a t e s y s t e ms f r o m mo d e l i n g t o ma c hi n i n g b ui l d s u p t h e ma t h e ma t i c mo d e l o f c o o r d i n a t e c o n v e r s i o n i n t h e 5一a x i s mi l l i n g ma c h i n i n g c e n t e r a c h i e v e s t h e a l g o r i t h m o f c o n v e r t i n g i n f o r ma t i o n f r o m c u t t e r l o c a t i o n fi l e t o NC c o d e Fi n a l l y i t i s p r o v e d i n t h e r e a l ma c h i n i n g e x a mp l e Ke y wo r d s Po s t p r o c e s s Co o r d i n a t e Co n v e r s i o n UG 本文结合公 司使用过 的高精 度五轴万能镗铣床 u P C a 0 0的加工经验 对五轴加工 中的一些关键问题 进行了分析与研究 此举有助于掌握相关关键技术 提高先进制造技术理论水平 还有利于在实际生产中 更好地发挥多轴机床加工后置处理 供同行们参考 l 五轴机床的相关数学模型 一 般五轴联动数控机床由 3个平动轴和 2个 回转 轴构成 根据运动轴配置 的不同 五轴联动数控机床 的结构类型按轴的分布可以分为 3种基本类型 本文 只针对公司使用的万能铣床 U C P 8 0 0进行技术研究 万能铣 床 U C P 8 0 0的 结构形式为 A C双转 台的 五轴联动数控机床 和 C的值完全是 由刀轴矢量 确定 的 因为对于 U C P 8 0 0 机床来 讲 刀具不 能任意 地转动 只能在 X Z平面内 平移 要想使 刀具 中心相 对于工件倾斜必须通过转 动第 4轴和第 5轴来实现 刀心坐标与刀轴矢量 组合成5 轴坐标输出 图 1 针对后置 而言 是后置处 理文件把刀轴矢量和刀心坐标分别输 出 但是对于机 床来讲只要同时给出 5个 坐标 就可 以完整地进行加 图 1 所示为转换坐标的主要步骤 为描述 该五轴机床 的 运动 建 立 图 2所示 坐标 系统 其 中坐标系 0 X l z 为与工件固联 的工件坐 标 系 前置刀 位数据是 在 该坐标系中给出 0 X Z 为与刀具 固联 的坐标 系 成 为刀具 坐标系 其原 点 设在 刀位点 上 其 坐标 轴 向与机 床坐标 系一致 刀具 C 图2 0 X y m Z 为与定轴 固联的坐标系 其原点 0 为两 回转轴的交点 其坐标轴方向与机床坐标系一致 显 然 其运动关系即是刀具坐标系 0 X Z 相对于工件 坐标系 0 X Y Z 的变换关 系 它可进一步分解为 0 X z 相对于 0 X Y Z 的平动和 0 X y 卅 Z 相对 于 0 X Y Z 的转动 如图 2所示 设动轴 C 的轴线平行于 z轴 的状态 为机床初始状态 此 时 工作台与 z轴垂直 工件坐 I 主题 数控系统软硬件技术 一 I I T o p i c s S o f t wa r e a n d H a r d wa r e T e c h n o l o g y o f C h IC S y s t e m 标系的方向与机床坐标系一致 刀具坐标 系与工件坐 标系原点重合 交点 0 的位置矢量记 为 r m m m 在刀具坐标 中 刀具 的位置和刀轴矢量分别为 0 0 0 和 0 0 1 记机床平动轴相对于初始状态的 位置为 r s s S 回转轴 A C相对于初始状态的角 度为 和 0 逆时针方向为正 此时 工件坐标系中 刀轴方向和刀具位置矢量 分别 为 U u 和 P P P 由机床运动链进行坐标转换 可得 M M 0 T r R 一0 c R x 一0 A T r 一 0 0 1 0 1 P P P 0 T R 一0 c R x 一0 A T 一 0 0 0 1 2 式中 和 R分别为平移和回转运动的齐次坐标 变换矩阵 p p p 0 r R 一0 R 一O A l 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 m 0 my 1 m 0 1 0 一 m 0 一 m 1 S 一 m L 0 O 0 1 J c o s 0 c s i n 0 c 0 0 一 s i n 0 c c o s 0 c 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 c o s O A s i n 0 A 0 0 一 s i n 0 A c o s 0 0 0 0 0 由式 1 和式 2 可得 s i n0 A s i n0 c s i n 0 A c o s 0 c c o s 0 A 0 m s 一D 1 c o s 0 c s 一m c O S O A s i n O G s 一m s i n 0 s i n 0 c m 一 s 一m s i n O c s 一m c o s 0 c o s O c s 一m s i n 0 c o s 0 c m 一 5 一m s i n O a s 一m C O S 1 3 4 式 3 和 4 即是所求机床的运动变换 它表达了 刀具相对于工件 的位置与方向随机床的运动变化 将 刀位数据赋给 U u u 和 5 p P P 则可由此 计算满足加工要求的机床 回转角度 0 O c 及平动位移 S s S 由式 3 和 4 可得到机床运动坐标为 k A a r c e o s M k 1 5 0 c a r c t a n u 一 c 1 T c 0 1 6 s P 一m c o s 0 c一 P 一 n s i n 0 c 7 S P 一m C O S O A s i n 0 c P 一m C O S O A c o s O c一 P 一m s i n 0 m 8 S P 一m s i n 0 s i n 0 c P 一m s i n 0 c o s c P 一m C O S m 9 由式 5 和式 6 可知 0 和 可能有两个解 且 具体象限应按运动的连续性来确定 0 取值要符合其 行程范 围 0 由式 3 可知 满 足 s i n 0 s i n O A 和 c o s 0 c u y s i n O 由机床工作参数可知 A轴为摆动轴 行程为一 4 5 9 O C轴为旋转轴 行程为 0 一 3 6 0 2 UC P 8 0 0五轴专用后置处理器开发 该五轴联动加工 中心专用后置处理器是在三轴后 置处理器的基础上开发的 原来三轴后置处理器输出 的是 z值 五轴加工还需要输出第 四和第五轴的 A C角度 我们在三轴后置处理器的基础上经过添加 修改 然后用户化 快速开发了五轴后置处理器 采用 的是 U G配带提供一个后置处理器 U G P o s t 来进行 修改 采用 U G P o s t B u i l d e r 建立 U C P 8 0 0万能镗铣床 的 H E I D E H A I N数控系统 确定第 4 5轴 并确定超 程处理方式为第二种 图 3 输人第 4 5轴的行程范 围 修改其他输出格式至满足需要 需要注意的一个 问题 是在 对快速 移动动作 编辑 时 不要 选 中 Wo r k P l a n e C h a n g e 图 4 否则退刀时不能沿刀轴方向退 刀 会造成刀具折断及铣伤工件现象 最后 生成后置 处理程 序并加入 U G后置处理 配置模版 t e m p l a t e p o s t d a t 墼 曼墼垦婴曼蔓曼曼笪鬯曼笪 鬯 f i 菌 r 一 薯 玉 r 一 一 j l n m 坚 I i j 一 舔 t 矗 登 黧 I I i l t 董 一 I I M 霸 一l 誊 口 f n n 岫 一t t i d r i l g d m i i i 知 鲫 l 蕾 囊曩 蝣 n j 一 m k t r ac t 一 毫 1 l 静 嘲 紫 嘞 i l 釜 童 f 越 蕾 攀 鎏 j 图3 一 ZU l l O 由 舞蠹 黉 丑 d h t 一 蠢 一 一 一 0 蓐 黠晒 p 图 4 用文本编辑器打开生成的事件处 理文件 t e 1 修改 p r o c P B C MD i n i t r o t a r y事件处理器 设置如 下 s et m o nl k i n r et r ac t t y p e DI S T ANCE s et m o rn k i n r e t r ac t d i s t a n c e 2 5 0 0 s et F ao l i f l k i n r e e n g a g e d i s t a n c e 2 0 其作用为修改退刀方式固定距离 假设 刀尖至摆 动中心距离为 2 5 0 mm 输人退刀距离 2 5 0 I I l l l l 并输入 进刀 距 离 2 0 m i l l 修 改 p r o c R O T A R Y A X I S R E T R A C T事件处理器 在图 5所示位置增加 MOM o u t p u t l i t e r a l A 0 m is s e n i o n of c od e h dl ez t he w her e a li i t f rc e 3 a re po i t1 t o a n gl e 蜘 di ng 0 r zu b t r ac i nz 3 60 m t il the a n zl e is v lt hi n th e li mi t l hl i s e it he r a fo ur 裤 一or fi ve i e v h t 1 n ot a pro bl e m 4 vi t b t h i nve rs e k in et s fo rc i ng a c ha nge of 0l ut o n 0 l hl o nl y s e of t i nd i ng th e t a ble i f S r e a c t y e z i P B C l e t r a 一 e 嘣淄瞳雹酲墨匿圈 图5 其作用为在数控程序中强制输出 A 0 其位置在退 刀后 C轴反转 3 6 0 前 在本事件处理器 中修改如图 6位置 增加 MOM o u t p u t l i t e r a l A 0 F O R MA T 5 3 一 f mo r n o u t a n g l e p o s 1 l T h1 s s ec ti 呲0 f co d e ha l t d le s t he ca se vhe te 4 l i mi t fo rc ez a r ep os it io a t 0 a ngl e b y d d i l l o r科I b t r c t 1 n l j 6 0 u n n l t h e r t n l l n h n t h e l i m i t Th is 1 t her a to ur 叭 r a f iv e c as e e t 1 n Ot a p ro bl 蜘 1 t h t h e in ve rs e ki ne mt t fo rc 1 n a ch a r a de o f so lu t T hi s i s I l y t c t o f t l t x ndi n t t he t ab le t i f S r e t c t y e P B c r e t r a I1 t p u t l 1 t r n A 0 e t 0 a l et na t r ti pQ j t 伸 i f i n f o t s k i n 4 t h 一 d l r e c t l o l l s e t m o u t t N l e p o 口 j R O T T l 0 p r p o i 3 S I u t一 q i e p 0 l i f l i n f o t m o i k i v 5 X h 1 d i r e c t t t m蝻 一o ut一 ngl e p o s I R O T E T o p r e 一 p o s 4 0 l 0 一 a le p o s 1 P C 肿 一rc p o Hio e 图 6 其作用为在数控程序 中强制输 出原 A轴角度 其 位置在 C轴反转 3 6 0 后 返 回进刀点前 3 后置处理论证 本实例以公司需要加工变外径螺柱工件为例 其 中一个的 U G C A D造型如图 7所示 两工件的螺旋线 zu等 ll 平 幂 0 驯 主题 数控系统软硬件技术 T o p ic s S o f t wa r e a n d H a r d wa r e T e c h n o lo g y o f C N C S y s t e m 是 自由曲线 螺旋 面是 自由曲面 对后置处理进行仿 真论证 该工件 的加工过程如 图 8所示 工件螺旋轴 向 截面成横卧的 U型 宽约7 mm 底 部 为 一 段 半 径 为 2 5 m m 的圆 弧 U 型槽 分成上 下两对 称部分 采 图7 用直径 5 m m的球头铣刀 分两道工序加工完成 加工中轴 向进 给为 0 0 8 f i l m 径向进给为 0 5 m m U型槽底部的弧线 由球头铣刀直 接成形 图 8 第一道工序切削 u型槽 的上半部分 由于主轴 只能 在X Z平 面 内平 动 在切 削前 A轴需要 转 动到 一 9 0 位置 使刀具平行于 U型槽 的中心线 切削时刀 具首先在螺旋线的开始端进行径向进给 然后通过三 根直线运动轴和 C轴的联动 沿着螺旋线一直切削到 末端 接着进行轴向和径向的联动进给 其中径 向进给 为主进给 再沿着螺旋线切削返回到开始端 继续进行 联动进给 并按照前面所述路线进行切削 直至该道工 BEGI N M IM 曩 BU pD 0 I ZX0Y0 z 2O BLK OR O I 2Xl Yl 0 0Z0 M t 2 6 I b O I f o r ma t i T o o l N a mc MI L L D R 2 5 0 F 5 0 0 0 L 7 0 0 F5 O O O LN X9 9 9 0 08 6Y f A0O 0 Z 矗 I 5 27 6 3Tx 0 9 9 9 9 01 TY0 O1 4 o 8l 0 0 00 O 0 0 i z 5 0 00 LN X6 3 记 8 6 Y O 8 97 3 7 0 Z g l 豫 7 6 3 口 9 9 9 O l 1 y 0 01 4 o 8l Tz 0 O 0 0 O o 0 F2 5 0 L X5 Sm 3 9 8 2 Y O 啦 6 9 66 Z S l 5 2 们 Tx 啦哪峥 9 I Y 4 0 1 4 拈 I t r Z 0 00 0 n 0 0 L X 7 粕 娟 s y 4 9 0 4 4 61 Z 8 S3 6 2 1 t x 鱼 3 O TY 0 0 4 41 9 1 2 O O0 K O 0 L N X5 7 6 7 9 Y S 9l 2 44 0Z M 7 7 7 9TX0 鳟 7 5 9 9TY 0 1 5 5 0 9 8T Z 0 o0 oo L N X5 5 t 6 5l 5 7V I 2 翱 07 3 零Z 4 I 5TX 0 97 4I 8 21 0 2 2 57 6 41 Z O 0 0 O L NX4 0 5 9 1 5 Y2 5 1 4 6 9 3 0 Z 7 5 5 4 1 7 3 I X0 8 2 1 7 1 TYO 5 6 9 3 T ZO O 0 0 D F 5 0 o o L NX 4 4 6 9 9 7 1 5 Y3 o 9 9 6 0 9 4Z S 5 5 4 1 7 3T X0 g 2 1 7 61 T Y O 5 枷 3 3T Z0 0 0 0 0 0 0 F5 0 0 L NX3 2 1 7 6 0 6 oY5 6 9 g 3 2 8 Z 5 7 5 5 4 1 7 3 I X0 8 2 l 7 6 1 TY O 5 6 9 5 3 3T z0 0 0 0 0 0 0 E D P 0M lMM o nI o n M h i neTi me8 6 5 4 图9 l 主题 数控系统软硬件技术 I T o p ic s S o f t w a r e a n d H a r d w a r e T e c h n o l o g y o f C N C S y s t e m 高硬度回转球面精密磨削系统的数字控制技术 柴运东 许黎明 李冬冬 许开州 胡德金 上海交通大学机械与动力2 1 程学院 上海 2 0 0 0 3 0 重庆大学机械传动国家重点实验室 重庆 4 0 0 0 4 4 摘要 介绍了自主研发的高硬度回转球面精密磨床专用数字控制系统技术特点 阐述了带有专用功能的数 控软件的程序结构设计要点 磨削参数动态优化 磨削过程的适应控制等关键技术 数控精密球面 磨床已经用于试验加工 试验结果表明 D r 后的球阀球体的精度达到了设计指标 满足了实际使用 要求 关键词 球面磨削数控系统适应控制 中图分类号 T G 5 8 4 文献标识码 A Nu me r i c a l c o n t r o l d e s i g n o f h i g h h a r d n e s s s p h e r i c a l s u r f a c e g r i n d i n g ma c h i n e CHAI Yu n d o n g XU L i mi n g LI Do n g d o n g XU Ka i z h o u H U D e j i n S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g S h a n g h a i J i a o t o n g U n i v e r s i t y S h a n g h a i 2 0 0 0 3 0 C H N S t a t e K e y L a b o r a t o z T o f Me c h a n i c a l D ri v e C h o n g q i n g U n i v e r s i t y C h o n g q i n g 4 0 0 0 4 4 C H N Abs t r ac t Th i s p a p e r i nt r o d u c e s t h e n u me r i c a l c o n t r o l d e s i g n o f a n e w de v e l o pe d p r e c i s i o n s p h e r i c a l g r i n d i n g ma c h i n e Th e p r o g r a m s t r uc t u r e wi t h s p e c i fic f u nc t i o n s o f n u me r i c a l c o n t r o l s o f t wa r e wa s p r e s e n t e d Th e me t h o d s o f d y n a mi c o p t i mi z a t i o n o f g rin d i ng p a r a me t e r s a n d t h e a d a p t i v e c o n t r o l o f g r i n d i n g p r o c e s s we r e a l s o d i s c u s s e d Th e p r o p o s e d c o n t r o l t e c h n o l o g y ha s b e e n u s e d i n t he s ph e r i c a l g r i n d i ng ma c h i n e wh i c h d e mo n s t r a t e d t ha t t h e m