UG8.5/Post Builder模塊五軸數(shù)控機(jī)床后置處理過(guò)程研究*

□ 王文凱 □ 黃 杰 □ 彭?yè)Q新 □ 周 亞 □ 張 瞳

南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院 南京 210023

隨著加工零件的復(fù)雜性以及加工精度的提高，必將對(duì)加工技術(shù)提出越來(lái)越高的要求。傳統(tǒng)意義上的加工手段與方式已經(jīng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜空間曲面的加工，而五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床能用于加工葉輪、葉片等復(fù)雜空間曲面。

目前，五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床按結(jié)構(gòu)不同分為3種，即：雙轉(zhuǎn)臺(tái)、雙轉(zhuǎn)頭和一轉(zhuǎn)一擺，如圖1（a）～（c）所示。

五軸數(shù)控加工與傳統(tǒng)三軸數(shù)控加工相比，刀具性能得到很大改善，延長(zhǎng)了刀具壽命，簡(jiǎn)化了加工工序，縮短了裝夾時(shí)間，無(wú)需專用夾具，節(jié)省了加工成本，生產(chǎn)集中化，提高了表面質(zhì)量與加工精度，有效提高了加工效率和生產(chǎn)效率。

五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的加工特點(diǎn)：①加工復(fù)雜空間曲面及平滑、連續(xù)的復(fù)雜型面具有明顯優(yōu)勢(shì)，如葉片、葉輪等；②大大提高曲面的加工精度和效率，在加工過(guò)程中，不斷調(diào)整刀具與工件的相對(duì)位置，從而實(shí)現(xiàn)始終在最佳切削點(diǎn)上進(jìn)行切削；③一次裝夾工件完成所有加工，提高了效率，降低了成本［1］。

五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的后置處理是指將前置處理所計(jì)算的空間點(diǎn)轉(zhuǎn)換成具體機(jī)床的程序代碼，用于五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床加工，后置處理的根本任務(wù)是將空間點(diǎn)變換成機(jī)床各軸的運(yùn)動(dòng)代碼，使之能應(yīng)用于五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的加工程序，即數(shù)控加工的 NC 代碼［2］。

五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的控制、操作、編程的復(fù)雜性決定了后置處理的復(fù)雜性與關(guān)鍵性，后置處理的程序直接決定了五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的加工安全、加工質(zhì)量、加工精度及加工效率。因此，五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的后置處理是核心環(huán)節(jié)，五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床對(duì)后置處理提出了非常高的要求，機(jī)床結(jié)構(gòu)與種類的多樣性決定了后置處理的復(fù)雜性與多樣性。

1 UG8.5/Post Builder構(gòu)造后置處理的基本流程

UG8.5/Post Builder內(nèi)部提供數(shù)控系統(tǒng)后置處理器，根據(jù)所使用的機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)與機(jī)床結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行后置處理定制，再根據(jù)具體的使用要求定制所需的后置處理參數(shù)。后置處理編輯模塊是針對(duì)不同類型五軸加工中心選擇相應(yīng)的數(shù)控系統(tǒng)，設(shè)置各類參數(shù)，如機(jī)床參數(shù)、程序開(kāi)頭和結(jié)尾、刀軌參數(shù)、NC代碼格式等，按機(jī)床類型的不同，在程序的相應(yīng)位置添加或修改G代碼和M代碼指令。UG8.5/Post Builder8.5構(gòu)造后置處理主要生成3個(gè)文件：PUI文件（后處理構(gòu)造器用戶界面文件），TCL文件（事件處理文件），DEF文件（后處理格式定義文件）。

筆者用UG8.5/Post Builder8.5內(nèi)部提供的后置處理模板，設(shè)定機(jī)床參數(shù)、程序和刀軌參數(shù)、NC代碼格式等從而構(gòu)造五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的后置處理模塊。UG8.5/Post Builder構(gòu)造后置處理的基本流程如圖2所示。

▲圖1 五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的不同結(jié)構(gòu)

2 UG8.5/Post Builder構(gòu)造后置處理模塊關(guān)鍵步驟

（1）設(shè)置五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床參數(shù)。雙轉(zhuǎn)臺(tái) （XYZ+AC）五軸機(jī)床參數(shù)設(shè)置：Output Circular Record—輸出圓形記錄，設(shè)置是否輸出圓弧插補(bǔ)；Linear Axis Travel Limits—線性軸行程限制設(shè)置；Home Position—回 零 位 置 ；Linear Motion Resolution—線性運(yùn)動(dòng)分辨率；Traversal Feed Rate—移刀進(jìn)給率；Initial Spindle Axis—初始主軸設(shè)置；Rotary Axis Configure—旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置，如圖3所示。

（2）設(shè)置自動(dòng)換刀、主軸停止、冷卻關(guān)閉、備刀參數(shù)，如圖4所示。

（3）設(shè)置直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)以及快速移動(dòng)具體參數(shù)，如圖5（a）～（d）所示。

根據(jù)不同機(jī)床的配置，后置處理后生成的程序文件（NC 文件）后綴可以分為 nc、lpt、ptp、mpf等后綴名，適用不同的數(shù)控系統(tǒng)。完成上述設(shè)置后，后處理構(gòu)造器將生成3個(gè)后置處理文件：后置處理格式定義文件（.def），事件處理文件（.tcl），后置處理用戶界面文件（.pui）。由此，新編輯的后置處理模塊構(gòu)造完成。

3 葉輪加工驗(yàn)證后置處理模塊

葉輪是最典型的五軸聯(lián)動(dòng)加工零件之一，如圖6所示。以葉輪三維模型為實(shí)例，表面粗糙度要求為Ra3.2，采用Huron K2X8 Five五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工，毛坯采用直徑60 mm、長(zhǎng)度100 mm的圓柱形鋁料，加工工藝見(jiàn)表1。

根據(jù)葉輪三維模型的特點(diǎn)，按照加工工藝的設(shè)計(jì)原則，確定加工工序及切削參數(shù)，由于葉輪是五軸數(shù)控加工的典型零件，在CAM模塊中，有專用加工葉輪的加工策略，該葉輪主要由葉盤(pán)區(qū)域清除、分流葉片精加工、葉片精加工、輪轂精加工等工序組成，主要參數(shù)切入切出采用延伸移動(dòng)，短連接采用圓形圓弧連接，長(zhǎng)連接采用掠過(guò)，刀軸仰角采用徑向矢量角度為10°，加工方法采用偏置合并，順銑方式。葉盤(pán)區(qū)域清除加工如圖7所示，分流葉片精加工如圖8所示，葉片精加工如圖9所示；輪轂精加工，如圖10所示。

圖3 AC旋轉(zhuǎn)軸的五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床設(shè)置

▲圖4 自動(dòng)換刀參數(shù)設(shè)置

表1 葉輪加工工藝參數(shù)

▲圖5 直線、圓弧插補(bǔ)以及快速移動(dòng)參數(shù)設(shè)置

▲圖6 葉輪三維模型

▲圖7 葉盤(pán)區(qū)域清除

▲圖8 分流葉片精加工

4 仿真檢驗(yàn)與實(shí)際加工結(jié)果

采用UG8.5/Post Builder軟件的CAM模塊對(duì)葉輪進(jìn)行處理，合理選擇加工策略和正確設(shè)置各項(xiàng)加工參數(shù)，生成了優(yōu)化的加工刀軌，進(jìn)行了仿真加工，運(yùn)用前面生成的后置處理模塊進(jìn)行葉輪的后置處理，并自動(dòng)生成了NC加工程序。

利用PowerMILL中安裝匹配的虛擬五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床對(duì)生成的NC程序進(jìn)行碰撞和過(guò)切檢測(cè)，檢測(cè)無(wú)誤后的程序在Huron K2X8 Five五軸數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行葉輪實(shí)際加工，經(jīng)三坐標(biāo)測(cè)量，加工結(jié)果完全符合要求。Huron K2X8 Five五軸數(shù)控機(jī)床如圖11所示，PowerMILL虛擬機(jī)床如圖12所示，葉輪實(shí)際加工結(jié)果如圖13所示。

▲圖9 葉片精加工

▲圖10 輪轂精加工

▲圖11 Huron五軸機(jī)床

▲圖12 PowerMILL中的虛擬機(jī)床

圖13 葉輪實(shí)際加工結(jié)果

5 總結(jié)

根據(jù)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的類型與參數(shù)，按照筆者構(gòu)造后置處理模塊的流程與參數(shù)設(shè)置，利用UG8.5/Post Builder后置處理構(gòu)造器構(gòu)造的后置處理模塊，通過(guò)在Huron K2X8 Five五軸數(shù)控機(jī)床上對(duì)葉輪的實(shí)際加工與檢測(cè)，加工結(jié)果完全符合要求，實(shí)踐證明，該方法構(gòu)造的后置處理模塊完全滿足實(shí)際加工的需要，以此類推，統(tǒng)一該構(gòu)造后置處理的方法，也能構(gòu)造出其它類型與參數(shù)的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的后置處理模塊。

［1］孫國(guó)平.基于UG的五軸加工中心的后處理［D］.無(wú)錫：江南大學(xué)，2009.

［2］謝曉亮.基于UG的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的后置處理系統(tǒng)研究［D］.武漢：華中科技大學(xué)，2009.

［3］宋明，張雪玓，倪立明.五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床后處理程序編制［J］.機(jī)械工藝師，2001（3）：12-13.