基于UGNX6.0的海德漢雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸后處理研究

李立軍，孫偉

(三峽大學(xué)機(jī)械與材料學(xué)院，湖北宜昌 443002)

基于UGNX6.0的海德漢雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸后處理研究

李立軍，孫偉

(三峽大學(xué)機(jī)械與材料學(xué)院，湖北宜昌 443002)

基于UGNX6.0軟件平臺(tái)，研究了海德漢雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸后處理器的開發(fā)過(guò)程和方法。以哈默C20U五軸立式加工中心為例，詳細(xì)地介紹了利用UG/Post創(chuàng)建海德漢五軸后處理的過(guò)程，并利用Vericut驗(yàn)證了該后處理的正確性。

UG/Post;五軸后處理器

1 UG后處理簡(jiǎn)介

無(wú)論哪一種CAM軟件，其主要用途都是生成在機(jī)床上加工零件的刀具軌跡 (簡(jiǎn)稱刀軌)。一般來(lái)說(shuō)，CAM軟件內(nèi)部產(chǎn)生的刀軌不能直接傳輸?shù)綑C(jī)床上進(jìn)行加工，因?yàn)闄C(jī)床的類型很多，每種類型的機(jī)床都有其獨(dú)特的硬件性能和要求，比如它可以有垂直或是水平的主軸、可以多軸聯(lián)動(dòng)等。此外，每種機(jī)床又受其控制器的控制，控制器接受刀路文件并指揮刀具的運(yùn)動(dòng)或其他的行為 (比如冷卻液的開關(guān))，但控制器也無(wú)法接受這種未經(jīng)格式化的刀路文件，因此，刀路文件必須被修改成適合于不同機(jī)床/控制器的特定參數(shù)，這種修改就是所謂的后處理［5］。

UG系統(tǒng)提供了一般性的后處理器程序——UG/Post，它使用UG內(nèi)部刀軌數(shù)據(jù)作為輸入，經(jīng)后處理后輸出機(jī)床能夠識(shí)別的NC代碼。UG/Post有很強(qiáng)的用戶化能力，它能適應(yīng)從非常簡(jiǎn)單到任意復(fù)雜的機(jī)床及其控制系統(tǒng)的后處理。雖然UG本身也自帶一些后處理文件，但處理出來(lái)的格式大多不符合要求 (或者即使符合要求，但是與即將用來(lái)加工的機(jī)床和控制系統(tǒng)不配套)，所以一般都需要根據(jù)實(shí)際情況自己定制或者到網(wǎng)上下載與機(jī)床系統(tǒng)相符的后處理。

2 UG后處理一般流程［1］

UG的后處理程序是UG/Post，它主要由事件生成器、事件處理器、定義文件和輸出文件等4個(gè)元素組成，其工作過(guò)程大致如下:事件生成器從頭至尾掃描整個(gè)UG刀具軌跡數(shù)據(jù)，提取出每一個(gè)事件及其相關(guān)參數(shù)信息，并把它們傳遞給MOM去處理;然后，MOM傳送每一事件及其相關(guān)參數(shù)給用戶預(yù)先開發(fā)好的事件處理器，并由事件處理器根據(jù)本身的內(nèi)容來(lái)決定對(duì)每一事件如何進(jìn)行處理;接著事件處理器返回?cái)?shù)據(jù)給MOM作為其輸出，MOM讀取定義文件的內(nèi)容來(lái)決定輸出數(shù)據(jù)如何進(jìn)行格式化;最后，MOM把格式化好的輸出數(shù)據(jù)寫入指定的輸出文件中。具體工作流程見(jiàn)圖1。

圖1 UG/Post的工作過(guò)程示意圖

3 定制海德漢雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸后處理的過(guò)程

(1)依次單擊“開始”→“所有程序”→“UGSNX6.0”→“加工工具”→“后處理構(gòu)造器”，彈出“UG/Post Builder”對(duì)話框，再選擇“File”→“New”，創(chuàng)建一個(gè)名稱為“C20UAxis_post”的后處理器 (為便于敘述，選取哈默C20U五軸立式加工中心為例)。在“Post Output Unit”中選擇“Millimeters”，即公制;然后將“Machine Tool”選項(xiàng)選擇為“Mill”和 “5-Axis with Dual Rotary Tables”，即創(chuàng)建的后處理器是一臺(tái)雙轉(zhuǎn)臺(tái)的五軸數(shù)控機(jī)床的后處理器;其控制系統(tǒng)為hei530，所以“Controller”選擇為“Library”，再在其下拉菜單中選擇“heidenhain_conversational”［4］。最后，選擇合適的控制系統(tǒng)，因?yàn)榧庸ぴ摿慵捎玫氖枪珻20U五軸立式加工中心。

(2)輸入機(jī)床參數(shù)

根據(jù)哈默C20U五軸立式加工中心手冊(cè)，將其相關(guān)參數(shù)輸入到建立后處理器中。具體相關(guān)參數(shù)有各軸最大行程、最大進(jìn)給速率、重復(fù)定位精度，其中“Output Cirecular Record”選項(xiàng)需選擇為“No”，即加工圓弧時(shí)采用直線逼近，如果選擇“Yes”，則在加工圓弧時(shí)采用圓弧輸出，對(duì)于海德漢控制系統(tǒng)，一般不采用圓弧輸出，所以此處選擇為“No”。具體如圖2所示。

圖2 機(jī)床參數(shù)的選擇

由于五軸雙轉(zhuǎn)臺(tái)數(shù)控銑床增加了A、C軸，所以需要對(duì)其第4軸和第5軸的行程進(jìn)行設(shè)置。將第4軸的“Axis limits(Deg)”中的Minimum設(shè)置為－110，Maximum設(shè)置為120，即A軸的行程為－110°～120°;同理，將第5軸的行程設(shè)置為0°～360°。由于Heidenhain ITNC530控制系統(tǒng)有自動(dòng)補(bǔ)償機(jī)械幾何(RTCP)功能，所有將第4、5軸的“樞軸距離”設(shè)為0，X、Y、Z方向偏置也都設(shè)為0。最后，也是至關(guān)重要的一步，單擊“Rotary Axis”中的Configure，設(shè)置彈出的對(duì)話框中的各個(gè)參數(shù)如圖3所示，如果機(jī)床不是AC軸，則需要對(duì)其做修改。單擊“Display Machine Tool”，可以查看機(jī)床第4、5軸的運(yùn)動(dòng)方向，如圖4所示。

圖3 第4、5軸旋轉(zhuǎn)平面的設(shè)置

圖4 機(jī)床模型

(3)程序頭、自動(dòng)換刀、程序尾的設(shè)置［3］

①程序頭設(shè)置

選擇NX/Post Builder的Program and Tool Path中的Program子頁(yè)，在左側(cè)窗口選擇“Program Start Sequence”，進(jìn) 行 “Start of Program”的 修 改。將“MOM_set_seq_on”刪除，再將“MOM_set_seq_off”添加到相應(yīng)的位置，即取消程序行號(hào)。單擊“BEGIN PMG 100$mom_output_unit”進(jìn)行編輯，將其修改為“BEGIN PGM$mom_output_file_basename MM”，即在程序頭輸入加工零件的名稱。系統(tǒng)自動(dòng)生成的兩條指令為“BLK FORM 0.1 Z X0.0 Y0.0 Z－20.0”和“BLK FORM 0.2 X100.0 Y100.0 Z0.0”，這兩條指令是用來(lái)定義毛坯的，當(dāng)加工零件不同，毛坯自然不同，所以需要對(duì)這兩條指令進(jìn)行修改。一般毛坯的定義方式有以下兩種，如圖5所示。

圖5 毛坯輪廓的定義

如圖5(a)所示，加工坐標(biāo)系處于工件的角落，則對(duì)毛坯的定義指令應(yīng)為“BLK FORM 0.1 Z X0.0 Y0.0 Z－40.0”和 “BLK FORM 0.2 X100.0 Y100.0 Z0.0”;對(duì)于圖5(b)，加工坐標(biāo)系處于工件頂部中心，則對(duì)毛坯的定義指令應(yīng)為“BLK FORM 0.1 Z X－50.0 Y－500.0 Z－40.0”和 “BLK FORM 0.2 X50.0 Y50.0 Z0.0”。

然后以同樣的方式添加M127(取消旋轉(zhuǎn)軸短路徑運(yùn)動(dòng))、M129(取消用旋轉(zhuǎn)軸定位時(shí)保持刀尖位置)、CYCL DEF 7.0 DATUM SHIFT、CYCL DEF 7.1 X+0、CYCL DEF 7.2 Y+0、CYCL DEF 7.3 Z+0(循環(huán)加工坐標(biāo)平移指令，也可采用“CYCL DEF 19.0”旋轉(zhuǎn)指令，或者兩者配合使用)。

②操作頭設(shè)置

左側(cè)窗口選擇“Operation Start of Sequence”，刪除“Initial Move”和“Manual Tool Change”中的系統(tǒng)自動(dòng)生成的指令，選擇“Start of Path”，將“PB_CMD_start_of_operation_force”添加到其后。為了方便程序的檢查，可以將每一加工操作的名稱在操作開始時(shí)輸出，其具體步驟為將下拉窗口中的“Operator Message”添加到上一步操作之后，然后在彈出的對(duì)話框中輸入“$mom_path_name”，則后處理生成的數(shù)控程序每一加工操作之后將會(huì)顯示加工名稱 (如文中最后給出的數(shù)控程序所示)。然后，添加“TOOLCALL ZSDL+0 DR+0”(調(diào)用刀具，添加刀具長(zhǎng)度、圓角半徑補(bǔ)償)、“L M3”、“L M126”(旋轉(zhuǎn)軸短路徑運(yùn)動(dòng))、“L M128 F 1000;TCPM ON”(用旋轉(zhuǎn)軸定位時(shí)保持刀尖位置)。由于不同的機(jī)床其常用加工指令不同，有些數(shù)控機(jī)床對(duì)以上M126～M129指令不能識(shí)別，而有些數(shù)控機(jī)床對(duì)M94(旋轉(zhuǎn)軸顯示值減小到360°以內(nèi))、M114(用傾斜軸自動(dòng)補(bǔ)償機(jī)床幾何特征)有特定要求，所以在操作頭的時(shí)候就需要根據(jù)機(jī)床特性對(duì)這些指令做取舍［6］。

由于使用了刀具調(diào)用指令，所以在更換刀具的時(shí)候?qū)Φ毒咦鱿鄳?yīng)的解釋是很有必要的。將下拉窗口中的“Custom Command”指令拖到“TOOL CALL Z S DL+0 DR+0”之后，將彈出的窗口名稱改為“tool_info”，在窗口中輸入以下信息:

這些指令的加入可以使生成的數(shù)控程序中在換刀時(shí)顯示刀具的一些信息 (見(jiàn)文中最后給出的數(shù)控程序)，不過(guò)，如果下一步操作跟上一步操作使用的是同一把刀具則不會(huì)顯示換刀信息。如果要進(jìn)行手動(dòng)換刀，可以在UG/CAM的換刀設(shè)置中手動(dòng)換刀前面打上對(duì)勾。

③操作結(jié)束指令的選擇

在左側(cè)窗口選擇“Operation End Sequence”，在右側(cè)下拉窗口將“New Block”添加到“End of Path”右側(cè)，在彈出的對(duì)話框中添加一條“Text”指令，輸入“L Z10 FMAX M91”，即加工結(jié)束后返回安全平面。然后用同樣的方式添加一條指令“L A+0.0 C+0.0 FMAX”，即各旋轉(zhuǎn)軸回零。新增一條“Custom Command”指令以指定在進(jìn)行換刀的時(shí)候主軸停轉(zhuǎn)，切削液關(guān)，所以在彈出的窗口中輸入如下程序:

在左側(cè)窗口選擇“Program End Sequence”，在“M30”指令之前添加“M5”、 “M9”，在其后添加“LM126”、“L A0 C0 FMAX”和“END PGM$mom_output_basename MM”。再將右側(cè)下拉窗口中的“custom_command”添加到“END PGM$mom_output_basename MM”指令后面，在彈出的對(duì)話框中將名稱修改為“machine_time”，在窗口中輸入以下程序使程序結(jié)束后輸出加工時(shí)間。

選擇“Program＆Tool Path”→“Word Summary”，在里面可以找到任意G代碼、M代碼、N、XYZ等指令，可以對(duì)其格式進(jìn)行修改。比如已知所用到的數(shù)控機(jī)床重復(fù)定位精度為“0.006”的情況下，將“XYZR”指令修改為小數(shù)點(diǎn)后兩位以滿足機(jī)床加工精度要求。另外，對(duì)于“Tool Path”中的直線運(yùn)動(dòng)和快速運(yùn)動(dòng)也需要添加一些相應(yīng)的指令及修改某些指令的格式以滿足機(jī)床及控制系統(tǒng)的要求。

UG后處理還有一個(gè)比較便捷的功能，即編制的“Custom Command”指令可以儲(chǔ)存起來(lái)，這樣以后再創(chuàng)建任意一臺(tái)機(jī)床加工某一零件時(shí)都可以調(diào)用該指令，避免了程序的編寫。以換刀時(shí)顯示刀具信息為例，選擇“Program＆Tool Path”→“Custom Command”→“Export”，找到創(chuàng)建的“PB_CMD_tool_info”指令，雙擊選中，然后將其保存在UG安裝程序文件夾的“custom command”文件夾中就可以了。

(4)以文中開發(fā)的海德漢雙轉(zhuǎn)臺(tái)AC軸后處理器生成的某一葉輪零件加工的程序如下 (部分):

4 結(jié)論

由CAM軟件生成的刀軌文件必須經(jīng)過(guò)后處理才能生成機(jī)床控制系統(tǒng)認(rèn)可的NC程序。而對(duì)于不同的數(shù)控機(jī)床，具有各自不同的特征、不同的控制系統(tǒng)，由UG自帶后處理器生成的數(shù)控代碼并不能滿足要求，須通過(guò)UG/Post來(lái)創(chuàng)建合適的后處理器。文中以哈默C20U五軸立式加工中心為例，結(jié)合TCL語(yǔ)言，系統(tǒng)地闡述了海德漢雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸后處理器開發(fā)過(guò)程，并對(duì)相應(yīng)的指令做了詳細(xì)的解釋，生成的數(shù)控程序在VERICUT中進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，證明了該后處理器的正確性，同時(shí)為其他種類的數(shù)控機(jī)床五軸后處理器的開發(fā)提供了指導(dǎo)。

［1］趙雪玉.UG/POST后處理綜述［J］.CAD/CAM 與制造業(yè)信息化，2005(8):90 －93.

［2］艾建軍，劉建敏，許東太.五軸數(shù)控加工中心UGNX后處理研究［J］.煤礦機(jī)械，2010，31(2):198－200.

［3］劉鏑時(shí).用UGPost創(chuàng)建AB_8400MP數(shù)控系統(tǒng)后處理文件［J］.CAD/CAM 與制造業(yè)信息化，2006(11):76－77.

［4］楊華明.基于UG NX4華中數(shù)控四軸后處理技術(shù)的研究［J］.機(jī)床與液壓，2012，40(4):102 －103.

［5］張海軍，金永福.基于UG/Post創(chuàng)建數(shù)控系統(tǒng)后處理器［J］.現(xiàn)代機(jī)械，2008(3):78 －80.

［6］曾強(qiáng).基于UG的Heidenhain系統(tǒng)五軸專用后置處理器研究［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2012(8):1913－1916.

Research of Postprocessor for Heidenhain Dual-table Five-axis Machine Based on UGNX6.0

LILijun，SUNWei
(College of Mechanical＆ Material Engineering，China Three Gorges University，Yichan Hubei443002，China)

Based on UGNX6.0 software platform，the process andmethod of dual-table postprocessor that configuring heidenhain control system were researched.Taking C20U five-axis vertical machining centre as example，the process with UG/Post was introduced detailedly and VERICUT was used to verify the correctness of the postprocessor.

UG/Post;Five-axis postprocessor

TH164

B

1001－3881(2014)10－122－4

10.3969/j.issn.1001 －3881.2014.10.037

2013－04－12

三峽大學(xué)研究生科研創(chuàng)新基金資助項(xiàng)目 (2012CX030)

李立軍 (1971—)，男，博士，副教授，研究方向?yàn)槌芗庸?。E－mail:llj@ctgu.edu.cn。