基于Edgecam 的五軸機(jī)床后處理研究

李鐵鋼

(1.沈陽工程學(xué)院機(jī)械學(xué)院，遼寧沈陽 110136;2.Edgecam China，北京 100086)

Edgecam 是由英國Pathtrace 工程系統(tǒng)公司開發(fā)的一套智能數(shù)控編程系統(tǒng)，主要應(yīng)用在數(shù)控銑、數(shù)控車、數(shù)控線切割以及車銑復(fù)合等領(lǐng)域［1］。Edgecam 已經(jīng)成為全球最著名的數(shù)控編程軟件之一，在獨(dú)立的CAM 系統(tǒng)中，其客戶數(shù)量居全球第二位。

后置處理是將CAD 模型、CAM 操作步、刀具數(shù)據(jù)和機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)配置文件綜合運(yùn)算生成具體數(shù)控系統(tǒng)機(jī)床指令的過程，后置處理結(jié)果和速度直接影響數(shù)控編程的質(zhì)量和效率。

針對(duì)Edgecam 后置處理問題，提出了后置處理流程，并研究了構(gòu)造后置處理器的機(jī)床建模、運(yùn)動(dòng)變換和后處理器定制等關(guān)鍵技術(shù)。

1 關(guān)鍵技術(shù)

1.1 后置處理流程

基于CAM 軟件數(shù)控編程的后置處理方法有3 種:第1 種方法是使用商品化的通用后置處理器，如加拿大ICAM 公司的CAMPOST 等，后置處理簡(jiǎn)單但軟件價(jià)值昂貴;第2 種方法是利用軟件自帶的后置處理構(gòu)造器進(jìn)行后置處理;第3 種方法是針對(duì)通用前置文件利用C++語言自編后置處理器［2］。

Edgecam 未向外界公開前置刀位文件的數(shù)據(jù)信息，集成制造環(huán)境不能生成刀位數(shù)據(jù)文件，只能利用自帶的后置處理構(gòu)造器CodeWizard 生成CGD 文件，供CAM 模塊調(diào)用進(jìn)行后置處理。具體的后置處理流程如圖1 所示。

圖1 Edgecam 后置處理流程

1.2 機(jī)床建模

數(shù)控機(jī)床加工程序取決于數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床的結(jié)構(gòu)，常規(guī)數(shù)控機(jī)床從結(jié)構(gòu)上看是一個(gè)典型的串聯(lián)系統(tǒng)，CodeWizard 中機(jī)床模型主要由運(yùn)動(dòng)模型和幾何模型組成［3］，運(yùn)動(dòng)模型表征機(jī)床結(jié)構(gòu)部件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，包括X、Y、Z、A、B、C 軸，刀具軸等;幾何模型利用三維實(shí)體表示機(jī)床的床身、工作臺(tái)、立柱、橫梁、主軸、刀具和轉(zhuǎn)臺(tái)等典型結(jié)構(gòu)。機(jī)床模型利用運(yùn)動(dòng)變換關(guān)系反映實(shí)際機(jī)床的虛擬運(yùn)動(dòng)，利用造型軟件創(chuàng)建機(jī)床各零部件模型，然后裝配(也可在Edgecam 里進(jìn)行裝配)，對(duì)于一些與運(yùn)動(dòng)無關(guān)的部件可以簡(jiǎn)化造型。用Edgecam 打開裝配好的模型，調(diào)整機(jī)床模型零件使其CPL (Coordinate Position Location，坐標(biāo)系)位于主軸端面上。

每個(gè)基礎(chǔ)部件的模型坐標(biāo)系CPL 應(yīng)該位于轉(zhuǎn)動(dòng)中心處，通過測(cè)量與機(jī)床坐標(biāo)系的偏置數(shù)據(jù)后輸入軸屬性的定位數(shù)據(jù)X、Y 和Z 中，通過軸行程的最大和最小值限制運(yùn)動(dòng)的“軟行程”。

1.3 運(yùn)動(dòng)變換

由典型數(shù)控系統(tǒng)知，五軸加工的角度坐標(biāo)指令格式有ABC 和ijk 兩種格式，ABC 分別代表旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的角度，ijk 矢量模式通過空間刀軸表示其方向。機(jī)床角度部件模型的結(jié)構(gòu)有擺頭、轉(zhuǎn)臺(tái)和傾斜轉(zhuǎn)臺(tái)等多種形式。五軸加工生成的NC 代碼中的坐標(biāo)點(diǎn)有多種類型，最常用的是刀尖點(diǎn)絕對(duì)坐標(biāo)模式，也就是說生成代碼中的X、Y 和Z 坐標(biāo)點(diǎn)與刀尖點(diǎn)(即刀位點(diǎn))一一對(duì)應(yīng)，對(duì)刀時(shí)將刀尖與編程原點(diǎn)重合即可。

如圖2 所示，對(duì)于一些五坐標(biāo)設(shè)備，有些可能采用回轉(zhuǎn)中心絕對(duì)坐標(biāo)模式，程序中的X、Y 和Z 坐標(biāo)點(diǎn)并不在刀具上，而是在旋轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)中心上，這樣一來，刀尖點(diǎn)的位移實(shí)際上是通過旋轉(zhuǎn)角度、刀長(L2)、主軸端面到回轉(zhuǎn)中心的距離(L1)三者換算而來。

圖2 回轉(zhuǎn)中心絕對(duì)坐標(biāo)模式

運(yùn)動(dòng)變換是將CAM 操作的刀位點(diǎn)P0(x0，y0，z0，i，j，k)計(jì)算為在線測(cè)量的機(jī)床坐標(biāo)，設(shè)機(jī)床坐標(biāo)形式為P(x，y，z，A，B)，屬于回轉(zhuǎn)中心絕對(duì)坐標(biāo)模式，機(jī)床轉(zhuǎn)心距為L1+L2，則變換關(guān)系式如下［4-5］:

1.4 后處理器定制

啟動(dòng)CodeWizard 后，需要選擇機(jī)床的結(jié)構(gòu)類型和標(biāo)準(zhǔn)模板，后處理器的配置過程主要包括機(jī)床參數(shù)設(shè)置、樣式表、NC 樣式表、代碼構(gòu)造器和M 功能等5 個(gè)主要步驟。

機(jī)床參數(shù)為數(shù)控機(jī)床的硬件參數(shù)，包括處理數(shù)據(jù)的單位、文件擴(kuò)展名、進(jìn)給率、螺旋插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、多平面坐標(biāo)系選定、旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)輸出選項(xiàng)、五軸坐標(biāo)模式、傾斜雙轉(zhuǎn)臺(tái)輸出模式、主軸設(shè)置、轉(zhuǎn)塔設(shè)置和變速擋位指令設(shè)置等;樣式表設(shè)置每個(gè)出現(xiàn)在NC代碼中的字母的含義、格式和精確度等內(nèi)容;NC 樣式表規(guī)定G 和其他代碼及模態(tài)選項(xiàng);代碼構(gòu)造器設(shè)定了生成NC 代碼的語法結(jié)構(gòu)，配置NC 代碼中每個(gè)語句的前后次序和組成，包括跟蹤程序開始部分、直線插補(bǔ)、換刀后快速移動(dòng)等NC 程序每一部分的內(nèi)容;M 指令從M00～M99，除數(shù)控機(jī)床通用的十幾個(gè)指令外，大多數(shù)不指定功能，是數(shù)控機(jī)床廠家自主配置最多的指令，使用戶能夠根據(jù)自己機(jī)床的特殊功能定義一些特殊的M 功能。

完成定制后保存設(shè)置，利用菜單“主菜單→文件→另存為”命令保存當(dāng)前CGD 文件，而后進(jìn)行編譯自動(dòng)生成后處理模板文件。在進(jìn)入CAM 加工模式時(shí)，選擇此后處理模板生成機(jī)床加工用程序。

2 應(yīng)用實(shí)例

某數(shù)控五坐標(biāo)機(jī)床，控制系統(tǒng)為西門子840D，機(jī)床坐標(biāo)為X、Y、B 和C，行程見表1。

表1 機(jī)床行程

后置處理器建立的模型和設(shè)置如圖3 所示。

圖3 后置處理器建立的模型和設(shè)置

3 結(jié)束語

選擇典型的球形件進(jìn)行處理驗(yàn)證，通過比較生成的文件數(shù)據(jù)點(diǎn)和CAM 中的數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了處理器的正確。經(jīng)過實(shí)際零件切削加工，得到了合格的產(chǎn)品。

［1］韓慶瑤，韓芝龍，路世強(qiáng).基于EdgeCAM 的數(shù)控加工技術(shù)在模具加工中的應(yīng)用［J］.機(jī)床與液壓，2009，37(6):214 -216.

［2］李鐵鋼.基于UG 的后置處理和加工仿真技術(shù)研究［J］.工具技術(shù)，2012，46(8):30 -32.

［3］李鐵鋼.5 -基于VERICUT 的結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工仿真研究［J］.煤礦機(jī)械，2009，30(8):109 -111.

［4］李鐵鋼.基于UG Postbuilder 的五軸后置處理器設(shè)計(jì)［J］.機(jī)床與液壓，2009，31(10):72 -74.

［5］RAO Yunqing，HUANG Gang，LI Peigen，et al.An Integrated Manufacturing Information System for Mass Sheet Metal Cutting［J］.Int J Adv Manuf Technol，2007，33:436 -448.