基于白车身轮廓的后置处理算法

基于白车身轮廓的后置处理算法

使用cnc生成控制程序（rc代码）通常有三个步骤。首先，使用ptc模块创建产品的二维或三维模型。然后，根据产品的特点和材料选择合适的加工方法，设置加工参数，并从模块生成加工路径并进行验证。最后，根据目标机械设计的型号，选择合适的后勤处理文件（pst文件），处理带有刀路径数据的rci文件，最终生成适应性标准机的nb代码。在以上三个步骤中,最后一步是最关键的,因为NC代码的质量直接关系到产品的加工质量,NC代码中任何一点点错误都可能导致严重的质量问题甚至事故。虽然MasterCAM系统提供了绝大多数数控系统的PST文件,但并不能完全保证与目标机床相兼容。因此,编程人员必须严格地参照数控系统的说明,对PST文件进行适当修改,以便生成正确的NC代码。1pst文件的运行PST文件一般只需要修改与目标数控系统不兼容的代码输出格式,比如文件头、文件尾、圆弧插补代码(G02、G03)的形式、回转轴的正向、不同的辅助功能M代码等等,这些内容的修改只要将相应的参数值设定一下即可。具体操作可参照文献[2～4]的说明。实际上,PST文件不仅能控制代码输出格式,而且定义了坐标点、进给速度、误差修正的计算方法。比如进给量计算部分标号为pfclcdeginv的一段中有如下代码:这与C语言的代码何其相似,分支、函数、变量、运算符等样样俱全。显然,PST文件是一种类似高级编程语言的脚本语言,它需要一个解释程序来执行,对于铣削模块,这个程序就是系统中的mp.dll。MasterCAM软件包中并没有提供PST文件中所有变量的含义,以及详细编写方法。但是通过仔细地阅读源文件和分析计算方法,提炼出了一些可供参考的PST语法。1.1流程控制(1)循环:while条件,语句例如:(2)分支:if条件,语句1else,语句2例如:1.2确定基本函数条件运算符:<>,=,<=,>=逻辑运算符:或,&与,!非算术运算符:+,-,*,/,乘方赋值运算符:=复合语句说明符:[,]sin(x)、cos(x)角度x的正弦、余弦函数atan2(x,y)x/y的反正切函数sqrt(x)x的平方根函数abs(x)x的绝对值函数int(x)x的向下取整函数PST文件中定义了许多常量和变量,在此无法一一列举。这里仅列出与编写坐标计算方法有关的变量。比如:x、y、z、c:X、Y、Z、C轴的系统当前计算值prvx、prvy、prvz:X、Y、Z轴上一次的计算值xabs、yabs、zabs、cabs:X、Y、Z、C轴的绝对坐标值xinc、yinc、zinc、cinc:X、Y、Z、C轴的相对坐标值前缀“prv”一般表示上一次的计算值;用户可以自定义变量,变量名与C语言的命名规则基本相同,并且将自定义变量及初始值放在PST文件前面“CommonUser-definedVariableInitializations”(即公共用户自定义变量初始值)一段。1.5输出文件为文件头、文件尾、pxof、pxss的文件PST文件中各种代码处理方法都用一个标号指示。比如:psof表示文件头,peof表示文件尾,pxout表示X轴输出。标号不需事先定义,可以直接改写并引用。2编程应用的示例2.1带旋转轴的数控代码一般而言,PST文件中的坐标计算方法经过了多年的考验,是不需要修改的。但是,笔者在应用中,发现MasterCAM的二维轮廓卷绕加工方式生成的数控代码在加工中会产生一定的误差。二维轮廓卷绕加工方式主要用来加工回转型的凸轮、刀辊等零件。用户只需给出零件的平面展开线图,选择轮廓加工方式(Contour),在加工参数页面中选中旋转轴(Rotaryaxis),然后在旋转轴参数中选择轴替换(Axissubsititution),指定要替换的轴(X或Y轴)、卷绕方向(顺时针或逆时针)以及卷绕的直径,即可生成带旋转轴的数控代码。分析表明,与此相关的后置处理段为:与X轴替换同理;在执行这一段算法前,系统已经对平面轮廓中的曲线(包括圆弧)做了直线逼近的处理,逼近精度由系统误差变量vtolm(米制,英制为vtol)决定,vtolm越小,逼近精度越高,打断的直线段数越多。另外,刀具半径补偿的处理已经写入NCI文件中。算法中rotdia即卷绕直径,csav是C轴保存值,还需在别处转换为cabs值。上述算法不难理解,其主要作用是将Y轴(或X轴)坐标转换为A轴(或B轴)的坐标,同时将Z轴上移卷绕半径值。总的来说,MasterCAM的这种加工方式可以概括为“先补偿,后卷绕”。那么加工时为什么会有偏差呢?假设要加工如图1a所示的展开线,小圆(1)、(2)表示不同的刀具位置,经过卷绕,(1)处法截面为图1b,刀具底边切削刃与被加工展开线正好相切,可见在(1)处没有加工偏差,(2)处的法截面为图1c,A点为刀具底面中心,B点为展开线与截面的交点,C点为刀具底边切削刃上刀尖点。显然,弧线AB和直线AC的长度都等于刀具半径,而B点与C点之间的距离导致加工出现偏差。如果展开线就是刀辊的刀刃,则内外偏差相加,会使加工出的刀刃两头厚,中间薄,必须返工处理。2.2pst数据处理由上面的分析可知,偏差的出现正是由“先补偿,后卷绕”造成的。那么,解决问题的关键也就是改变补偿和卷绕的顺序。“先卷绕,后补偿”,即先对展开线做卷绕处理,然后在每一点加上刀具半径补偿矢量(左刀补或右刀补)。按这种方式加工,图1中(2)处的法截面如图1d所示,这时B点与C点完全重合,彻底消除了加工偏差。剩下的问题是如何在PST文件中实现修正算法。由于系统中给出了当前点的坐标(x,y)和前一点的坐标(prvx,prvy),为实现修正算法提供了必要的条件。如图2所示,C点为当前点,P点为前一点,R在PC延长线上,CR为刀具半径矢量,刀具半径由系统参数tldia(刀具直径)得来,算法主要步骤如下:(1)首先计算出PC的距离(2)由刀具半径与PC距离之比计算出R点坐标(3)根据刀补方向计算刀补矢量的X、Y分量如左刀补,则CR逆时针旋转90°到CRL:右刀补则CR顺时针旋转90°到CRR:(4)C点做卷绕,Y轴转化为A轴,再加上刀补矢量得到最终坐标:2.3对生成刀补的修正仅仅完成上述计算还不能得到最终可用的NC代码,PST文件的编程并不是C语言编程,不能控制每一步执行过程,只能根据PST处理的特点做相应的调整才能生成实用的NC代码。问题1:刀具路径中一般有Z轴的进刀与退刀,此时,X、Y轴坐标不变,按上面的算法计算的dist为0,下一步会出现除0溢出错误。解决方法是在计算坐标之前加上条件语句,若dist为0,则X、Y轴坐标保持上一次的值,否则执行后续计算。问题2:由于修正算法需要当前点和前一点,那么在计算第一点时,由于没有前一点的数据,所以第一点的计算会出现错误。这个问题在PST文件内的确不好解决,因为PST文件的解释程序mp.dll是无法修改的。但是可以考虑给展开线图加上切向切入切出的过渡线,这一功能只需在轮廓方式加工参数中选中切入切出(Leadin/out),并设置过渡线的参数就可实现,而不需要修改原始的图形。既解决了第一点的问题,又解决了切入过切的问题,可谓一举两得。问题3:能否自动地选择左刀补或右刀补,而不需额外干预。MasterCAM中主要提供了两种刀具补偿方法:计算机补偿和控制器补偿。如果选择计算机补偿,则将刀具补偿后的刀位点写入NCI文件;如果选择控制器补偿,则在NC代码中生成G41(左刀补)、G42(右刀补)代码,由数控系统根据刀具半径计算刀位点。为了保留原始数据,本文算法要求使用控制器补偿,并且选定刀补方向,由此产生的NCI文件中将包含刀补方向信息,可供修正算法中条件判断语句使用,但多余的G41(G42)指令必须除去。通过查阅MasterCAM的帮助文档,发现系统变量cc保存着当前的刀补参数(cc即cuttercompensation的缩写),可取值为0(刀补模态值)、40(刀补注销)、41(左刀补)、42(右刀补)、140(轮廓结束刀补注销)。因为刀补指令是模态指令,所以,G41(或G42)只在进入刀补时出现一次,因此必须设置一个标志flag保存此时cc的值,当cc值不等于41(或42)时,flag不变,则可以用flag作为左右刀补的判断条件。对比PST文件和NC代码文件,发现产生刀补指令的标志是标号plinout段(即直线输出)中的pccdia,只要将它删去,就可以去掉多余的G41、G42指令。2.4x轴替换化综上所述,笔者编写的二维轮廓卷绕处理段如下:与X轴替换同理,故略。上述算法需要在自定义变量段定义4个变量:dist、xrd、yrd、flag,初值皆为0。3回转刀辊的nc代码笔者在MasterCAM默认的后置处理文件mpfan.pst(适用于Fanuc数控系统)中,以上述代码段替换了原来的代码。修改前生成的NC代码中的一个运动段为:N118X