1591-五軸加工中心的數(shù)控編程后置處理研究（只有說明書）

1591-五軸加工中心的數(shù)控編程后置處理研究（只有說明書）,加工,中心,數(shù)控,編程,后置,處理,研究,鉆研,只有,說明書,仿單 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文1本設(shè)計(jì)已經(jīng)通過答辯，如果需要圖紙請(qǐng)聯(lián)系QQ 251133408 另專業(yè)團(tuán)隊(duì)代做畢業(yè)設(shè)計(jì)，質(zhì)量速度有保證。1.緒 論1.1 數(shù)控編程后置處理技術(shù)數(shù)控加工技術(shù)是在數(shù)控機(jī)床上依靠 NC 程序進(jìn)行零件加工的自動(dòng)化加工方法，具有高效率、高精度與高柔性的特點(diǎn)。數(shù)控加工技術(shù)可有效解決復(fù)雜、精密和小批多變零件的加工問題，能夠充分適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。它是 CAD/CAM 的加工執(zhí)行單元，是現(xiàn)代自動(dòng)化、柔性化及數(shù)字化生產(chǎn)加工技術(shù)的基礎(chǔ)與關(guān)鍵技術(shù)。隨著航空、汽車、造船和模具制造等工業(yè)的發(fā)展，越來越多的復(fù)雜曲面應(yīng)用于工程之中。包含復(fù)雜曲面的大型零件和模具的制造越來越離不開數(shù)控機(jī)床和數(shù)控加工技術(shù)。同時(shí)，由于對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率要求的不斷提高，對(duì)復(fù)雜曲面加工的數(shù)控機(jī)床性能和相應(yīng)的數(shù)控加工技術(shù)也提出了更高的要求。五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控技術(shù)是數(shù)控技術(shù)中難度最大，應(yīng)用范圍最廣的技術(shù)之一，它集計(jì)算機(jī)控制、高性能伺服驅(qū)動(dòng)和精密加工技術(shù)于一體。目前，多采用五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的數(shù)控加工方法來完成復(fù)雜曲面的加工。飛機(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件、船用螺旋槳、泵類葉輪等都是五坐標(biāo)加工的典型例子。后置處理技術(shù)是隨著數(shù)控技術(shù)、CAD/CAM 技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的。最早的數(shù)控程序都是手工編制，不存在后置處理問題。近年來，自動(dòng)編程 CAD/CAM 軟件取代了手工編程，它具有編程速度快、精度高、穩(wěn)定性好、更改方便和易于管理等特點(diǎn)，但是自動(dòng)編程經(jīng)過刀具軌跡計(jì)算產(chǎn)生的刀位數(shù)據(jù)文件不能被機(jī)床識(shí)別，需要設(shè)法把刀位數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換成數(shù)控指令代碼，通過通信的方式輸入數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)，才能進(jìn)行零件的數(shù)控加工 [1]。因此，要把前置處理產(chǎn)生的刀位數(shù)據(jù)文件、加工工藝參數(shù)與特定的機(jī)床特性文件、定義文件相結(jié)合，生成指定數(shù)控加工設(shè)備能夠識(shí)別的數(shù)控加工程序，該過程稱為后置處理（post-processing ） [2]。 后置處理程序?qū)?CAM 系統(tǒng)通過機(jī)床的 CNC 系統(tǒng)與機(jī)床數(shù)控加工緊密結(jié)合起來。隨著高檔數(shù)控加工中心、特殊結(jié)構(gòu)數(shù)控機(jī)床的不斷出現(xiàn)，為其配置和開發(fā)合適的后置處理器愈顯重要，這對(duì)提高數(shù)控編程效率、擴(kuò)大 CAD/CAM 一體化技術(shù)的應(yīng)用范圍具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值和實(shí)際意義，目前后置處理技術(shù)已經(jīng)成為 CAD/CAM 技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。1.2 數(shù)控編程后處理技術(shù)研究現(xiàn)狀后置處理系統(tǒng)分為通用后置處理系統(tǒng)和專用后置處理系統(tǒng)。通用后置處理系統(tǒng)一般按照具有代表性的數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床的編程規(guī)范及特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)，它直接支持這類數(shù)控系統(tǒng)，同時(shí)它也支持用戶根據(jù)特定的數(shù)控系統(tǒng)編程格式對(duì)它進(jìn)行二次開發(fā)。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文2關(guān)于通用后置處理器的開發(fā)和應(yīng)用，國(guó)外已經(jīng)非常成熟和普及，當(dāng)前所有的圖形交互式自動(dòng)編程CAD/CAM軟件都帶有通用后置處理器 [3]。如UG提供一個(gè)通用后置處理器－UG/ Post Builder，可以圖形方式創(chuàng)建從二軸到五軸的后處理程序。其后置處理器主要由事件生成器、事件處理器和定義文件三部分組成，它們一起將刀具路徑轉(zhuǎn)換成為一系列數(shù)控機(jī)床能夠直接讀取和執(zhí)行的數(shù)控程序 [4]。而MPFAN.PST是MasterCAM內(nèi)置的一個(gè)通用后置處理器，該處理器完全針對(duì)應(yīng)用很廣泛的日本FANUC數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)，采用開放式功能型數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)設(shè)計(jì)，允許用戶根據(jù)特定數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)的具體情況，在MPFAN.PST基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)，從而定制出適合該特定數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的專用后置處理器。使用MasterCAM進(jìn)行自動(dòng)編程的用戶一般都采用默認(rèn)的MPFAN.PST通用后置處理器去生成NC文件，然后再對(duì)該NC文件進(jìn)行人工修改，使改動(dòng)后的NC文件符合機(jī)床要求 [5]。加拿大ICAM公司的CAM－POST可以覆蓋國(guó)內(nèi)外流行的90％以上的CAD/CAM 軟件和NC系統(tǒng)，它可以讀取所覆蓋的CAD/CAM軟件所生成的刀具路徑文件，定制所覆蓋的NC系統(tǒng)的專用后置處理器。同樣英國(guó) Delcam公司的產(chǎn)品PowerMILL和以色列的CAD/CAM 軟件 Cimatron等也提供各自的通用后置處理器 [6] [7] [8]。在國(guó)內(nèi)來說，比較成熟和普及的自動(dòng)編程CAD/CAM系統(tǒng)要數(shù)北京航空航天大學(xué)開發(fā)的CAXA－ME（制造工程師）軟件，它采用通用后置處理器，可以提供常見的數(shù)控系統(tǒng)后置處理格式，而且用戶還可以自定義專用數(shù)控系統(tǒng)的后置處理格式 [9]。但該軟件有較大的局限性，只適用于一般的銑削加工，在解決Sodick 類型機(jī)床的數(shù)控代碼時(shí)，如果零件中涉及到孔的加工，將不能生成相應(yīng)的程序代碼 [10]。華中理工大學(xué)的張利波等人提出了一種基于配置文件的開放式數(shù)控編程通用后置處理模型，定義了配置文件的語(yǔ)法規(guī)則，給出了配置文件的BNF語(yǔ)言描述及相應(yīng)的解釋算法，并在HUSTCADM系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，但對(duì)于多軸數(shù)控加工的后置處理還是不能通用 [11]。北京航空航天大學(xué)的曾愛華等人，以通用化、結(jié)構(gòu)化、模塊化的基本設(shè)計(jì)思想對(duì)通用后置處理系統(tǒng)作了總體的分析，對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和程序?qū)崿F(xiàn)作了具體描述，并為系統(tǒng)的通用化、實(shí)用化和商品化提供了必要的條件，但是該系統(tǒng)只能滿足一般的兩軸半和三軸數(shù)控銑加工自動(dòng)編程的需要 [12]。正因?yàn)槿绱耍瑢Ｓ煤筇幚砥鏖_發(fā)已成為數(shù)控自動(dòng)編程的一個(gè)急需解決的熱點(diǎn)問題之一。專用后置處理器開發(fā)和應(yīng)用不如通用后置處理器那樣成熟和普及，因?yàn)閷Ｓ煤笾锰幚砥魉鎸?duì)的各種數(shù)控系統(tǒng)的專用性、特殊性和互不兼容性等特點(diǎn)使得開發(fā)總工作量巨大，導(dǎo)致專用后置器開發(fā)相對(duì)薄弱。國(guó)外對(duì)專用后置處理器開發(fā)和應(yīng)用相當(dāng)重視，加拿大滑鐵盧大學(xué)機(jī)械系就以其CIMS（Computer Intergration Manufacturing System）實(shí)驗(yàn)室的一臺(tái)MAHO五軸聯(lián)動(dòng)加工中心為研究對(duì)象，采用MasterCAM作為開發(fā)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了專用后置處理器的開發(fā)，已在該加工中心得到了驗(yàn)證 [13]。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文3國(guó)內(nèi)像信息產(chǎn)業(yè)部第39所曹永新和任林杰就曾在武漢重型機(jī)械廠3.4m 立式車床數(shù)控改造項(xiàng)目中（采用的數(shù)控系統(tǒng)是國(guó)產(chǎn)的華中－I型數(shù)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)最大的優(yōu)勢(shì)就是經(jīng)濟(jì)，其缺陷是一般的自動(dòng)編程軟件中沒有支持它的后置處理器），專門為此數(shù)控系統(tǒng)和車床設(shè)計(jì)開發(fā)了其專用后置處理器HZ.PST，并將其集成到CAXA 軟件的CAM模塊中，實(shí)際加工效果良好。武漢工業(yè)學(xué)院陳文革和尹芳根據(jù)XH716A立式加工中心（SINUMERIK 802D數(shù)控系統(tǒng)）結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)的編程原理和通信接口的要求，對(duì)MasterCAM默認(rèn)的后置處理程序MPFAN.PST 進(jìn)行二次開發(fā)得到了其專用后置處理器，能完全滿足數(shù)控編程加工的生產(chǎn)需要 [14]。廣東富士康模具公司的鄧德軍根據(jù)MV－610加工中心配置德國(guó)西門子SINUMERIK810D數(shù)控系統(tǒng)的編程特點(diǎn)，選擇 Cimatron為二次開發(fā)平臺(tái)，成功地為MV－610加工中心開發(fā)了專用后置處理器。韓建軍對(duì)ANVIL5000軟件進(jìn)行開發(fā)，用C語(yǔ)言編寫了后置處理程序，用于一個(gè)回轉(zhuǎn)軸、三個(gè)移動(dòng)軸的SAGEM數(shù)控加工中心的后置處理 [15]。王啟富等人用 Turbo C開發(fā)CATIA專用的NC后置處理軟件 [16]。祝益軍針對(duì)C40U五軸加工中心，在 C＋＋環(huán)境下開發(fā)了后置處理軟件[17]。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的陳輝等人基于UG／Post，開發(fā)了并聯(lián)機(jī)床后置處理器，用于六軸或七軸并聯(lián)機(jī)床的后置處理 [18]。綜上所述：通用后置處理系統(tǒng)是今后發(fā)展的方向，但在目前無論是國(guó)外還是國(guó)內(nèi)真正能夠做到完全通用后置處理系統(tǒng)幾乎沒有 [19]，因?yàn)橥ㄓ煤笾锰幚硎且詷?biāo)準(zhǔn)刀位數(shù)據(jù)、通用的數(shù)控指令為前提進(jìn)行考慮的 [20]。雖然國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)、美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(ANSI) 和電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)對(duì)刀位源文件、后置處理語(yǔ)句和數(shù)控指令都有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，但各數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠商采用不盡相同的標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)控系統(tǒng)的指令格式多樣，由于競(jìng)爭(zhēng)需要還會(huì)采用一些非標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容 [21]，有些數(shù)控系統(tǒng)的擴(kuò)展功能己經(jīng)超出了前置處理刀位數(shù)據(jù)的規(guī)定格式，如樣條曲線、漸開線等，而目前的通用后置處理系統(tǒng)還只是考慮直線和圓弧 [22]，多數(shù)采用離散直線來逼近工件輪廓，零件形狀越復(fù)雜，數(shù)控程序量越大 [23]，而且多軸加工時(shí)還要考慮非線性運(yùn)動(dòng)誤差校驗(yàn)、進(jìn)給速度的校核、特定數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控加工程序的生成等問題，以保證數(shù)控加工安全、可靠的進(jìn)行 [24]。隨著產(chǎn)品加工精度及復(fù)雜程度的提高，使得數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床技術(shù)不斷發(fā)展變化，造成通用后置處理器越來越難以適應(yīng)這種現(xiàn)狀。目前，雖然國(guó)內(nèi)很多制造企業(yè)擁有了先進(jìn)的五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床，但真正能充分發(fā)揮五坐標(biāo)加工功能的還為數(shù)不多，并且多數(shù)企業(yè)在購(gòu)買機(jī)床的同時(shí)，沒有對(duì) CAD/CAM軟件引起足夠的重視，在實(shí)際加工中普遍遇到了問題。例如，中國(guó)電子科技集團(tuán)某電子研究所 2004 年引進(jìn)的五軸數(shù)控加工中心，由于 CAD/CAM 軟件的后置處理問題，導(dǎo)致該機(jī)床一直無法進(jìn)行五軸加工，只能作為普通的三軸數(shù)控機(jī)床使用。實(shí)踐表明，直接利用通用后置處理器生成的 NC 代碼一般都與用戶使用的數(shù)控機(jī)南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文4床和數(shù)控系統(tǒng)的要求不符，不能生成正確的加工程序，導(dǎo)致數(shù)控加工過程不能安全、可靠地進(jìn)行，并且通用后置處理器不能輸出機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)所特有的輔助功能，使得數(shù)控機(jī)床特性功能的利用受到影響 [25]。MIKRON UCP600 Vario 五軸加工中心配置的 HEIDENHAIN iTNC530 數(shù)控系統(tǒng)，具有特有的輔助功能。例如，輔助功能 M128 可以在傾斜軸定位時(shí)保持刀尖位置不變；輔助功能 M126 可以實(shí)現(xiàn)刀具的短路徑行程；循環(huán) 32 功能可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)路徑之間的輪廓平滑過渡（無論補(bǔ)償與否） ，刀具與工件表面保持接觸。但這些輔助功能不能在 UG通用后置處理器中直接調(diào)用。在這種情況下，通過本課題的研究解決這個(gè)難題，對(duì)于五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工技術(shù)的推廣，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。1.3 主要研究?jī)?nèi)容本論文基于 UG NX 系統(tǒng)，針對(duì) MIKRON UCP600 Vario 機(jī)床和 Heidenhain iTNC530 數(shù)控系統(tǒng)的后置處理技術(shù)進(jìn)行研究。具體的工作內(nèi)容包括：(1)通過 UG 后置處理器設(shè)置機(jī)床參數(shù)、NC 加工程序格式和輸出文件格式，生成MIKRON 五軸加工中心的特性數(shù)據(jù)文件。(2)利用 UG 后置處理器,實(shí)現(xiàn)模態(tài)輔助功能指令 M126、M128 的輸出和非模態(tài)輔助功能指令循環(huán) 32 的輸出。(3)通過用戶自定義功能,以 TCL 語(yǔ)言為開發(fā)語(yǔ)言,實(shí)現(xiàn)在生成 NC 程序的同時(shí)輸出總加工時(shí)間、每道工序的加工時(shí)間和刀具信息。(4)專用后置處理程序與 UG 集成。第二章 UG 后置處理器介紹2.1 UG 提供的后置處理方法Unigraphics NX是美國(guó)EDS公司推出的面向制造行業(yè)的CAD/CAE/CAM一體的高端軟件。它功能強(qiáng)大、內(nèi)容豐富，為用戶提供了集成最先進(jìn)的技術(shù)和一流實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的解決方案，能夠把任何產(chǎn)品構(gòu)想付諸于實(shí)際。UG NX涵蓋了工業(yè)設(shè)計(jì)的造型、裝配、加工、仿真和分析等領(lǐng)域的操作功能。UG NX軟件廣泛應(yīng)用于通用機(jī)械、模具、電器、汽車、化工及航天領(lǐng)域 [26]。UG提供了兩種后置處理方法:圖形后置處理模塊GPM (Graphics Postprocessor Module)和UG 后置處理器 UG/Post Builder。目前應(yīng)用最多的是UG/Post Builder [27]。2.1.1 圖形后置處理模塊 GPM用圖形后置處理模塊GPM對(duì)刀位源文件進(jìn)行后置處理需要機(jī)床數(shù)據(jù)文件(*.MDF )，機(jī)床數(shù)據(jù)文件包含對(duì)刀位源文件進(jìn)行后置處理時(shí)所需的機(jī)床數(shù)據(jù)。GPM和*.MDF 文件相互依賴，GPM必須根據(jù) *.MDF文件中的數(shù)據(jù)來設(shè)置其開關(guān)量，同時(shí) *.MDF文件也只能用于GPM 進(jìn)行后置處理。采用圖形后置處理模塊GPM進(jìn)行后置處理，首先需要將UG的刀具路徑輸出生成刀南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文5具位置源文件，并用機(jī)床數(shù)據(jù)文件生成器建立機(jī)床數(shù)據(jù)文件，然后運(yùn)行GPM，指定刀位源文件和機(jī)床數(shù)據(jù)文件，系統(tǒng)根據(jù)機(jī)床數(shù)據(jù)文件中的指令對(duì)刀位源文件進(jìn)行后置處理，最后輸出數(shù)控加工程序 [28]。2.1.2 UG 后置處理器 UG/Post BuilderUG提供了一個(gè)優(yōu)秀的后處理工具— UG/Post Builder ，它以UG CAM中生成的零件加工刀路軌跡作為輸入，輸出符合機(jī)床控制系統(tǒng)要求的NC代碼。用戶可以通過UG/Post Builder建立和機(jī)床控制系統(tǒng)相關(guān)的事件處理文件和事件定義文件，然后通過UG整合在一起，完成任意復(fù)雜機(jī)床的后處理 [29]，圖2-1為UG后處理的流程圖。UG/Post Builder包括以下幾部分:(1)Event Generator（事件生成器）－將事件傳給Post Builder。事件是后置處理的一個(gè)數(shù)據(jù)集，用來控制機(jī)床的每一個(gè)動(dòng)作。事件生成器提取零件的刀具路徑信息，并將其作為事件和參數(shù)傳遞到加工輸出管理器。(2)Event Handle（事件處理文件.tcl）－這個(gè)文件是用Tcl （Tool command language）語(yǔ)言寫成，定義了每一個(gè)事件的處理方式。它可以通過Post Builder建立。(3)Definition File（事件定義文件 .def）－定義事件處理后輸出的數(shù)據(jù)格式。它可以通過Post Builder建立。(4)Manufacturing Output Manager（加工輸出管理器）－簡(jiǎn)稱MOM，是Post Builder后置處理器的核心。Post Builder用它來啟動(dòng)后處理，將內(nèi)部刀軌數(shù)據(jù)加載給解釋程序，并打開.tcl和.def文件。(5)Output File（輸出文件）－Post Builder輸出的NC程序。(6)Post User Interface File（后處理用戶界面文件.pui）－通過它用戶可利用Post Builder來修改事件處理文件和事件定義文件。圖2-1 后處理流程圖南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文6事件生成器、事件處理器和事件定義文件是相關(guān)聯(lián)的，它們結(jié)合在一起把UG刀軌源文件處理成機(jī)床可以接受的文件 [30]。采用 UG/Post Builder 建立后處理文件的過程，如圖 2-2 所示。后置處理必須具備兩個(gè)要素:UG刀軌數(shù)據(jù)和后置處理器文件，刀軌數(shù)據(jù)在UG CAM中自動(dòng)生成；后置處理器由事件管理器和定義文件構(gòu)成。UG/Post Builder進(jìn)行后置處理的過程為:首先由事件生成器提取刀軌信息，并將刀軌信息整理成事件和變量后，傳遞到加工輸出管理器進(jìn)行處理，加工輸出管理器把帶有相關(guān)數(shù)據(jù)信息的事件傳遞到事件管理器，由事件管理器對(duì)事件進(jìn)行處理，處理結(jié)果再返回到加工輸出管理器，加工輸出管理器再根據(jù)定義文件來決定要輸出的加工程序的輸出格式并輸出，直到結(jié)束。采用UG/Post Builder建立后處理，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生三個(gè)文件。一個(gè)是事件定義文件(*.def)，包含了指定機(jī)床控制系統(tǒng)的靜態(tài)信息和程序格式；一個(gè)是事件處理文件(*.tcl)，定義了每一個(gè)事件的處理方式，決定導(dǎo)軌源文件中每個(gè)事件如何處理，并決定反饋什么變量和數(shù)據(jù)給加工輸出管理器，事件處理文件結(jié)構(gòu)是由Tcl（Tool command language）語(yǔ)言編寫而成的；還有一個(gè)是后處理用戶界面文件(*.pui)，通過它用戶可利用Post Builder來修改事件處理文件和事件定義文件，并可進(jìn)行用戶化后處理。圖 2-2 UG/Post Builder 建立后處理文件的過程圖2.2 UG/Post Builder 主要參數(shù)使用 Post Builder 建立后處理時(shí)，Post Builder 用戶界面分成 5 個(gè)大項(xiàng)，分別是：Machine Tool（機(jī)床參數(shù)）、 Program & Tool Path（程序和刀軌參數(shù)）、N/C Data 查 閱 機(jī) 床 /控 制 系 統(tǒng) 手 冊(cè) UG/Post Builder 測(cè) 試 機(jī) 床 類型 執(zhí) 行 后 處 理 生 成 /編 輯 Tcl文 件 生 成 /編 輯 def文 件 測(cè) 試 UG/Post不 能 滿 足 要 求 時(shí) Ero OK 特 殊 機(jī) 床 銑 、 車 、 車銑 、 線 切 割 Ero OK 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文7Definition（NC 數(shù)據(jù)格式）、Output Setting（輸出參數(shù)）和 Post Files Preview（后處理文件預(yù)覽）。當(dāng)一個(gè)大項(xiàng)選定后，里面還有許多小項(xiàng)參數(shù)需要設(shè)定。（1）機(jī)床參數(shù)屬性項(xiàng)在機(jī)床參數(shù)項(xiàng)中，選擇合適的機(jī)床類型，設(shè)置機(jī)床坐標(biāo)軸行程、機(jī)床回零點(diǎn)位置、直線軸插補(bǔ)最小分辨率（控制系統(tǒng)可分辨的最小長(zhǎng)度） 、機(jī)床快速移動(dòng)速度等。由于機(jī)床類型不同，機(jī)床參數(shù)項(xiàng)的內(nèi)容也會(huì)不同，甚至機(jī)床軸數(shù)不同、旋轉(zhuǎn)軸方式有差異，機(jī)床參數(shù)項(xiàng)的內(nèi)容也不同。（2）程序和刀軌參數(shù)屬性項(xiàng)在程序和刀軌參數(shù)項(xiàng)中可以定義、修改和用戶化與數(shù)控加工程序相關(guān)的參數(shù)，機(jī)床所具有的 G、M 代碼，同一行中字地址的輸出順序。程序項(xiàng)由五個(gè)序列組成，分別是程序頭（Program Start Sequence） 、操作頭（Operation Start Sequence） 、刀軌（Tool Path） 、操作尾（Operation End Sequence）和程序尾（Program End Sequence） 。用戶可以在除刀軌序列外的四個(gè)序列中加入用戶自定義特殊后置處理輸出命令程序行等，它既可以是用戶命令，也可以是操作信息，還可以是自定義的程序行，對(duì)于用戶自定義程序行可以在用戶命令項(xiàng)添加自定義的后置處理代碼，從而形成特殊的后置處理命令。圖 2-3 所示為用戶自定義命令部分，左側(cè)是用戶自定義程序行，用戶在右側(cè)添加代碼。圖 2-3 用戶自定義命令部分（3）N/C 數(shù)據(jù)格式定義屬性項(xiàng)在 N/C 數(shù)據(jù)格式定義屬性項(xiàng)主要是定義 N/C 輸出格式，它包括程序行（BLOCK ）、字（WORD）、格式（FORMAT）和其它數(shù)據(jù)（Other Data Elements）。在程序行項(xiàng)主要定義在每一個(gè)程序行中有哪些字，以及它們之間的順序，可以在這里編輯、新建程序行或刪除不用的程序行；在字項(xiàng)可以定義后處理中每個(gè)字的相關(guān)參數(shù)，如最大值、最小值、模態(tài)等；在格式項(xiàng)定義采用相應(yīng)格式的字類型是實(shí)數(shù)、整數(shù)或字符串等，一旦更改其中參數(shù)，所有采用這種格式的字地址都會(huì)更改；在其它數(shù)據(jù)項(xiàng)可以定義一些南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文8與程序本身無關(guān)的數(shù)據(jù)格式，如：程序行號(hào)、字間隔、行結(jié)束符號(hào)等。（4）輸出參數(shù)項(xiàng)輸出參數(shù)項(xiàng)共有兩個(gè)子參數(shù)項(xiàng)，分別是 Listing File（列表文件）和 Other Options（其他控制） 。在輸出參數(shù)項(xiàng)中允許用戶生成控制列表文件，該文件包含了整個(gè)后處理過程的 X、Y、Z 坐標(biāo)值，第 4 軸角度，第 5 軸角度，進(jìn)給和主軸轉(zhuǎn)速等信息。用戶還可以定義控制列表文件的后綴名。（5）后處理文件預(yù)覽后處理文件預(yù)覽允許用戶在保存后處理之前檢查定義文件和事件處理文件的改動(dòng)。新的內(nèi)容顯示在上面的窗口中，舊的內(nèi)容顯示在下面的窗口中。2.3 MIKRON 五軸加工中心及配置的數(shù)控系統(tǒng)介紹MIKRON UCP 600 Vario 五軸聯(lián)動(dòng)高速加工中心是面向中小型復(fù)雜零件的精密加工的機(jī)型，如圖 2-4 所示。它采用最新的材料和技術(shù)，保證了多軸部件大功率高速度加工時(shí)的動(dòng)態(tài)特性，并結(jié)合了米克朗高速主軸技術(shù)的成果，MIKRON UCP 600 Vario 的主軸轉(zhuǎn)速范圍可從用于傳統(tǒng)切削的 12000r/min 到用于高速切削各種材料的20000r/min。高性能主軸配合圓形回轉(zhuǎn)/擺動(dòng)工作臺(tái)，可以滿足多種類型的切削任務(wù)。機(jī)床主要參數(shù)如下：主軸：X－Y－Z—B－C結(jié)構(gòu)：雙轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)工作行程：X 軸:600mm　Y 軸:450 mm　Z 軸:450mm工作臺(tái)面：Φ450 mm旋轉(zhuǎn)軸范圍：-115° ～ +30°（B 軸） ，雙向 360°（C 軸）主軸轉(zhuǎn)速：20 - 20000 轉(zhuǎn)/分主軸最大功率：30 千瓦刀庫(kù)容量：30 把/HSK 63A南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文9圖 2-4 MIKRON UCP600 Vario 雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸加工中心MIKRON UCP 600 Vario 五軸聯(lián)動(dòng)高速加工中心與 Heidenhain iTNC 530 數(shù)控系統(tǒng)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)高速切削工藝， iTNC530 采用 Heidenhain 對(duì)話式編程語(yǔ)言編寫常規(guī)加工程序，在系統(tǒng)中配有三維的交互式編程環(huán)境，可以及時(shí)對(duì)代碼進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真和刀路驗(yàn)證，交互式的圖形顯示可將編程輪廓的每個(gè)加工步驟圖形化地顯示在屏幕上。在運(yùn)行一個(gè)程序的同時(shí)，還能輸入或測(cè)試另一個(gè)程序。系統(tǒng)同時(shí)也支持用 ISO 格式（即 G 代碼）和 DNC 模式的編程。Heidenhain iTNC 530 提供了刀具中心點(diǎn)管理控制、 3D 刀具補(bǔ)償功能、支持傾斜面以及圓柱表面加工等功能。Heidenhain iTNC 530 最多可以控制 12 個(gè)軸，也可由程序來定位主軸。2.4 Heidenhain iTNC530 數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控程序格式Heidenhain iTNC 530 數(shù)控系統(tǒng)支持 Heidenhain 對(duì)話編程格式（H 代碼）和 ISO 編程格式（G 代碼） ，其中前者是 Heidenhain 的特有格式。本課題的數(shù)控程序的輸出格式選取 H 代碼格式，數(shù)控程序通常都是以字母和數(shù)字表示其文件名，以 .H 為擴(kuò)展名，但默認(rèn)的記事本格式仍可以識(shí)別，即記事本格式也可以輸入到加工中心進(jìn)行加工。MIKRON 五軸加工中心的數(shù)控格式主要有以下幾個(gè)部分：（1）程序頭：主要包括加工中心數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定的一些特定的格式和控制主軸及冷卻液的相關(guān)程序行，如圖 2-5 所示。MIKRON 五軸加工中心數(shù)控加工程序須以“BEGIN PGM 文件名”開頭，如圖中的第一行。第二、三行是設(shè)定毛坯的尺寸，以“BLK FORM”開頭。以下是調(diào)用刀具、控制主軸等程序行。圖 2-5 MIKRON 五軸加工中心程序頭格式（2）程序主體程序主體主要是刀心點(diǎn)的坐標(biāo)值，如圖 2-6 所示。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文10圖 2-6 MIKRON 五軸加工中心程序的主體（3）程序尾程序尾主要包括主軸停轉(zhuǎn)（M5） 、冷卻液關(guān)閉（M9） 、停止程序運(yùn)行（M2） ，以“END PGM 文件名”結(jié)束，如圖 2-7 所示。圖 2-7 MIKRON 五軸加工中心程序尾格式2.5 雙轉(zhuǎn)臺(tái)五坐標(biāo)后置處理算法從刀位計(jì)算方法可以看出，對(duì)于五坐標(biāo)數(shù)控加工，刀位文件中刀位的給出形式為刀心坐標(biāo)和刀軸矢量，在后置處理過程中，需要將它們轉(zhuǎn)換為機(jī)床的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)。對(duì)于不同類型運(yùn)動(dòng)關(guān)系的數(shù)控機(jī)床，其運(yùn)動(dòng)方式不一致，故其后置處理算法也各不相同。一般來說，五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)是指數(shù)控機(jī)床的 X、Y、Z 三個(gè)移動(dòng)坐標(biāo)和繞 X、Y 、Z 軸旋轉(zhuǎn)的的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo) A、B、C 中的任意五個(gè)坐標(biāo)的線性插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，如圖 2-8 所示。雙轉(zhuǎn)臺(tái)五坐標(biāo)機(jī)床運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)是由 X、Y、Z、B、 C 這五個(gè)自由度方向上的運(yùn)動(dòng)組成的，其中 B、 C 軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)都是通過機(jī)床的工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)，故稱為雙轉(zhuǎn)臺(tái)。如圖 2-9 所示工件坐標(biāo)系為 ；工件可繞坐標(biāo)軸 Y 擺動(dòng) B 角；工件可繞坐標(biāo)軸 Z 轉(zhuǎn)wO動(dòng) C 角；工作臺(tái)回轉(zhuǎn)與 Z 軸一致；機(jī)床運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系為 ， ，刀心 在wOXZwrd?0C南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文11工件坐標(biāo)系中的位置為 ；刀軸矢量 a（單位矢量）在工件坐標(biāo)系中為??00,Cxyz[31]。??,xyza圖 2-8 機(jī)床運(yùn)動(dòng)坐標(biāo) 圖 2-9 五坐標(biāo)加工刀軸矢量轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)系本文結(jié)合 MIKRION UCP600vario 型雙轉(zhuǎn)臺(tái)五坐標(biāo)加工中心的特點(diǎn)來介紹X、Y、Z 、B 、C 這五個(gè)坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床后置處理算法。由于帶 B、C 軸的五軸機(jī)床特點(diǎn)之一便是：其刀軸既可以繞 Z 軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)到（+X） （+Z）平面上，也可以繞 Z 軸順時(shí)針轉(zhuǎn)到（-X ） （+Z）平面上，如圖 2-10 所示。所以這種運(yùn)動(dòng)關(guān)系如果處理不當(dāng)，容易導(dǎo)致“Y 坐標(biāo)負(fù)向超程問題 ”的出現(xiàn)。所謂 Y 坐標(biāo)的負(fù)向超程是指 Y 坐標(biāo)的負(fù)向運(yùn)動(dòng)（指刀具相對(duì)于工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)）超越了工作臺(tái)臺(tái)面的限制極限值 。負(fù)向??mini0?超程問題的出現(xiàn)容易導(dǎo)致刀具與工作臺(tái)面的干涉及報(bào)廢零件等不良后果。所以在做后置處理算法分析時(shí)，將兩種轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)系分開討論有助于解決 Y 坐標(biāo)的負(fù)向超程問題。下面分別給出這兩種不同轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)系下的兩種坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計(jì)算公式：a）刀軸矢量繞 Z 軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) b）刀軸矢量繞 Z 軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)圖 2-10 五坐標(biāo)加工刀軸矢量繞 Z 軸的兩種轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)系令刀軸矢量 a 為自由矢量，首先將刀軸的起點(diǎn)移到工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)，然后將刀軸矢量繞 Z 軸順時(shí)針轉(zhuǎn)到（+X） （+Z）平面上，再將刀軸矢量繞 Y 軸順時(shí)針轉(zhuǎn)到與 Z坐標(biāo)方向一致。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文12（1）在求解的第一步中，將刀軸矢量繞 Z 軸順時(shí)針轉(zhuǎn)到（ +X） （+Z）平面上（2-1）2z2zarctn (a>0)90 =18rt ()90 =0 18rt (<)xyzxyzBa????????（2-4）南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文13（2-5）xxa0180arctn a0arctn y yxy yxyxC????????????180 yy yxaC??? ????? ????????（當(dāng) 時(shí)，令 ）xarctn90yx??（2-6）0000000ososisiniiccosCCCXBBzdBYZy?????????從式 2-3、式 2-6 可以看出，兩種計(jì)算方法求得的 Y 值正好相反。3.MIKRON 五軸加工中心后置處理的研究3.1 利用 Post Builder 建立機(jī)床特性數(shù)據(jù)文件3.1.1 設(shè)置機(jī)床參數(shù)啟動(dòng) UG/Post Builder 新建五軸后處理文件（圖 3-1） ，在新建對(duì)話框中從 Library中選擇雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸（5-Axis with Dual Rotary Tables）銑床類型，控制系統(tǒng)選擇Heidenhain_conversational，然后系統(tǒng)顯示 Machine Tool 屬性頁(yè)面，通過該頁(yè)面設(shè)定參數(shù)以符合機(jī)床參數(shù)的要求。在 Machine Tool 頁(yè)面的左面結(jié)構(gòu)窗口中單擊 General Parameters、Fourth Axis 和Fifth Axis 節(jié)點(diǎn)，分別設(shè)置機(jī)床參數(shù)。General Parameters 節(jié)點(diǎn)的機(jī)床參數(shù)，如圖 3-2 所示。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文14圖 3-1 建立新的后處理 圖 3-2 設(shè)定機(jī)床行程極限Fourth Axis 和 Fifth Axis 的參數(shù)設(shè)置是重點(diǎn)。第四旋轉(zhuǎn)軸參數(shù)的設(shè)置，需要在旋轉(zhuǎn)軸配置（Rotary Axis Configuration）中，設(shè)置兩根旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)主體、旋轉(zhuǎn)平面和代號(hào)。MIKRON 五軸加工中心的第四軸代號(hào)為 B，第五軸代號(hào)為 C，旋轉(zhuǎn)主體為工作臺(tái)，旋轉(zhuǎn)平面分別為 ZX 平面和 XY 平面，如圖 3-3 所示。下面，需要設(shè)置旋轉(zhuǎn)精度（Rotary Motion Resolution） 、最大旋轉(zhuǎn)速度（Max Feed Rate） 、樞軸距離（Pivot Distance） 、軸旋轉(zhuǎn)方向（ Axis Rotation） 、軸方向（Axis Rotation） 、旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)范圍（Rotary Axis Limits） 、旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)中心相對(duì)于機(jī)床原點(diǎn)的位置（Machine Zero to Rotary Axis Center）等參數(shù) [32]。樞軸距離是兩根旋轉(zhuǎn)軸線之間的距離。軸旋轉(zhuǎn)方向定義是否采用右手螺旋法則，是則設(shè)置為正轉(zhuǎn)（Nomal） ，否設(shè)置為反轉(zhuǎn)（Reverse ） 。軸方向（Axis Direction）定義工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向，可以用下面兩種方法 [33]：絕對(duì)位置法（Magnitude Determines Direction）用代數(shù)值表示工作臺(tái)的角度位置。位置角度增大時(shí)工作臺(tái)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，減小時(shí)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。相對(duì)位置法（Sign Determines Direction）用絕對(duì)值表示工作臺(tái)的角度位置，代數(shù)符號(hào)僅僅表明工作臺(tái)到達(dá)該位置的旋轉(zhuǎn)方向，正號(hào)為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，負(fù)號(hào)為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。第四旋轉(zhuǎn)軸參數(shù)的設(shè)置，如圖 3-4 所示。機(jī)床參數(shù)設(shè)定結(jié)束后，單擊 Display Machine Tool 按鈕，顯示出雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸銑床簡(jiǎn)圖（圖 3-5） 。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文15圖 3-3 定義機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸配置 圖 3-4 設(shè)定第四旋轉(zhuǎn)軸參數(shù)圖 3-5 雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸銑床簡(jiǎn)圖3.1.2 設(shè)置程序的格式Post Builder 將一個(gè) NC 程序分成五個(gè)序列，即程序開始、程序結(jié)束、操作開始、操作結(jié)束和刀軌路徑事件。序列由一系列有序的事件組成。在序列的對(duì)話框中有一些標(biāo)記（Markers） ，在標(biāo)記下面可以添加一系列程序段（Block） ，以決定所輸出 NC 程序的內(nèi)容和組成。? 程序開始序列（ Program Start Sequence）定義程序開始時(shí)需要輸出的程序行，一個(gè) NC 程序只有一個(gè)程序開始事件，如圖3-6 所示。? 操作開始序列（ Operation Start Sequence）采用 UG NX 軟件數(shù)控編程時(shí)，把每一道加工工序稱為一項(xiàng)“ 操作”。操作開始序列定義了從操作開始到第一個(gè)切削運(yùn)動(dòng)之間的事件，包括自動(dòng)換刀（Automatic Tool Change） ，手動(dòng)換刀（Manual Tool Change） ，接近運(yùn)動(dòng)（Approach Move） ，初始運(yùn)動(dòng)（Initial Move） ，進(jìn)刀運(yùn)動(dòng)（ Engage Move） ，首次切削（ First Cut）等，如圖 3-7 所示。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文16圖 3-6 程序開始序列 圖 3-7 操作開始序列? 刀具路徑事件（ Tool Path Event）刀具路徑事件包括 Machine Control（機(jī)床控制事件） 、Motion（加工運(yùn)動(dòng)）和Canned Cycles（鉆循環(huán)）三項(xiàng)內(nèi)容。機(jī)床控制事件主要定義如進(jìn)給、換刀、冷卻液、公英制等事件的格式 [34]，如圖 3-8 所示。加工運(yùn)動(dòng)定義后處理如何處理刀位軌跡源文件中的 GOTO 語(yǔ)句，如圖 3-9 所示。當(dāng)進(jìn)給速度大于 0 或大于最大進(jìn)給速度時(shí)，系統(tǒng)采用 Rapid Move（快速移動(dòng)）來處理；當(dāng)進(jìn)給速度不為 0 或小于最大進(jìn)給速度時(shí)，系統(tǒng)采用 Linear Move（線性移動(dòng)）來處理；當(dāng)出現(xiàn)圓弧插補(bǔ)或圓弧運(yùn)動(dòng)事件時(shí)，系統(tǒng)采用 Circle Move（圓弧運(yùn)動(dòng)）來處理。鉆循環(huán)定義當(dāng)進(jìn)行孔加工循環(huán)時(shí)，系統(tǒng)如何處理這類事件，并定義輸出格式。? 操作結(jié)束序列（ Operation End Seqnence）操作結(jié)尾定義從最后退刀運(yùn)動(dòng)到操作結(jié)束之前的事件。在每個(gè)操作結(jié)尾處出現(xiàn)的程序行應(yīng)放在這里，如果只出現(xiàn)一次應(yīng)放在程序結(jié)尾位置。操作尾添加 M129（取消M128） ，M127（取消 M126） ，M05（主軸停轉(zhuǎn)） ，M09（冷卻液關(guān)閉） ，L Z1000 F MAX M91（抬刀） ，L B0 C0 F MAX（B、C 回零） ,如圖 3-10。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文17圖3-8 Post Builder中機(jī)床控制事件 圖3-9 加工運(yùn)動(dòng)設(shè)置? 程序結(jié)束序列（Program End Sequence）程序結(jié)尾定義程序結(jié)束時(shí)需要輸出的程序行，一個(gè)NC程序只有一個(gè)程序結(jié)束事件。如圖3-11 所示。圖3-10 操作結(jié)束序列 圖3-11 程序結(jié)束序列南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文183.1.3 設(shè)置程序段格式在 Post Build 還需要設(shè)置 NC 加工程序段格式。? 準(zhǔn)備功能代碼它是使機(jī)床準(zhǔn)備好某種工作方式的指令，如命令機(jī)床走直線或圓弧運(yùn)動(dòng)、固定循環(huán)運(yùn)動(dòng)、刀具補(bǔ)償、指定坐標(biāo)平面或坐標(biāo)偏置等。Heidenhain iTNC 530 數(shù)控系統(tǒng)除ISO 標(biāo)準(zhǔn)格式外，還有自定義格式，例如用 L、C DR－、C DR＋分別代替G01、G02、G03。因此，定義準(zhǔn)備功能代碼時(shí)要根據(jù)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的具體規(guī)定。當(dāng)它具備有兩種或更多格式時(shí)，在一個(gè) NC 加工程序中，它只允許使用一種格式。? 輔助功能代碼它是控制機(jī)床某一輔助動(dòng)作的指令，如主軸開、停，冷卻液開、關(guān)等。Heidenhain iTNC 530 常用的輔助功能代碼，除 ISO 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的之外，還有許多是自定義的，例如，M07 有打開冷卻液、最小量潤(rùn)滑液和吹塵三項(xiàng)功能，而 M18 打開潤(rùn)滑脂、M126、M128 等指令，在 ISO 標(biāo)準(zhǔn)中沒有定義。在 Post Builder 中，設(shè)置 M 代碼與 G 代碼的操作方法類似。? 定義功能代碼格式除了 G、M 代碼之外，Heidenhain iTNC 530 數(shù)控系統(tǒng)還規(guī)定了其它功能代碼的格式。這里改變 X、Y、Z 的數(shù)據(jù)格式為 6.3，改變 D 的數(shù)據(jù)格式為 3.0，并把刀補(bǔ)最大值改為 999。如圖 3-12 所示。圖 3-12 功能代碼格式定義? 定義功能代碼順序?yàn)榱藱z查程序方便，需要規(guī)定功能代碼排列順序。排列順序?qū)⒇瀼赜谏傻?NC加工程序中，在整個(gè)后處理過程中都有效。調(diào)整后的代碼順序如圖 3-13 所示。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文19圖 3-13 功能代碼順序定義? NC 數(shù)據(jù)格式定義在 NC 數(shù)據(jù)定義項(xiàng)中首先選擇程序行（BLOCK）項(xiàng)，選擇直線運(yùn)動(dòng)事件linear_move，在添加字（Add Word）選項(xiàng)中選擇第四軸下的 B 自定義表達(dá)式，將字拖到程序行中字 Z 后面，在表達(dá)式定義中輸入“$mom_out_angle_pos(0)”代表第四軸旋轉(zhuǎn)角度值，設(shè)置 B 為模態(tài)，最大值-115°和最小值 +30°。同樣的方式也可以將第五軸代碼 C 添加到 B 后面。設(shè)定程序起始序號(hào)從 1 開始，增量為 1。3.1.4 設(shè)置輸出文件刀位文件經(jīng)過后置處理，可以用車間工藝文件和 NC 加工程序的形式輸出，后綴名分別為.LPT 和.PTP。前者包括 NC 程序中使用的刀具、操作和加工方法清單等 [35]。通過在圖 3-14 所示的窗口中進(jìn)行勾選，可以確定車間工藝文件和 NC 加工程序的內(nèi)容。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文20a) b)圖 3-14 設(shè)置輸出文件選項(xiàng)窗口3.2 輸出輔助功能指令Heidenhain iTNC 530 數(shù)控系統(tǒng)除了 ISO 標(biāo)準(zhǔn)輔助功能（如 M00、M03 、M04 等）以外，還具備很多特有的輔助功能。例如，輔助功能 M126 可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸的短路徑行程，M128 可以在傾斜軸定位時(shí)保持刀尖位置不變。但是 UG 軟件提供的后置處理無法在 NC 程序中輸出這些輔助功能代碼，因此需要在 Program 子參數(shù)中進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置來實(shí)現(xiàn)輸出。后置處理可以在 NC 程序中輸出輔助功能指令，但是這些功能的實(shí)現(xiàn)依賴與相應(yīng)的數(shù)控系統(tǒng)。例如，運(yùn)行一段包含 M126 輔助功能代碼的 NC 程序，如果數(shù)控系統(tǒng)不具備該功能，就無法實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸的短路徑行程。Heidenhain iTNC 530數(shù)控系統(tǒng)的輔助功能分成模態(tài)輔助功能和非模態(tài)輔助功能兩類。前者是一組可相互注銷的輔助功能，一旦被執(zhí)行則一直有效，直至被同一組輔助功能注銷為止；后者只在當(dāng)前程序段有效，程序段結(jié)束時(shí)則被注銷 [36]。3.2.1 模態(tài)輔助功能指令的應(yīng)用1.M114 和 M128 指令Heidenhain iTNC530 數(shù)控系統(tǒng)的 M114 和 M128 指令是模態(tài)功能指令，是特殊的可變軸指令，使用這兩種指令時(shí)，機(jī)床 TNC 自動(dòng)計(jì)算旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)的偏置誤差，并進(jìn)行有效補(bǔ)償，從而既降低了編程和后置處理工作的難度，也提高了 NC 多軸加工編程的安全性。（1）M114—用傾斜軸自動(dòng)補(bǔ)償機(jī)床幾何特征 [37]TNC 將刀具移到工件程序中的給定位置。若程序中傾斜軸位置改變，則后置處理器應(yīng)計(jì)算線性軸的有效補(bǔ)償值，并插入到定位程序塊中。在五軸加工過程中,由于機(jī)床各旋轉(zhuǎn)軸之間存在偏置，或加工原點(diǎn)的定義不在轉(zhuǎn)盤中心，此時(shí)當(dāng) NC 程序中存在旋轉(zhuǎn)軸的變化，勢(shì)必引起直線軸真實(shí)位置的變化。M114 的作用就是在編程時(shí)不考慮偏置值，而是讓機(jī)床去自動(dòng)計(jì)算此偏置值引起的直線軸的偏移。如圖 3-15 所示，當(dāng)?shù)毒咻S旋轉(zhuǎn)角度 dB 后,為使刀尖仍保持在工件的同一點(diǎn)上,機(jī)床旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)須移動(dòng) dx 和 dz。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文21圖 3-15 M114 功能圖 圖 3-16 M128 功能圖（2）M128—用傾斜軸定位時(shí)保持刀尖位置 [37]TCPM(Tool Center Point Management 刀具中心點(diǎn)管理 )功能支持在多種可選操作模式下用傾斜軸定位功能保持刀尖位置。傳統(tǒng)意義上的后置處理軟件，必須輸入刀軸的轉(zhuǎn)心距(刀軸擺動(dòng)式)或轉(zhuǎn)臺(tái)兩軸線(轉(zhuǎn)臺(tái)擺動(dòng)式)的位置關(guān)系，由后置處理程序來完成坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，這樣的后置處理生成的加工程序適用范圍可能就是一臺(tái)設(shè)備和特定的工件坐標(biāo)系與刀具的組合。隨著控制系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的控制系統(tǒng)廠家在其高端產(chǎn)品中都加入了上述坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的功能，如 Heidenhain 的 M128 指令。打開 M128，工件的坐標(biāo)原點(diǎn)可以任意設(shè)置，由控制系統(tǒng)計(jì)算工件坐標(biāo)和各轉(zhuǎn)軸軸線的關(guān)系，加工準(zhǔn)備更為方便，還可以在程序中保證刀尖的進(jìn)給速度恒定。如圖 3-16 所示，在加工過程中，隨著旋轉(zhuǎn)軸的角度變化，NC 程序中的直線軸坐標(biāo)值為當(dāng)前坐標(biāo)系下未進(jìn)行坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)的真實(shí)值，旋轉(zhuǎn)軸坐標(biāo)值為當(dāng)前坐標(biāo)系計(jì)算所得的角度值。對(duì)于后置處理軟件來說，可以略去上述的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的計(jì)算，后置處理軟件的開發(fā)難度降低，生成的加工程序在同類型設(shè)備中具有相對(duì)更大的通用性。需要注意的是，五軸加工時(shí)應(yīng)在換刀前取消TCPM(M129)，各擺軸復(fù)位，換刀后打開M128 。（3） M114 與 M128 兩種指令的算法推導(dǎo)與坐標(biāo)值對(duì)比由于 M114 和 M128 指令可以由機(jī)床自動(dòng)計(jì)算偏置補(bǔ)償，所以在當(dāng)加工坐標(biāo)系的旋南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文22轉(zhuǎn)中心與機(jī)床坐標(biāo)系中心不重合時(shí)，偏置由機(jī)床 TNC 自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算。設(shè)工件坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系在 X、Y、Z 軸三個(gè)方向上的偏置距離分別為： 、 、 ；回轉(zhuǎn)軸dXYdZB、C 之間的 XZ 平面上的偏置距離為 dx 和 dz。計(jì)算機(jī)床的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系 X、Y、Z 值，即：①將工件坐標(biāo)系 平移到機(jī)床坐標(biāo)系 ，變換矩陣為：wOrOYZ101ddTXY???????②工件繞 Z 軸旋轉(zhuǎn)-C 角，變換矩陣為： 2cosin0i01C????????③將工件坐標(biāo)系平移 dx 和 dz 的補(bǔ)償偏置距離，變換矩陣為：310Tdxz??????④工件繞 Y 軸旋轉(zhuǎn)-B 角，變換矩陣為： 4cosin01ics0B????????⑤將工件坐標(biāo)系平移- 和- 的補(bǔ)償偏置距離，變換矩2sdxz?2odxzB?陣為： 52 21001sincosTdxzBdxzB? ?? ??????? ?則： ????0012345CCXYZyT?（3-1）????????0 00 00 022cosinsin sinicossnsicos CddCddCdC CdzZzBxzYyxXZxYxBzZzBzB?? ?????????? ????? ???下面通過對(duì)簡(jiǎn)單零件加工的代碼進(jìn)行對(duì)比來說明 M114 和 M128 編程的區(qū)別，加工位置是球冠柱體零件上部半圓上的七個(gè)點(diǎn)，如圖 3-17 所示，加工原點(diǎn)到定位底面距離南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文23為 100mm，為說明方便，XY 坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)置在 C 軸旋轉(zhuǎn)中心，加工示意圖如圖 3-18 所示。圖 3-17 刀具路徑及驅(qū)動(dòng)點(diǎn)的位置標(biāo)識(shí) 圖 3-18 加工示意圖UG NX 編程輸出的刀位源文件坐標(biāo)點(diǎn)如下：GOTO/50.0000,0.0000,0.0000,1.0000000,0.0000000,0.0000000GOTO/43.3013,0.0000,25.0000,0.8660265,0.0000000,0.4999982GOTO/25.0000,0.0000,43.3013,0.4999982,0.0000000,0.8660265GOTO/0.0000,0.0000,50.0000,0.0000000,0.0000000,1.0000000GOTO/0.0000,25.0000,43.3013,0.0000000,0.4999982,0.8660265GOTO/0.0000,43.3013,25.0000,0.0000000,0.8660265,0.4999982GOTO/0.0000,50.0000,0.0000,0.0000000,1.0000000,0.0000000在 M114 下編程，如上說明，M114 為機(jī)床自動(dòng)計(jì)算偏置距離，則 NC 程序的坐標(biāo)值為繞加工坐標(biāo)系來旋轉(zhuǎn)L X0.000 Y0.000 Z50.000 B-90 C-180L X0.000 Y0.000 Z50.000 B-60 C-180L X0.000 Y0.000 Z50.000 B-30 C-180L X0.000 Y0.000 Z50.000 B0 C-180L X0.000 Y0.000 Z50.000 B0 C-90L X0.000 Y0.000 Z50.000 B-30 C-90L X0.000 Y0.000 Z50.000 B-60 C-90L X0.000 Y0.000 Z50.000 B-90 C-90M128 下編程，就是 APT 編程，所以 NC 程序最為簡(jiǎn)單，XYZ 坐標(biāo)值就是上面刀位源文件中的坐標(biāo)值。L X50.0000 Y0.0000 Z0.0000 B-90 C-180L X43.3013 Y0.0000 Z25.0000 B-60 C-180南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文24L X25.0000 Y0.0000 Z43.3013 B-30 C-180L X0.0000 Y0.0000 Z50.0000 B0 C-180L X0.0000 Y0.0000 Z50.0000 B0 C-90L X0.0000 Y25.0000 Z43.3013 B-30 C-90L X0.0000 Y43.3013 Z25.0000 B-60 C-90L X0.0000 Y50.0000 Z0.0000 B-90 C-902.旋轉(zhuǎn)軸以較短路徑移動(dòng)（M126）應(yīng)用 M126 可以使旋轉(zhuǎn)軸以較短路徑移動(dòng) [38]。在旋轉(zhuǎn)軸定位時(shí)，如果沒有使用M126 特征，當(dāng)定位旋轉(zhuǎn)軸顯示的角度小于 360 時(shí)， TNC 系統(tǒng)只考慮名義位置和實(shí)際位置之差，不會(huì)選擇較短路徑，如表 3－1 所示。如果使用 M126 特征，當(dāng)定位旋轉(zhuǎn)軸顯示的角度小于 360 時(shí)，TNC 將用 M126 功能沿最短路徑移動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸，如表 3-2 所示。M126 在程序段開始處生效，要取消 M126，輸入 M127。表 3-1 旋轉(zhuǎn)軸的移動(dòng)（不使用 M126） 表 3-2 旋轉(zhuǎn)軸的移動(dòng)（使用 M126）實(shí)際位置 名義位置 移動(dòng) 實(shí)際位置 名義位置 移動(dòng)350 10 -340 350 10 +2010 340 +330 10 340 -303.2.2 模態(tài)輔助功能指令的輸出M128 指令一般出現(xiàn)在機(jī)床開始加工的所有運(yùn)動(dòng)之前，即當(dāng)加載在操作序列的開始位置。因?yàn)楫?dāng)機(jī)床加工結(jié)束時(shí)，M02 停止程序運(yùn)行指令無法對(duì) M128 進(jìn)行模式復(fù)位，所以必須在程序或者操作結(jié)束之前利用 M129 專用復(fù)位指令對(duì)相應(yīng)的 M128 模式進(jìn)行復(fù)位，否則會(huì)造成一定的安全隱患。由于 M128/M129 是一種較為先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)中才帶有的指令功能，所以在通用的后處理編輯器中一般沒有現(xiàn)成的代碼模塊，需要用戶根據(jù)需求自行創(chuàng)建該代碼行。在創(chuàng)建該代碼時(shí)先在指定的位置引入一條空的指令行，然后在創(chuàng)建欄中建立一條用戶自定義 M 代碼指令自定義代碼行，在 EXPRESSION 空格中寫入 129 完成創(chuàng)建，該指令格式為 DIGIT_3，數(shù)據(jù)輸出格式為數(shù)字型，輸出最大為三位的正整數(shù)。創(chuàng)建過程如圖3-19 所示， M129 的添加如圖 3-20 所示。前面提到的 M126 特征，用于旋轉(zhuǎn)軸以較短路徑移動(dòng)，輸入 M127 可以取消M126。其代碼的創(chuàng)建過程與 M128/M129 相同。圖 3-21 為程序開始項(xiàng)的定義。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文25圖 3-19 M129 代碼的創(chuàng)建格式 圖 3-20 M129 的添加3.2.3 非模態(tài)輔助功能指令的應(yīng)用與輸出應(yīng)用循環(huán) 32，TNC 會(huì)自動(dòng)地使兩個(gè)路徑之間的輪廓平滑過渡（無論補(bǔ)償與否） ，刀具與工件表面保持接觸（如圖 3-21） 。必要時(shí)，TNC 會(huì)自動(dòng)降低編程的進(jìn)給速率，這樣既可以提高表面質(zhì)量，而且機(jī)床也可以得到保護(hù)。循環(huán)32是由DEF激活的，這意味著它只要在零件程序中一經(jīng)定義就生效。可以再次定義循環(huán)32并在公差值之后用NO ENT（不輸入）確認(rèn)對(duì)話提問。復(fù)位將導(dǎo)致再次啟動(dòng)預(yù)設(shè)公差。如果用循環(huán)32傳輸程序，其中只有循環(huán)參數(shù)公差值T，則TNC將在必要時(shí)用0給其它兩個(gè)參數(shù)賦值。后處理中需要加入以下的程序段：CYCL DEF 32.0 TOLERANCECYCL DEF 32.1 T 0.05CYCL DEF 32.2 TA 0.8圖3-21 循環(huán)32功能圖南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文26公差（循環(huán) 32）需要用戶根據(jù)需求自行創(chuàng)建該代碼行，首先將 Add Block 添加到Initial Move 標(biāo)記中，在彈出的 Text Entry 對(duì)話框中的 Text 文本框中先后輸入 CYCL DEF 32.0 TOLERANCE、CYCL DEF 32.1 T 0.05、CYCL DEF 32.2 TA 0.8，如圖 3-22所示。Initial Move定義如圖3-23所示。圖3-22 輸入Text內(nèi)容 圖3-23 Initial Move定義3.3 實(shí)現(xiàn)用戶自定義功能在后置處理中，除了輸出輔助功能代碼外，還可以編寫一些子程序，輸出用戶需要的輔助信息。例如：在NC程序中，可以輸出每道工序所用刀具的信息，輸出每道工序的加工時(shí)間和總加工時(shí)間，避免繁瑣的手工計(jì)算。子程序是由 Tcl 語(yǔ)言的編寫而成的， Tcl（tool command language）語(yǔ)言是一個(gè)交互式解釋性計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。它幾乎在所有的平臺(tái)上都可以解釋運(yùn)行，具有強(qiáng)大的功能。由于自定義功能完全由用戶編輯，所以一般通過文本狀態(tài)下修改 TCL 文件實(shí)現(xiàn)，部分程序能需要在 DEF 文件中定義變量格式。用戶自定義功能通過后置處理實(shí)現(xiàn)，所輸出的內(nèi)容屬于 NC 中輔助信息部分，數(shù)控系統(tǒng)不運(yùn)行。3.3.1 輸出每道工序的加工時(shí)間加工時(shí)間是機(jī)床加工中的一個(gè)重要的參數(shù)，是加工效率的體現(xiàn)。對(duì)于加工時(shí)間，事件處理器已定義變量 mom_machine_time，此變量表示總加工時(shí)間，包括切削時(shí)間，等待時(shí)間，輔助加工時(shí)間（如換刀等） 。由于要求得到每道工序的加工時(shí)間，所以需要定義另外一個(gè)變量 mom_accumulated_time，表示不包括當(dāng)前工序的加工時(shí)間，初始值設(shè)定為 0。另外，將每道工序的加工時(shí)間變量定義為mom_op_time，它等于$mom_machine_time 與$accumulated_time 之差。用 TCL 語(yǔ)言表南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文27達(dá)為：Set mom_op_time [expr $mom_machine_time-$