五軸加工中心的數控編程后置處理研究畢業(yè)論文.doc

南昌航空大學科技學院學士學位論文11.緒論1.1數控編程后置處理技術數控加工技術是在數控機床上依靠NC程序進行零件加工的自動化加工方法，具有高效率、高精度與高柔性的特點。數控加工技術可有效解決復雜、精密和小批多變零件的加工問題，能夠充分適應現代化生產的需要。它是CAD/CAM的加工執(zhí)行單元，是現代自動化、柔性化及數字化生產加工技術的基礎與關鍵技術。隨著航空、汽車、造船和模具制造等工業(yè)的發(fā)展，越來越多的復雜曲面應用于工程之中。包含復雜曲面的大型零件和模具的制造越來越離不開數控機床和數控加工技術。同時，由于對產品質量和生產效率要求的不斷提高，對復雜曲面加工的數控機床性能和相應的數控加工技術也提出了更高的要求。五坐標聯動數控技術是數控技術中難度最大，應用范圍最廣的技術之一，它集計算機控制、高性能伺服驅動和精密加工技術于一體。目前，多采用五坐標聯動的數控加工方法來完成復雜曲面的加工。飛機和航空發(fā)動機的復雜結構件、船用螺旋槳、泵類葉輪等都是五坐標加工的典型例子。后置處理技術是隨著數控技術、CAD/CAM技術的發(fā)展而發(fā)展起來的。最早的數控程序都是手工編制，不存在后置處理問題。近年來，自動編程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，但是自動編程經過刀具軌跡計算產生的刀位數據文件不能被機床識別，需要設法把刀位數據文件轉換成數控指令代碼，通過通信的方式輸入數控機床的數控系統(tǒng)，才能進行零件的數控加工1。因此，要把前置處理產生的刀位數據文件、加工工藝參數與特定的機床特性文件、定義文件相結合，生成指定數控加工設備能夠識別的數控加工程序，該過程稱為后置處理（post-processing）2。后置處理程序將CAM系統(tǒng)通過機床的CNC系統(tǒng)與機床數控加工緊密結合起來。隨著高檔數控加工中心、特殊結構數控機床的不斷出現，為其配置和開發(fā)合適的后置處理器愈顯重要，這對提高數控編程效率、擴大CAD/CAM一體化技術的應用范圍具有重要的工程應用價值和實際意義，目前后置處理技術已經成為CAD/CAM技術領域的一個研究熱點。1.2數控編程后處理技術研究現狀后置處理系統(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控系統(tǒng)和數控機床的編程規(guī)范及特點進行設計開發(fā)，它直接支持這類數控系統(tǒng)，同時它也支持用戶根據特定的數控系統(tǒng)編程格式對它進行二次開發(fā)。關于通用后置處理器的開發(fā)和應用，國外已經非常成熟和普及，當前所有的圖形交互式自動編程CAD/CAM軟件都帶有通用后置處理器3。如UG提供一個通用后置處理器UG/PostBuilder，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換成為一系南昌航空大學科技學院學士學位論文2列數控機床能夠直接讀取和執(zhí)行的數控程序4。而MPFAN.PST是MasterCAM內置的一個通用后置處理器，該處理器完全針對應用很廣泛的日本FANUC數控系統(tǒng)開發(fā)，采用開放式功能型數據庫技術設計，允許用戶根據特定數控機床和數控系統(tǒng)的具體情況，在MPFAN.PST基礎上進行二次開發(fā)，從而定制出適合該特定數控機床系統(tǒng)的專用后置處理器。使用MasterCAM進行自動編程的用戶一般都采用默認的MPFAN.PST通用后置處理器去生成NC文件，然后再對該NC文件進行人工修改，使改動后的NC文件符合機床要求5。加拿大ICAM公司的CAMPOST可以覆蓋國內外流行的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Delcam公司的產品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678。在國內來說，比較成熟和普及的自動編程CAD/CAM系統(tǒng)要數北京航空航天大學開發(fā)的CAXAME（制造工程師）軟件，它采用通用后置處理器，可以提供常見的數控系統(tǒng)后置處理格式，而且用戶還可以自定義專用數控系統(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類型機床的數控代碼時，如果零件中涉及到孔的加工，將不能生成相應的程序代碼10。華中理工大學的張利波等人提出了一種基于配置文件的開放式數控編程通用后置處理模型，定義了配置文件的語法規(guī)則，給出了配置文件的BNF語言描述及相應的解釋算法，并在HUSTCADM系統(tǒng)中實現，但對于多軸數控加工的后置處理還是不能通用11。北京航空航天大學的曾愛華等人，以通用化、結構化、模塊化的基本設計思想對通用后置處理系統(tǒng)作了總體的分析，對系統(tǒng)結構和程序實現作了具體描述，并為系統(tǒng)的通用化、實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控銑加工自動編程的需要12。正因為如此，專用后處理器開發(fā)已成為數控自動編程的一個急需解決的熱點問題之一。專用后置處理器開發(fā)和應用不如通用后置處理器那樣成熟和普及，因為專用后置處理器所面對的各種數控系統(tǒng)的專用性、特殊性和互不兼容性等特點使得開發(fā)總工作量巨大，導致專用后置器開發(fā)相對薄弱。國外對專用后置處理器開發(fā)和應用相當重視，加拿大滑鐵盧大學機械系就以其CIMS（ComputerIntergrationManufacturingSystem）實驗室的一臺MAHO五軸聯動加工中心為研究對象，采用MasterCAM作為開發(fā)平臺，實現了專用后置處理器的開發(fā)，已在該加工中心得到了驗證13。國內像信息產業(yè)部第39所曹永新和任林杰就曾在武漢重型機械廠3.4m立式車床數控改造項目中（采用的數控系統(tǒng)是國產的華中I型數控系統(tǒng)，該系統(tǒng)最大的優(yōu)勢就是經濟，其缺陷是一般的自動編程軟件中沒有支持它的后置處理器），專門為此數控系統(tǒng)和車床設計開發(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，實際加工效果良好。武漢工業(yè)學院陳文革和尹芳根據XH716A立式加工中心南昌航空大學科技學院學士學位論文3（SINUMERIK802D數控系統(tǒng)）結構、控制系統(tǒng)的編程原理和通信接口的要求，對MasterCAM默認的后置處理程序MPFAN.PST進行二次開發(fā)得到了其專用后置處理器，能完全滿足數控編程加工的生產需要14。廣東富士康模具公司的鄧德軍根據MV610加工中心配置德國西門子SINUMERIK810D數控系統(tǒng)的編程特點，選擇Cimatron為二次開發(fā)平臺，成功地為MV610加工中心開發(fā)了專用后置處理器。韓建軍對ANVIL5000軟件進行開發(fā)，用C語言編寫了后置處理程序，用于一個回轉軸、三個移動軸的SAGEM數控加工中心的后置處理15。王啟富等人用TurboC開發(fā)CATIA專用的NC后置處理軟件16。祝益軍針對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)大學的陳輝等人基于UGPost，開發(fā)了并聯機床后置處理器，用于六軸或七軸并聯機床的后置處理18。綜上所述：通用后置處理系統(tǒng)是今后發(fā)展的方向，但在目前無論是國外還是國內真正能夠做到完全通用后置處理系統(tǒng)幾乎沒有19，因為通用后置處理是以標準刀位數據、通用的數控指令為前提進行考慮的20。雖然國際標準化組織(ISO)、美國國家標準協(xié)會(ANSI)和電子工業(yè)協(xié)會(EIA)對刀位源文件、后置處理語句和數控指令都有相應的標準，但各數控系統(tǒng)生產廠商采用不盡相同的標準，數控系統(tǒng)的指令格式多樣，由于競爭需要還會采用一些非標準的內容21，有些數控系統(tǒng)的擴展功能己經超出了前置處理刀位數據的規(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，多數采用離散直線來逼近工件輪廓，零件形狀越復雜，數控程序量越大23，而且多軸加工時還要考慮非線性運動誤差校驗、進給速度的校核、特定數控系統(tǒng)數控加工程序的生成等問題，以保證數控加工安全、可靠的進行24。隨著產品加工精度及復雜程度的提高，使得數控系統(tǒng)和數控機床技術不斷發(fā)展變化，造成通用后置處理器越來越難以適應這種現狀。目前，雖然國內很多制造企業(yè)擁有了先進的五坐標數控機床，但真正能充分發(fā)揮五坐標加工功能的還為數不多，并且多數企業(yè)在購買機床的同時，沒有對CAD/CAM軟件引起足夠的重視，在實際加工中普遍遇到了問題。例如，中國電子科技集團某電子研究所2004年引進的五軸數控加工中心，由于CAD/CAM軟件的后置處理問題，導致該機床一直無法進行五軸加工，只能作為普通的三軸數控機床使用。實踐表明，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控機床和數控系統(tǒng)的要求不符，不能生成正確的加工程序，導致數控加工過程不能安全、可靠地進行，并且通用后置處理器不能輸出機床數控系統(tǒng)所特有的輔助功能，使得數控機床特性功能的利用受到影響25。MIKRONUCP600Vario五軸加工中心配置的HEIDENHAINiTNC530數控系統(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保持刀尖位置不變；輔南昌航空大學科技學院學士學位論文4助功能M126可以實現刀具的短路徑行程；循環(huán)32功能可以實現兩個路徑之間的輪廓平滑過渡（無論補償與否），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用。在這種情況下，通過本課題的研究解決這個難題，對于五軸聯動數控加工技術的推廣，具有重要的現實意義和工程應用價值。1.3主要研究內容本論文基于UGNX系統(tǒng)，針對MIKRONUCP600Vario機床和HeidenhainiTNC530數控系統(tǒng)的后置處理技術進行研究。具體的工作內容包括：(1)通過UG后置處理器設置機床參數、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據文件。(2)利用UG后置處理器,實現模態(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語言為開發(fā)語言,實現在生成NC程序的同時輸出總加工時間、每道工序的加工時間和刀具信息。(4)專用后置處理程序與UG集成。第二章UG后置處理器介紹2.1UG提供的后置處理方法UnigraphicsNX是美國EDS公司推出的面向制造行業(yè)的CAD/CAE/CAM一體的高端軟件。它功能強大、內容豐富，為用戶提供了集成最先進的技術和一流實踐經驗的解決方案，能夠把任何產品構想付諸于實際。UGNX涵蓋了工業(yè)設計的造型、裝配、加工、仿真和分析等領域的操作功能。UGNX軟件廣泛應用于通用機械、模具、電器、汽車、化工及航天領域26。UG提供了兩種后置處理方法:圖形后置處理模塊GPM(GraphicsPostprocessorModule)和UG后置處理器UG/PostBuilder。目前應用最多的是UG/PostBuilder27。2.1.1圖形后置處理模塊GPM用圖形后置處理模塊GPM對刀位源文件進行后置處理需要機床數據文件(*.MDF)，機床數據文件包含對刀位源文件進行后置處理時所需的機床數據。GPM和*.MDF文件相互依賴，GPM必須根