基于UGNXISV的数控加工仿真

基于UGNX/IS&V的数控加工仿真设计总说明中国的制造业面临着巨大的机遇和严峻的挑战。机床工业是装备制造业的核心，关系国家的经济命脉和平安。虚拟机床是虚拟制造技术的热点研究课题之一。以数控加工仿真为主要内容的虚拟机床技术可以在计算机上解决实际加工中遇到的各种问题，提高编程速度，缩短开发周期，降低生产本钱，提高产品质量，并得到了广泛的实际应用。因此本文通过运用CAD/CAM软件UG和UGIS&V模块，针对VS1575型三轴立式数控铣床进行了虚拟机床技术的研究。本文通过查阅大量文献资料，系统研究了虚拟机床技术的产生、研究内容、研究现状及应用前景。并通过观察说明书等资料和实际动手操作，全面了解了VS1575型三轴立式数控铣床的结构、功能、主要参数及数控系统。同时深入学习了CAD/CAM软件UG的各个模块，重点学习了其中的建模、加工及后处理模块，对IS&V模块进行了全面的学习。以上是虚拟机床技术研究的前期工作。本文利用软件UG的CAD模块建立了数控机床、被加工零件及毛坯的参数模型，同时在CAM模块中完成了数控编程工作，并运用后处理模块生成了可被机床直接执行的G代码;在调入由UG输出的机床及被加工零件的STL模型和数控代码的根底上，本文运用后处理构造器进一步创立了数控系统文件和刀具文件，实现了数控加工过程仿真，并进行了刀具轨迹优化和加工质量检验，实现了完全的虚拟加工过程，保证了数控程序的正确性。IS&V是UG软件中一个功能强大用于数控机床集成仿真和验证的专用模块。介绍了该模块的结构组成及工作原理,并在IS&V环境下建立了一台三轴数控铣床的仿真模型。在该模型的根底上分别对零件加工过程中的刀具路径和铣床运动进行仿真,预见和评估其加工过程中可能出现的问题并加以解决,最终提高企业的生产效率并使其获得"首试成功"的加工制造。目前多数三轴数控机床仿真系统，一般只提供二维的动画仿真，而且仿真系统的几何造型功能十分有限，零件和机床模型需要在其他CAD软件中进行建模，然后导人数控仿真系统。由于文件格式的转化，零件的CAD模型将会产生误差，降低了仿真精度。该文利用UGCAD/CAM软件造型功能建立三轴数控机床和零件模型，读取数控代码对机床各部件进行三维运动仿真，并对加工过程中机床运动部件之间的干预及工件过切进行检查，建立干预实体，为刀具轨迹的修改提供依据，同时免除了文件格式的转化产生的误差。本文通过实验对课题理论研究局部的内容进行了验证，证明将UG建模和后处理相结合进行虚拟机床技术研究是一种可行的方法。目录第一章绪论.............................1................21.2UGIS&V的结构和优点.....................21.2.1IS&V模块的结构组成1.2.2IS&第二章定义机床的装配........................52.1组织数据...........................52.2虚拟机床建模.........................5主要组件的建模.....................5虚拟机床的模型装配...................8第三章虚拟机床运动模型的创立....................103.1建立运动模型的必要工作....................103.2建立和创立机床运动模型....................10机床运动模型的定义...................10模型的创立步骤.....................113.3添加机床到库........................15第四章虚拟机床MTD的创立......................174.1UG/Post后处理综述.....................174UG/Post的组成结构...................174UG/Post的组成元素..................194UG/Post的开发方法...................204UG/Post的安装及使用.................214FANUGG代码.....................224.2在Postbuilder中创立VNC控制器..............234.3添加后处理到机床数据文件..................254.4刀具、刀柄和工件、夹具的创立................26第五章应用IS&V机床........................30第六章总结与展望..........................36绪论1.1数控机床加工仿真设计的开展简况随着加工技术与机床技术的开展，加工过程和应用的机床愈加复杂，这一过程所需工具和设备十分昂贵，在加工中由于无法预测，目前国外已有成熟的软件实现机床加工的仿真与模拟，仿真，验证，三轴铣削加工，钻孔，车削，车铣加工，线切割刀路验证；构建并模拟CNC机床和机床控制系统，准确检查机床碰撞；自动修正进给速度，提高切削效率，提高零件外表质量；仿真并验证四，五轴的铣削加工，钻，车，复杂的车铣联动机床操作；在加工的任何阶段，创立和模拟CNC探测程序；根据模拟所产生的过程加工特征，生成过程检测说明及工艺文档，可以节省时间和改良精度；检查过切情况，材料的去除量，接触面积等。例如VerCut。另外，像UGS公司的Tecnomatix中eMPowerMaching不仅能实现机床的模拟，而且支持从生产线设计，具体的工艺设计到生产厂作业的整个制造过程生命周期。它支持用电子工艺表〔eBOP〕的格式定义制造工艺并储存到数字化制造效劳器。虚拟机床(VirtualMachineTool,VMT)是随着虚拟制造技术的开展而提出的一个新的研究领域，它的最终目标是为虚拟制造建立一个真实的加工环境，用于仿真和评估各加工过程对产品质量的影响。虚拟机床加工系统与现实中的机床加工系统是对应的，几乎具备现实机床加工系统的全部功能、特征和行为。它可以根据实际机床或加工中心的状况进行初始化，然后用数控代码驱动虚拟机床进行切削加工，完成现实机床加工系统同样的生产任务。虚拟机床是虚拟制造的支撑技术之一。虚拟机床加工系统的研究工作是由美国提出的。1994年美国科学技术政策办公室提出了美国机床业竞争力的测试报告，总结机床业和它的市场环境的根本变化如下:(1)产品寿命期快速缩短;(2)机械技术与电子技术的融合;(3)技术集成和系统集成的重要性增加;(4)全球市场集成与竞争力;(5)对新技术的需求;(6)对新投资的需求。报告的任务是从事机床设计、制造和使用相关先进技术的研究，促使研究所、企业同高校联合，共同为加速现有的机床技术的再造和向工业企业的转移速度开展有效的工作。其中研究工作包括:(1)立足公司企业层次，为机床制造的敏捷化建立更好的信息系统，进行更好的人员培训，建立更好的其他支撑系统。(2)敏捷制造的支撑技术的研究①机床的运作水平:在机床和加工系统开发中考虑功能性、精确性和通用性，将最近的研究成果纳入新一代的机床运作中去。②机床设计开发水平:标准化、通用化设计，建模仿真系统，多供给厂商支撑等技术和方法大大缩短机床产品的设计开发时间。③加工系统的研究与培训教育水平:开展大学、研究所和开发单位间的合作，采用标准数据结构，通用硬件实现技术集成。④敏捷性的探索研究:研究机床制造敏捷性的内涵和规律，改善敏捷性的方法，提供并行工程和虚拟机床制造的范例。(3)制造活动驱动力的测试:信号采集、译码、建模和向企业转移传播，更好的利用产品与过程的建模技术，设计仿真与虚拟现实制造，竞争能力的测试、表征和实施。在进行这些广泛的研究时，研究人员认识到针对金属切削加工的模拟并不存在，尽管只考虑标定几何和运动过程的关系的碰撞检验系统以及NC代码的检验系统被广泛使用而且颇为有效，但在很多技术领域和工业实践中，有针对制造过程和设备的模拟的软件系统存在，如果不用实际的硬件进行昂贵的试验和错误运行，这些系统对于估计和验证针对新产品的设想过程的正确性是不可缺少的工具。这个系统的目标是模拟切削的操作，获得具有真实感的结果。该报告相信伴随着计算模型的新的进展，将促使对加工过程的了解的进步，为此，他们进行了“虚拟机床(VirtualMachineTool一VMT)〞工程方案，这个方案的目标是模拟切削加工操作，获得真实感的结果的预测能力，这个系统将在切削以及与切削相关的过程中有效。与此同时，美国国家标准技术协会(NIST,NationalInstituteofStandardsandTechnology)等部门也在从事VMT的研究。其主要内容是开发新世纪的以信息为根底的制造的标准和度量工具。VMT成为NIST开发的国家开展制造试验台(NAMT,NationalAdvancedManufacturingTested)的重要组成局部。美国科学技术政策办公室特别强调VMT真实感的切削工程，包括计算工件的属性:几何特性(公差、轮廓、外形)和完整(剩余应力、结晶变化)的系统的特殊性能;由外部指令施加的操作参数:施加的力和温度场以及控制物理机构的影响等。而美国国家标准技术协会认为VMT是机床的准确特性的电子描述，VM'T将去检验和优化制造以及制造工艺，包括切削过程、加工结果，以防止价格昂贵的试切削。当今因为还有很多的有关金属切削过程的机理人们并没有掌握，VMT还没有形成一个成形的系统，但是不仅在美国，而且在其他地区包括中国，对VMT的研究都在被广泛的关注，正在成为制造研究领域的热点。相比而言我国在机床仿真模拟方面与国外有较大差距，目前主要集中在界面仿真，对G代码的模拟仅限于三轴，由于CAD平台的限制，国内在三维机床仿真模拟方面还未有独立自主的软件。UGIS&V的结构和优点UGNX是当今世界上最先进和紧密集成的、面向制造行业的CAID/CAD/CAE/CAM高端软件。作为一个全面集成的产品工程解决方案,其中的IS&V(IntegratedSimulationandVerification)模块是一个功能强大的集成仿真验证专用模块,用于模拟刀具路径以及整个数控机床的切削过程。它可以建立与实际生产加工中的数控机床完全一致的精确运动模型,以使模拟仿真结果完全符合实际情况。1IS&V模块的结构组成IS&V模块由机床驱动器MTD(MachineToolDriver)和仿真验证引擎S&VEngine(Simulation&VerificationEngine)两大核心构成,而UGCAM、NC代码输出以及图形反应输出等都是以此为前提的。图1.1ISV结构组成及处理过程其中MTD是UG后处理的延伸和扩展,它除了包括一个传统的后处理文件(MOMPost)和虚拟NC控制器VNC(VirtualNCController)以外,还包括机床的所有运动和特性。在进行仿真时,MTD会接受UGCAM模块产生的必要信息和数据(包括刀路、换刀及后处理信息等),然后将仿真和验证命令传递到S&VEngine。而S&VEngine那么在收集处理信息和数据之后把结果仿真反应给图形显示窗口或仿真控制面板(包含在UGCAM模块中)。使用IS&V模块可以进行精确地加工仿真并生成逼真、全方位的加工仿真动画,以保证最后生成的NC代码能在实际的数控机床上平安、快速、可靠地运行。IS&V的优点ISV可以反映机床加工零件的实际过程，在此过程中我们可以捕捉和在加工过程中产生的任何问题，甚至有可能把这些问题反应给设计人员来修改零件〔DFM面向制造的设计〕，在加工的时候，我们已经确定该零件的可加工性，并且把所有阻碍加工的障碍去除了，这些障碍可能会导致机床的停工，从而节约本钱。除此之外IS&V模块还有很多优点：1：该结构允许控制器插入到软件控制器中。2：可以检测任何机床部件之间的干预碰撞，例如工装、刀具、工件等。3：可以预览所有的加工操作，例如宏、子程序、循环、M、G、H等命令。4：提高了加工质量。5：消除了昂贵并且耗时的试加工验证和干切削验证。6：减小了破坏机床、工件、夹具可能的损坏，而这些损坏可能会花费很多。7：通过模拟仿真增大了机床的利用率，因为之前可能因为一些加工因为缺少验证和可视化而不去做。8：对新员工或新操作人员进行培训。第二章定义机床的装配2.1组织数据如果要进行机床仿真操作，我们必须把机床模型建立成一个装配体，机床的各个组件分别在独立的部件中给出，然后装配起来，这是因为所有的部件要赋予运动幅。应用装配模块组装成机床装配模型，在机床模型中不要有几何元素，特别重要的是，哪些要变成运动组件的机床组件一定要单独的文件中画出，然后组装成装配体。装配名字：目录的名字和父装配体的名字相同，建议放在在例如...\MACH\resource\library\machine\graphics\new_mill_xxx目录下。组件名：给组件命名的名字要有一定的意义，例如不运动的名字是base，运动的是slide。2.2虚拟机床建模到现场实际量取机床主要组件的数据以备建模。·工作台长1700mm,宽650mm,高100mm;·工作台上槽数量5个，槽上宽18mm，下宽30mm，高30mm,各槽间距125mm;·机身长1020mm，宽750mm，高2050mm;·机头长800mm，宽460mm，高1120mm;·主轴顶端直接128mm，底端直116mm，高270mm;·底座长1420mm,宽750mm，厚85mm;主要组件的建模我们以VS1575大型立式加工中心为模型进行模拟机床的建模。为了使建立好的机床仿真模型数据不甚复杂并保证其最后的仿真逼真度,一般仿真模型中只要包含其主要部件就能满足要求。到现场实际量取机床主要组件的数据以备建模。利用UG建模，机床组件模型尺寸与实际机床组件误差控制在以内。底座如图2.1所示命名为y_base，图2.1y_base机身如图2.2所示命名为z_base,图2.2z_base工作台如图2.3所示命名为x_slide,图2.3x_slide以及支持工作台y方向运动的台下局部如图2.4所示命名为y_slide，图2.4y_slidez_slide_1,z_slide_2，图2.5z_slide_1图2.6z_slide_2虚拟机床的模型装配,定义机床几何体模型为一装配部件文件,用主模型概念,即总的装配部件文件应该引用组件部件或自装配而不应直接含有几何体元素。装配模型命名为zhuangpei2。·首先加载机身z_base，定位为绝对。·加载底座y_base,与z_base两侧面中心配对，并对齐底面。·加载y_slide,使其底面与y_base上面配对，并中心对齐到中间。·加载工作台x_slide,底面配对y_slide,并中心对齐前后两面。·加载z_slide_1,与z_base两侧面中心配对。·加载z_slide_2,上底面配对到slide_1的下面，然后圆锥面中心对称一对二slide_1的两侧面。图2.7为该机床的主要部件所组成的仿真模型。图2.7机床仿真模型虚拟机床运动模型的创立运动模型(KinematicsModel)需要添加到一个建模完成的装配中。运动模型定义装配部件之间的关系，以及轴的名称，方向和行程。仿真过程将利用这些信息和机床驱动器(MachineToolDriver)提供的信息来使机床运动起来。机床驱动器是由后处理器创立的。只有在机床的仿真模型上定义了运动,机床驱动器MTD才能通过后处理文件驱动机床进行运动。而机床的运动定义是在机床构造器(MachineToolBuilder)里完成的。定义的运动要完全参照实际机床的运动,这样进行的仿真才会生成可靠的结构。而该三轴铣床主要完成三个方向的运动,故定义了其X、Y、Z三个方向的运动和其它一些辅助信息。机床构建器(MTB)帮助建立运动学模型,建立数据模型,同时MTB能编辑运动学模型及测试动画运动学模型。定义的运动要完全参照实际机床的运动,这样进行的仿真才会生成可靠的结构。主要定义了三轴铣床其X、Y、Z三个方向的运动及其他一些辅助信息。·机床装配的几何模型，包括基座，工作台，导轨，主轴等。·机床构建器(MachineToolBuilder)用于定义机床模型部件之间的关系，还定义轴方向和行程。·建立一个名称和库标志识相同的子目录，其中包括机床装配和所有的部件。·在machine_database.dat文件中需要为新的机床添加一项注册信息。·定义和创立机床运动模型机床运动模型的定义将运用机床构建器来为新机床定义运动模型。在UGNX4.0右侧机床导航器图标中进入机床构建器模块(MachineToolBuilder),在名称栏单击右键插入运动组件,参考两条运动链的顺序,设定基座(MACHINE_BASE)为父节点,在其下添加其他子节点部件,逐步建立机床运动模型。MTB通过一个运动树来表示创立的运动模型。这个树包含运动部件(K-Components)并显示了这些部件之间的关系。K-Components是机床的物理模型。当父部件移动，每一个子部件都随着移动。机床导航器(MachineToolNavigator)提供了一个非常有用的工具,可以查找并创立、修改运动树结构。假设要创立机床运动模型，需要定义：·K-Components—通过装配部件表示并定义在MTB中。·Axes—建一个运动轴，以便可以为K-Component赋予运动。MTB中的树形结构决定了K-Components之间的关系。可以赋线性或旋转轴。·Junctions—Junctions是经过分类和命名的坐标系。这个坐标系是根据模型部件的绝对坐标系桌定义的。Junctions是一个永久对象并且和某个K-Component关联。CAM系统利用它来自动定位刀具和其他器件。机床刀具驱动器能用它来定位K-Components或替换坐标。Junctions还用于NC轴定义。如图3.1所示表示的是一个运动模型的例子。树形结构表示运动的依赖关系。例如，在这台机床中，如果Y—SLIDE运动，那么PART、BLANK、FIXTURE和X—SLIDEE也会随着运动。图3.1运动模型关系树例子3.2.2上一章中我们已经建立好了虚拟机床的装配，在建立机床虚拟装配模型后,还需要定义装配模型中各移动部件间相互运动关系(即机床运动模型),指定机床各NC轴(如直线轴和旋转轴)的移动方向、行程及运动范围等。在以下步骤中，将赋予运动模型到现有的一个机床装配中。需要赋予K-组件，轴和联结点。第1步从已经建立好的部件目录new_mill_liuyuan复制到UGII_LIBRARY_MACHINE_DIR中。第2步创立一个新部件，将作为一个装配文件用于包含机床运动模型。·选择“文件〞→“新建’’命令，以便在mach＼resource＼library＼machine＼graphics＼new_mill目录中创立一个新部件，为方便期间，以自己名字命名为new_mill_liuyuan。·选择“文件〞→“存盘〞命令，以存盘该部件。添加机床装配作为新部件的子装配。．·选择“装配〞→“组件〞→“添加现有的组件〞命令。·单击“选择部件文件〞按钮并从目录new_mill_liuyuan中选中zhuangpei2。·单击“确定〞按钮。。·在“添加现有的组件〞对话框中单击“确定〞按钮，弹出“点构建器〞对话框。·再次弹出“部件选择〞对话框时单击“取消〞按钮。·选择“适合窗口〞以使模型充满整个屏幕。第3步需要开启MTB应用并开始建立机床运动模型。·选择“起始〞→“所有应用模块〞一“机床构建器〞命令。·在资源条上单击“机床构建器〞图标。·在机床导航器上双击NO_NAME,并以自己名更改名称LIUYUAN_SIM。第4步必须定义机床的一个组成作为机床的基座。当系统开始仿真时，它会搜索这个基座并在图形窗口中显示它以及所有的子件。机床基座将被添加到机床。下面将添加机床基座对应的几何模型。·在机床导航器上选中LIUYUAN_SIM，单击鼠标右键然后选择“插入〞→“加工根本组件〞命令。；·单击“确定〞按钮回到“机床导航器〞对话框。·高亮选中MACHINE_BASE，单击鼠标右键选择“联结点〞→“添加〞命令。·在名称处输入MACH_ZERO。·选择“定义CSYS〞然后单击“确定〞按钮以接受当前的WCS。·单击“确定〞按钮回到“机床导航器〞对话框。·选中MACHINEBASE，单击鼠标右键后选择“联结点〞命令接着选择MachineZero。·选择“分类〞命令接着选择MachineZero。机床原点(MachineZero)的Junctions用于定义机床中所有能移动的线性轴。它的方向应和机床的方向平行。机床原点Junctions的z正方向需要和机床的z正方向一致。同样的规那么适用于X和Y。·单击“确定〞按钮回到“机床导航器〞对话框。第5步添加Z_BASE局部。·选中MACHINE_BASE，单击鼠标右键选择“插入〞→“K组件〞命令。·存名称处输入Z_BASE。·单击“添加〞按钮并从窗口中选中Z_BASE装配部件，然后单击“确定〞按钮两次。第6步在本步骤中将添加机床的主轴。·选中Z_BASE，单击鼠标右键选择“插入〞→“K组件〞命令。·在名称处输入SPINDLE并单击“添加〞按钮。·从图形窗口中选中Z_SLIDE_1和Z_SLIDE_2装配部件并单击“确定〞按钮直到机床导航器。·高亮选中SPINDLE，然后单击鼠标右键选择“联结点〞→“添加〞命令。·在名称处输入TOOL_MOUNT_JCT。·选择“定义CSYS〞并选中主轴基座上已存在的坐标系统，如下图。图选择已存在的坐标系统·单击“单部向前〞和“单步向后〞按钮查看轴的运动情况。·单击“确定〞按钮回到“机床导航器〞对话框。第8步将添加Y_BASE局部。·高亮选中MACHINE_BASE然后单击鼠标右键选择“插入〞→“K组件〞命令。·在名称处输入Y_BASE并单击“添加〞按钮。·从图形窗口中选中Y_BASE装配部件。·单击“确定〞按钮回到“机床导航器〞对话框。第9步添加Y_SLIDE局部。·选中Y_BASE然后单击鼠标右键选择“插入〞→“K组件〞命令。·在名称处输入Y_SLIDE并单击“添加〞按钮。·从图形窗口中选中Y_SLIDE装配部件。·单击“确定〞按钮回到“机床导航器〞对话框。·选中Y_SLIDE然后单击鼠标右键选择“插入〞→“轴〞命令。·在“编辑轴〞对话框中设定以下参数。>名称：Y。>联结：MACHINE_BASE@MACHINE_ZERO。>联结轴：-y。>轴类型：线性。>NC轴：选中。>上限：500。>下限：-250。·单击“单部向前〞和“单步向后〞按钮查看轴的运动情况。·单击“确定〞按钮回到“机床导航器〞对话框。第10步将添加X_SLIDE局部。·高亮选中Y_SLIDE然后单击鼠标右键选择“插入〞→“K组件〞命令。-·在名称处输入X_SLIDE并单击“添加〞按钮。·从图形窗口中选中X_SLIDE装配部件。·单击“确定〞按钮回到“机床导航器〞对话框。·选中X_SLIDE并单击鼠标右键选择“插入〞→“轴〞命令。·在“编辑轴〞对话框中设定以下参数。>名称：X。>联结：MACHINE_BASE@MACHINE_ZERO。>联结轴：-X。>轴类型：线性。>NC轴：选中。>上限：850。>下限：-650。·单击“单部向前〞和“单步向后〞按钮查看轴的运动情况。·单击“确定〞按钮回到“机床导航器〞对话框。第11步添加SETUP到机床。·选中X_SLIDE然后单击鼠标右键选择“插入〞→“K组件〞命令。·在名称处输入SETUP。·选择“分类〞然后选中SETUP_ELEMENT复选框，接着单击“确定〞按钮。·单击“确定〞按钮回到“机床导航器〞对话框。·选中SETUP然后单击鼠标右键选择“联结〞→“添加〞命令。·在名称处输入PART_MOUNT_JCT。·选择“定义CSYS〞接着选中位于VISE组件中的坐标系。·单击“确定〞按钮回到“机床导航器〞对话框。第12步添加BLANK到机床。·选择SETUP然后单击鼠标右键选择“插入〞→“K组件〞命令。·在名称处输入BLANK。·选择“分类〞然后选中WORKPIECE复选框_SETUP_ELEMENT复选框也自动被选中，接着单击“确定〞按钮。·单击“确定〞按钮回到“机床导航器〞对话框。第13步添加FIXTURE到机床。·选择SETUP然后单击鼠标右键选择“插入〞→“K组件〞命令。·在名称处输入FIXTURE。·选择“分类〞接着选中_SETUP_ELEMENT复选框，然后单击“确定〞按钮。·单击“确定〞按钮回到“机床导航器〞对话框。第14步添加PART到机床。·选中SETUP然后单击鼠标右键选择“插入〞→“K组件〞命令。·在名称处输入PART。·选择“分类〞然后选中_PART复选框，_SETUP_ELEMENT复选框也自动被选中，然后单击“确定〞按钮。·单击“确定〞按钮回到“机床导航器〞对话框。第15步存盘。·选择“文件〞→“存盘〞命令，将文件存盘。3.3添加机床到库我们已经定义完成了铣床的仿真模型,但要想让UGIS&V能识别并使用该仿真模型,必须将该仿真模型加至UG的默认机床库。机床库被存放在ASCII文件…MACH\resource\library\machine\ascii\machine_database.dat中，如图4.1。这个文件包含库标识〔Libref〕、机床类型〔MachineType〕、制造商〔Manufacturer〕、机床描述〔MachineDescription〕、控制器〔Controller〕、后处理器〔PostProcessor〕、和刚度系数〔RigidityFactor〕。图因此首先要在UG的机床库记录文件Machine_Data.dat中添加一条新机床的记录用机床模型文件路径将设置好的机床参加到机床库以便被调,通常按以下:…MACH\resource\library\machine\graphics\new_mill_liuyuan。在…\MACH\resource\library\machine\ascii\machine_database.dat下添加新机床入口，用记事本翻开machine_database.dat，添加如下内容"DATA|new_mill_liuyuan|1|3_AxMill(MM)(XY-TB/Z-HD/Vert)|None|Ex:|${UGII_CAM_POST_DIR}liuyuan_sim.dat|1.000000”如图4.2。这样IS&V便能够找到之前我们定义和创立机床。图存盘文件。第四章虚拟机床MTD的创立虚拟机床驱动器MTD(MachineToolDriver)是UG后处理器(UG/post)的延伸,它由一组程序组成,能对所建立的虚拟机床进行驱动和控制。其作用是将预加工的刀具轨迹翻译成相应的控制命令,控制虚拟机床各装配部件进行相应布尔运算,以实现虚拟机床的各种"动作",在计算机虚拟环境中完成数控加工过程,从而到达仿真的目的。MTD是在UG/Post的根底上增加了一个虚拟NC控制器(VNC)而形成。其工作过程如下:事件生成器扫描刀具轨迹数据,提取事件及相关参数信息,并将其传送给MOM;MOM将这些事件信息再传给事件处理器;事件处理器根据相关规那么对每一事件进行处理并将结果数据传给MOM作为其输出,同时,MOM又将处理信息又传给VNC,VNC依据具体事件处理信息调用不同的S&V命令来驱动虚拟机床各运动模块,产生所需的机床动作,直到完成全部加工仿真。本章用UG/PostBuilder创立该机床后处理器,生成事件处理器(.tcl文件)、定义文件(.def文件),对通用VNC文件进行相应修改,生成该机床的VNC文件,最后建立了虚拟机床驱动器MTD。4.1UG/Post后处理综述无论是哪种CAM软件，其主要用途都是生成在机床上加工零件的刀具轨迹〔简称刀轨〕。一般来说，不能直接传输CAM软件内部产生的刀轨到机床上进行加工，因为各种类型的机床在物理结构和控制系统方面可能不同，由此而对NC程序中指令和格式的要求也可能不同。因此，刀轨数据必须经过处理以适应每种机床及其控制系统的特定要求。这种处理，在大多数CAM软件中叫做“后处理〞。后处理的结果是使刀轨数据变成机床能够识别的刀轨数据，即NC代码。可见，后处理必须具备两个要素：刀轨——CAM内部产生的刀轨；后处理器——是一个包含机床及其控制系统信息的处理程序。UG系统提供了一般性的后处理器程序——UG/Post，它使用UG内部刀轨数据作为输入，经后处理后输出机床能够识别的NC代码。UG/Post有很强的用户化能力，它能适应从非常简单到任意复杂的机床及其控制系统的后处理。4.提到UG/Post后处理器，不得不简单的介绍一下MOM(ManufacturingOutputManager)，即加工输出管理器。MOM是UG提供的一种事件驱开工具，UG/CAM模块的输出均由它来管理，其作用是从存储在UG/CAM内的数据中提取数据来生成输出。UG/Post就是这种工具的一个具体运用。MOM是UG/post后处理器的核心，UG/post使用MOM来启动解释程序，向解释程序提供功能和数据，并加载事件处理器(EventHandler)和定义文件(DefinitionFile)。除MOM外，UG/post主要由事件生成器、事件处理器、定义文件和输出文件等四个元素组成。一旦启动UG/POST后处理器来处理UG内部刀轨，其工作过程大至如下：事件生成器从头至尾扫描整个UG刀具轨迹数据，提取出每一个事件及其相关参数信息，并把它们传递给MOM去处理；然后，MOM传送每一事件及其相关参数给用户预先开发好的事件处理器，并由事件处理器根据本身的内容来决定对每一事件如何进行处理；接着事件处理器返回数据给MOM作为其输出，MOM读取定义文件的内容来决定输出数据如何进行格式化；最后，MOM把格式化好的输出数据写入指定的输出文件中。图4.1描述了这些概念及内容。内部刀轨内部刀轨事件生成器输出文件MOM〔加工输出管理器〕事件处理器定义文件读入刀轨数据传输事件相关参数输出已格式化数据请求事件处理返回处理结果读入格式化信息图UG/post的工作过程示意图4.下面进一步介绍组成UG/Post的四个根本元素。1.事件生成器事件生成器是UG提供的一个程序，它从UG文件(Part)中提取刀轨数据，并把它们作为事件和参数传送给MOM。每一特定事件在机床运行时将导致一些特别的机床动作，存储在与这个事件相关的参数中的信息用来进一步确定这些特别的机床动作。比方，一个“Linear-Move〞事件将导致机床驱动刀具沿直线移动，而具体移动到的位置那么由存储在与此事件相关的参数X、Y、Z中的数值来进一步确定。在这个例子中，事件生成器将触发“Linear-Move〞事件，并且将代表终点位置的数据装入相应的参数X、Y、Z，然后这些信息传送到MOM去处理。UG/Post的事件很多，分为五大类：设置事件(Setup-event)、机床控制事件(MachineControlevent)、运动事件(Moveevent)、固定循环事件(Cycleevent)、用户定义事件〔UserDefinedevent〕等。有关事件及其相关参数的详细描述，可参见UG的帮助文档。在进行后处理时，事件生成器生成各事件有一定的顺序，并且这个顺序是固定的，不能改变。其生成顺序大致如下：StartofProgramStartPostUDE'sattachedtotheprogramStartofGroupStartPostUDE'sattachedtothegroupMachineModeStartofPathStartPostUDE'sattachedtotheoperationFirstTool(ToolChange，NoToolChange)LoadToolMSYSInitialMove(InitialMove，FirstMove)ToolPathEndPostUDE'sattachedtotheoperationEndofPathEndPostUDE'sattachedtothegroupEndofgroupEndPostUDE'sattachedtotheprogramEndofprogram2.事件处理器事件处理器是为特定机床及其控制系统开发的一套程序。每个事件的处理函数必须包含一系列指令去处理用户希望UG/Post处理的事件，这些指令将定义刀轨数据如何被处理，以及每个事件在机床上如何被执行。用来定义事件处理器指令的计算机语言是TCL(Toolcommandlanguage)。TCL是一种解释型的计算机语言，以其小巧、灵活、功能强大、易于扩展、易于集成而闻名。当UG/Post进行后处理时，TCL语言的解释器充当了UG/Post的转换器。对于用户希望UG/Post去处理的每个事件，必须有一个TCL过程与之对应。事件生成器触发一个事件时，MOM将调用与之对应的TCL过程去处理该事件，并把与此事件相关的参数作为全局〔Global〕变量传送给处理它的TCL过程。如果不希望事件处理器去处理某个特别的事件，在事件处理器中不要包含处理该事件的TCL过程或使该事件的TCL过程为空即可。另外，处理事件的TCL过程名必须与事件生成器触发的事件名统一。比方，处理Toolchange(换刀)事件的TCL过程名必须是MOM_tool_change。3.定义文件定义文件主要包含与特定机床相关的静态信息。因为机床的多样性，至少每类机床需要一个定义文件。大多数NC机床使用地址(Address)这一概念来描述控制机床的各个参数。比方，X地址用来存储机床移动时终点的X坐标值。NC程序中的每个命令行通过改变地址的值来到达改变机床状态的目的，而机床加工工件的过程实际上就是一系列机床状态发生改变的过程。UG/Post实现了一定的机制，使用定义文件中的信息来格式化NC指令。正如事件处理器一样，UG/Post的这种机制本质上也是由TCL语言来实现的，只不过是TCL语言核心的扩展。定义文件包含以下内容：(1)一般的机床信息，如机床是铣床还是车床，是三轴还是五轴等；(2)机床支持的地址，如X、Y、Z、A、B、C、T、M等；(3)每个地址的属性，如格式、最大值、最小值等；(4)模块，它们描述多个地址如何组合在一起来完成一个机床动作。比方，命令G01X[Xval]Y[Yval]Z[Zval]完成一个直线移动。4.输出文件在UG/post执行时，即后处理时，用户指定一个文件来存储后处理生成的NC指令，这个指定的文件就是输出文件。输出文件的内容由事件处理器来控制，而输出文件中NC指令的格式由定义文件来控制。有了包含NC指令的输出文件后，这个文件就可以传送到机床上进行加工了。4.UG/Post的开发，其核心是TCL语言的运用。具体实现上有两种途经：PostBuilder和手工编程。PostBuilder是UG系统为用户提供的后处理器开发工具。使用它用户只需要根据自己机床的特点，在GUI环境下进行一系列的设置即可完成后处理器的开发。值得一提是，使用PostBuilder不仅生成事件处理器文件(*.tcl)、定义文件(*.def)，还生成一个特别的文件(*.pui)。这个文件是专供PostBuilder使用的，记录着关闭PostBuilder时的配置，对后处理器来说，这个文件是多余的。关于PostBuilder的更多信息可参见UG帮助文档。手工开发后处理器，就是直接用TCL语言编写事件处理器文件(*.tcl)和定义文件(*.def)。这要求用户具有TCL语言的根本知识，同时，还要了解UG对TCL语言的扩展局部。虽然手工开发后处理器对用户技能要求较高，但手工开发灵活、方便，开发的后处理器精炼、易懂、执行效率高。4.一旦用户结合自己的机床特性，使用TCL开发好了后处理器，接下来就要考虑如何向UG系统安装它，以及如何在UG系统中使用它了。1.安装后处理为了使一个后处理程序能够在UG中进行使用，必须在后处理配置文件中注册、安装它。UG系统默认的后处理配置文件及其在注册表中的位置为。该文件中，“#〞开始的行为注释行，其他每一行为一个后处理器注册项，其格式为：后处理器名，包含路径的事件处理器文件，包含路径的定义文件例如，。2.使用后处理当后处理器安装好后就可以使用了，具体的做法如下：翻开已经做好加工操作(Operation)的UG文件，选取一个或多个加工操作，点击“ManufacturingOperations〞工具条上“UG/POSTpostprocess〞图标(见图4.2),出现如图4.3所示的对话框，在对话框中选取特定机床的后处理器以及输入输出文件的名称，点击Ok或Apply即可生成输出文件。图4.2ManufacturingOperations的局部工具条图4.3后处理对话框UG后处理是UG/CAM应用的关键技术之一，随UG系统提供的后处理器一般不能适应各企业的机床多样性，因此学习、开发和维护UG后处理器是各UG/CAM用户必须注意的环节。4.对于复杂零件，手工编程难以满足生产要求，而CAD/CAM软件UG那么可以编制各种复杂的加工程序。在UG中完成刀路设计后，输出NC程序。有些数控机床的控制器NC程序格式常用代码与ISO标准相同，可用通用后处理器，输出NC程序后再手工编辑。当数控机床的控制器不同，所使用的NC程序格式不一样时，需要针对不同机床的控制器转换成特定的格式，要开发或修改后处理进行后处理。比方FANUC、SEIMENS、MITSUBISH等圆弧指令的圆心坐标为绝对坐标，就不能用通用后处理器。在此我们选FANUC，并列举其G代码。G00定位(快速移〕；G01直线切削；；G02顺时针切圆弧(CW，顺时钟)；G03逆时针切圆弧(CCW，逆时钟)；G04暂停(Dwell)；G09停于精确的位置；G2006英制输入；G21公制输入；G22内部行程限位有效；G23内部行程限位无效；G27检查参考点返回；G28参考点返回；G29从参考点返回；G30回到第二参考点；G32切螺纹；G40取消刀尖半径偏置；G41刀尖半径偏置(左侧)；G42刀尖半径偏置(右侧)；G50修改工件坐标；设置主轴最大的RPM；G52设置局部坐标系；G53选择机床坐标系；G70精加工循环；G71内外径粗切循环；G72台阶粗切循环；G73成形重复循环；G74Z向步进钻削；G75X向切槽；G76切螺纹循环；G80取消固定循环；G83钻孔循环；G84攻丝循环；G85正面镗孔循环；G87侧面钻孔循环；G88侧面攻丝循环；G89侧面镗孔循环；G90(内外直径)切削循环；G92切螺纹循环；G94(台阶)切削循环；G96恒线速度控制；G97恒线速度控制取消；G98每分钟进给率；G99每转进给率；4.2在PostBuilder中创立VNC控制器机床控制器是通过PostBuider创立的。在PostBuider中有一个选项用于创立VNC控制器。需要新建一个后处理器然后在以下的步骤中激活VNC。创立一个新的后处理器和VNC控制器。第1步创立一个新的三轴铣加工处理器。启动PostBuider，在Windows系统中点击“开始〞，选择“所有程序〞→“UGSNX”→“后处理工具〞→“后处理构造器〞。启动后并选择File→New命令，输入liuyuan_sim作为后处理名称。选择Millimeters、Mill和Library,并在Library下拉列表中选择fanuc_6M。如图4.4所示。第2步设定选项以创立一个VNC控制器并存盘该后处理器。·选择MachineTool,在LinearAxisTravellimits中填改成实际机床的X，Y，Z轴的行程。校办工厂的威海华东数控股份生产的VS1575大型立式加工中心的行程数据如图4.5所示。·选择OutputSettings→OtherOptions命令，然后选中GenerateVirtualN/CController(VNC)复选框，接受默认的Standalone设置。如图片4.6所示。·选择File→Save命令以存盘该后处理和VNC控制器。图4.4创立新的3轴加工后处理器图4.5行程数据的添加图4.6生成VNC选项此时在…UGS\NX4.0\MACH\resource\postprocessor目录下将生成，，liuyuan_sim.def,四个文件。4.3添加后处理器到机床数据文件前面编辑过的机床数据文件需要另外一个数据文件来找到正确的后处理器。这个文件位于…UGS\NX4.0\MACH\resource\postprocessor下。以下步骤便是添加后处理器到机床数据的方法。第1步复制现有的数据文件。复制sim010101_001_in.dat,文件位置于…UGS\NX4.0\MACH\resource\postprocessor。第2步需要使用文本编辑器翻开这个数据文件，然后修改后处理的位置。·使用文本编辑器翻开liuyuan_sim.dat文件。·编辑后处理器名称和位置如下：如图4.7。图4.7编辑后处理器同样和上一节编辑过的，，liuyuan_sim.def,四个文件存放到…UGS\NX4.0\MACH\resource\postprocessor目录下。4.4刀具、刀柄和工件、夹具的创立机床碰撞干预仿真，主要是模拟刀具、刀柄、Z轴和工装夹具、工件之间的碰撞，而刀柄往往是标准的，UG中提供了刀柄的构建方法，下面详细说明刀柄是如何构建和入库的，刀柄定制在目录刀柄库存放在文件目录…\MACH\resource\library\tool\metric\刀柄数据分成很多区域来分别描述，各区域之间用“|〞符号区分。LIBRF：刀柄标识ID，用来表示刀柄的唯一性RTYPE：记录类型，=1的时候是通用刀柄记录，=2的时候是刀柄数据记录。FORMATLIBRF刀柄ID，用来确保刀柄的唯一性。RTYPE记录类型，为1的时候是通用刀柄为2的时候是刀柄数据记录。当RTYPE=1的时候HTYPE：=1铣刀刀柄或钻刀柄。=2数控车刀柄。STYPE：刀柄子类型.SNUM：刀柄的部件数目。MAXOFF：该刀柄支持的最大偏置〔以备将来用〕。MINDIA：刀柄可以加紧的刀具最小直径，如果是0的话那么表示没有任何限制。

MAXDIA：刀柄可以加紧的刀具最大直径，如果是0的话那么表示没有任何限制。

DESCR：刀柄描述信息。下面这些是针对RTYPE=2的时候的信息。LIBRF：刀柄ID，确定刀柄的为一性。HTYPE：刀柄类型。为1的时候是铣刀刀柄或钻刀柄。2的时候是数控车刀柄。STYPE：刀柄子类型。SEQ：刀柄界面号。DIAM：截面直径。LENGTH：截面长度TAPER：截面的弧度。CRAD：界面的角度。这局部信息分两局部存放，通用信息放在第一局部，一些定制性的信息放在二局部。刀柄的类型很多，例如以下图所示。同时不同类型的刀柄长短尺寸也不一样，因此，针对实际应用的刀柄建模，确保仿真的正确性有非常重要的意义。图4.8刀柄的类型以下图4.9，4.10是局部BT30/40/50ER类型刀柄的数据，由于刀柄安装到机床主轴后，锥度局部就隐藏到主轴内部，因此，站在分析的角度，锥度局部并不重要，因此，主要参数是主要是如以下图BT40所示的直径为63高度为27的圆柱形卡槽和刀具加紧装置。例如BT40-ER11-70，我们可以在UG下建立如下刀柄数据，刀具加紧局部D=19，长度=L-27=70-27=43，这是第一局部数据，第二局部数据是刀柄卡槽，直径是63，长度是27，因此UG刀柄库中的数据设置如下图。通过刀柄库调用刀柄以及刀柄和刀具显示如下图。图4.9BT30/40/50ER类型刀柄的数据图4.10BT30/40/50ER类型刀柄的数据图4.11刀柄库中的数据设置图4.12刀柄和刀具显示第五章应用新的IS＆V机床实际应用中，以山东理工大学校办工厂为泰安航天特种车加工的TA5380特种车过桥齿轮上箱盖为例子，将已生成刀路的