基于UGNX的五軸聯(lián)動數控機床后處理的開發(fā)*

宋文學 張軍前 劉興良

(西安航空學院機械學院，陜西西安 710077)

多軸控制加工具有加工效率高、加工質量高、改善刀具切削環(huán)境、刀具可達性好、避免過切、清角徹底等優(yōu)點。但是，多軸控制加工的應用和普通三軸數控加工相比，其最大的難點是編程復雜、難度大。原因是合成運動的空間軌跡非常復雜和抽象，一般難以想象和理解。如為了加工出所需的空間自由曲面，往往需通過多次坐標變換和復雜的空間幾何運算，同時還要考慮各軸運動的協(xié)調性，避免干涉、沖撞，以及插補運動要適時適量等，以保證所要求的加工精度和表面質量，編程難度就更大了。

后置處理是數控加工自動編程過程中一個重要組成部分［1］。自動編程經過刀具軌跡計算產生的不是數控程序，而是刀位數據文件，把刀位數據文件轉換成指定數控機床能執(zhí)行的數控程序的過程稱為后置處理(如圖 1)［2］。

五軸數控機床除了3個互相垂直的線性運動軸外，還有兩個旋轉運動軸。兩個旋轉運動軸依附位置不同，其具體結構千差萬別。五軸機床后置處理與機床具體結構息息相關，同樣的刀位文件，不同的機床結構后置處理所得出的數控程序截然不同［3］。針對德瑪吉DMU50五軸聯(lián)動加工中心，基于UGNx8.0開發(fā)了后置處理器，使用效果良好。

1 基于UGNX開發(fā)后置處理器的流程

利用UGNX軟件進行后處理開發(fā)的原理如圖2所示［4］。UGNX提供了一個圖形界面的后處理構造器(UG/Post Builder)，可以生成多種數控機床、多種數控系統(tǒng)的后置處理文件。利用該后置處理生成器同時產生3個文件，事件處理文件(.tcl文件)、機床定義文件(.def文件)和用于生成器自身編輯的文件(.pui文件)。用戶可以直接修改事件處理文件(.tcl)和定義文件(.def)，其中事件處理文件(.tcl)支持 tcl/tk語言，可以根據tcl/tk編程語言規(guī)范修改［5］。利用 UG/Post Builder開發(fā)后處理器的流程如圖3所示［6］。

2 基于UG/Post Builder開發(fā)DMU50五軸聯(lián)動數控機床后置處理器

2.1 DMU50數控機床的參數

該機床為DMU50，是雙轉臺五軸加工中心，X軸行程500 mm;Y軸行程450 mm;Z軸行程400 mm;B軸擺動行程 －5°～110°;C軸旋轉行程 0°～360°，數控機床的安全點在機床坐標系下的坐標值為X－500，Y－1，Z－1，機床最大快移速度30 mm/min;采用 Heidenhain Itnc530數控系統(tǒng)。具體結構及坐標系見圖4。

2.2 海德漢數控系統(tǒng)輔助功能

該后處理文件中需加入海德漢數控系統(tǒng)的一些輔助功能，如 M128、M129、M126、M127、M91、Cycle32 等。

(1)M128、M129 指令

M128指令是刀尖點跟隨功能，即在接通轉換之后位置說明(X，Y，Z)總是和刀尖有關。參與轉換的回轉軸位置的改變導致其他加工軸的補償運動，刀尖位置保持不變。M129指令是取消刀尖點跟隨功能。

(2)M126/M127指令

M126是啟用旋轉軸最短路徑運動指令，M127是取消旋轉軸最短路徑運動指令。

(3)M91指令

M91指令是機械坐標系編程。

(4)Cycle 32指令

該指令保證數控系統(tǒng)自動將兩路徑之間的輪廓平滑過渡(無論補償與否)，且與工件表面保持接觸。

2.3 海德漢數控系統(tǒng)的程序格式

以下為海德漢數控系統(tǒng)部分程序格式說明。

2.4 后處理的構造

(1)啟動和設置參數

啟動UG加工后處理構造器新建，設置機床類型為“銑”和“5軸雙轉臺”，旋轉軸配置頁面中設第4軸旋轉平面“ZX”，文字指引線為“B”，第5軸旋轉平面“XY”，文字指引線為“C”，設置好之后機床結構如圖5所示。

(2)修改程序的起始序列

在程序的起始序列中加入以下內容:

(3)修改操作起始序列

①在操作起始序列的刀軌開始中加入用戶命令PB_CMD_rest_0和PB_CMD_TOLERANCE。

②在操作起始序列的第一次移動中加入用戶命令PB_CMD_output_M128和PB_CMD_output_PLANE_SPATIAL，實現(xiàn)聯(lián)動加工時的坐標跟隨功能或定位加工時的PLANE功能的判斷，其內容如下:

(4)修改操作結束序列

在操作結束序列中加入用戶命令PB_CMD_reset_5axis_control_mode，實現(xiàn)聯(lián)動加工后的取消坐標跟隨功能(M129)或定位加工后的取消 PLANE功能(PLANE RESET指令)的判斷。

(5)修改程序結束序列

在程序結束序列中加入PB_CMD_go_home_pos(作用是刀具回到機床安全點，B、C軸復位)和PB_CMD_total_time(作用是計算加工時間)。

(6)保存后處理文件

修改完成后保存后處理文件(保存路徑不能有中文字符或中文名)。

2.5 后處理器的安裝

打開UGNX軟件，啟動加工應用模塊，打開工具菜單安裝NC后處理器，在對話框中選擇剛才建立并保存的后處理文件，確定后即可使用。

3 后處理器的應用

利用開發(fā)的五軸聯(lián)動后處理器生成葉輪數控加工程序。

(1)在UGNX中建立葉輪幾何模型(如圖6)。

(2)利用UGNX中的葉輪加工模塊生成刀位軌跡。圖7為葉輪粗加工刀軌，圖8為葉輪粗加工仿真，圖9為流道精加工刀軌，圖10為葉片精加工刀軌，圖11為葉輪加工實物。

(3)在UG中調用開發(fā)的后處理器生成數控加工程序，在DMU50五軸聯(lián)動數控機床上進行加工，驗證了后處理器的正確性。

4 結語

通過對五軸聯(lián)動數控機床的坐標系和運動特點的分析，以及對基于UGNX軟件后處理開發(fā)過程的研究，利用UG/Post Builder，針對德馬吉DMU50五軸聯(lián)動數控機床開發(fā)了后處理程序，實現(xiàn)了對復雜曲面的刀具路徑的生成、加工仿真，生成的數控代碼，經實驗驗證可行。通過對UG/Post Builder后置處理進行研究，可以使生成的數控程序更加適應機床的需求，通過對后置處理文件進行深入開發(fā)，可以滿足特殊要求的后置處理。

［1］梁蔓安，唐清春，黎家宏.基于UG的五軸聯(lián)動機床后置處理器研究與實現(xiàn)［J］.組合機床與自動化加工技術.2011.6(6):17 －19.

［2］孫國平.基于UG的五軸加工中心的后處理［D］.無錫:江南大學，2009，3:2 －3.

［3］商學謙，付海濤.基于UG/Post的五軸后置處理程序開發(fā)［J］.航天制造技術.2007，8(4):32 －34.

［4］雷大江，周茂書.五軸聯(lián)動數控加工后處理器的定制［J］.中國工程物理研究院科技年報，2005:126－127.

［5］張玉峰，白紅英.基于UG/POST五軸后置處理技術研究(下)［J］.金屬加工，2010(7):72－74.

［6］曾強.葉輪類零件的五軸聯(lián)動數控加工與仿真［D］.成都:西南交通大學，2009，12:38 －39.