基于UG8.5的XCV—855加工中心后置處理優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

葉選林

摘要：針對(duì)XCV-855加工中心四軸機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及NC程序的要求，闡述了在UG/Post Builder通用后置處理文件基礎(chǔ)上，配置了FANUC數(shù)控系統(tǒng)，設(shè)定了機(jī)床參數(shù)、程序頭、尾及相關(guān)刀軌參數(shù)，采用tcl語(yǔ)言編寫了程序在相應(yīng)位置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)添加了M10/M11、M29等指令的功能，制定出符合XCV-855機(jī)床需求的后置處理文件。并以濾咀排列鼓的實(shí)際加工過(guò)程為例，檢驗(yàn)制定出來(lái)的后置處理文件的正確性，通過(guò)實(shí)踐結(jié)果表明，加工的過(guò)程沒(méi)有出現(xiàn)報(bào)警，而且加工的零件能滿足規(guī)定的精度要求，從而驗(yàn)證后置處理文件的正確性。

Abstract： According to the structural characteristics of the four-axis machine tool of XCV-855 machining center and the requirements of NC program， the FANUC numerical control system is configured based on the general post-processing file of UG/Post Builder， and the machine parameters and program head are set. The tail and related toolpath parameters are written in tcl language. The program automatically adds M10/M11， M29 and other commands to the corresponding position， and develops post-processing files that meet the XCV-855 machine tool requirements. Taking the actual processing of the drums as an example， the correctness of the developed post-processing documents is verified. The practice results show that there is no alarm in the processing process， and the processed parts can meet the specified accuracy requirements， thus verifying the correctness of of post processing file.

關(guān)鍵詞：UG8.5；后置處理；優(yōu)化設(shè)計(jì)；XCV-855加工中心

Key words： UG8.5；post processing；optimal design；XCV-855 machining center

中圖分類號(hào)：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2019）02-0098-05

0 引言

隨著CAD/CAM技術(shù)的迅速發(fā)展，UG軟件在制造領(lǐng)域占據(jù)了很大市場(chǎng)，但由于市場(chǎng)上數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)和數(shù)控系統(tǒng)的多樣性，造成了不同機(jī)床針對(duì)NC代碼的格式有不相同要求，UG軟件自附的后置處理文件生成的NC程序不能完全地滿足實(shí)際生產(chǎn)要求，還需要做大量的修改工作，嚴(yán)重地影響加工效率，為提高自動(dòng)編程效率，充分發(fā)揮自動(dòng)編程的優(yōu)勢(shì)，解決好UG軟件后置處理文件優(yōu)化、修改等問(wèn)題，文章擬在UG8.5軟件自附后處理文件的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改、優(yōu)化，制定出符合XCV-855立式加工中心的后置處理文件，即通過(guò)此后置處理文件生成的NC程序不需要修改，可以直接上傳至XCV-855立式加工中心，并通過(guò)濾咀排列鼓產(chǎn)品加工驗(yàn)證了該后置處理文件的正確性。

1 四軸機(jī)床結(jié)構(gòu)和程序格式特點(diǎn)分析及問(wèn)題提出

1.1 XCV-855加工中心結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及相關(guān)參數(shù)

XCV-855為立式加工中心，配置FANUC數(shù)控系統(tǒng)，采用三軸直線機(jī)床加第四軸數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)的形式，第四軸數(shù)控回轉(zhuǎn)軸為A軸，X軸、Y軸、Z軸的工作行程分別為850mm、500mm、500mm；回轉(zhuǎn)軸A軸的行程為9999.999°～99999.999°；機(jī)床的工作臺(tái)面大小尺寸為950mm×500 mm；主軸最大轉(zhuǎn)速8000r/min；功率7.5kW，刀庫(kù)容量16把刀。

機(jī)床的結(jié)構(gòu)及各運(yùn)動(dòng)軸的行程參數(shù)，是后處理內(nèi)容的核心，因?yàn)樵趦?yōu)化UG8.5后置處理文件時(shí)，需要把機(jī)床的X軸、Y軸、Z軸、A軸的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，控制系統(tǒng)是決定了NC程序結(jié)構(gòu)（程序頭、程序尾）及程序中G代碼、M代碼的格式。因此，在進(jìn)行機(jī)床后處理文件構(gòu)建之前，必須充分了解機(jī)床的結(jié)構(gòu)參數(shù)和控制系統(tǒng)，才能保證運(yùn)行后處理出來(lái)的NC程序能滿足機(jī)床安全性及系統(tǒng)兼容性的要求。

1.2 XCV-855加工中心程序格式要求及特點(diǎn)

①XCV-855機(jī)床NC程序格式包括程序名、程序頭、取消上一次加工的循環(huán)指令、刀具半徑補(bǔ)償、長(zhǎng)度補(bǔ)償、坐標(biāo)系代碼、回參考點(diǎn)指令、換刀指令、加工過(guò)程代碼、切削循環(huán)代碼和程序結(jié)尾等部分組成，F(xiàn)ANUC數(shù)控系統(tǒng)的程序名以%開頭，程序名為以o開頭后面帶4位整數(shù)，如o1234。②四軸功能：手動(dòng)或手輪方式下控制第四軸旋轉(zhuǎn)，在自動(dòng)和MDI的方式下，用程序控制第四軸旋轉(zhuǎn)，M10、M11指令控制旋轉(zhuǎn)控制臺(tái)的夾緊與放松，并且旋轉(zhuǎn)臺(tái)松開的狀態(tài)下才能旋轉(zhuǎn)，即在NC程序中A角度前要有M11出現(xiàn)，對(duì)工件夾緊了才可以加工，A角度后要有M10出現(xiàn)。③一個(gè)NC程序里面只允許出現(xiàn)一個(gè)坐標(biāo)系。④換刀返回參考點(diǎn)時(shí)，返回第二參考點(diǎn)即G30 Z0，G30 X0，Y0。⑤機(jī)床在攻螺紋時(shí)時(shí)需要?jiǎng)傂怨ソz，否則會(huì)出現(xiàn)亂牙（即螺紋的起始位置不一致），需要在G84攻絲代碼前有M29指令+攻絲時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速。

1.3 問(wèn)題的提出

針對(duì)XCV-855機(jī)床，需要根據(jù)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)、機(jī)床特點(diǎn)、加工操作者習(xí)慣等方面對(duì)UG/Post Builder 8.5軟件配置的后置處理文件進(jìn)行優(yōu)化修改，8.5軟件配置的后置處理文件不能滿足XCV-855機(jī)床的NC代碼格式需求。例如：第一，XCV-855機(jī)床需要有程序頭和程序尾，但UG/Post Builder8.5配置處理文件處理出來(lái)的NC程序有相應(yīng)的程序頭和程序尾，如圖1所示，但不符合XCV-855加工中心的NC程序格式要求。第二，XCV-855機(jī)床在自動(dòng)和MDI的方式下，用程序控制第四軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，M10、M11指令控制旋轉(zhuǎn)控制臺(tái)的夾緊與放松，并且旋轉(zhuǎn)臺(tái)在松開的狀態(tài)下才能旋轉(zhuǎn)，如果沒(méi)有出現(xiàn)M11、M10指令機(jī)床就會(huì)報(bào)警，停止運(yùn)行。但UG/Post Builder8.5配置處理文件處理出來(lái)的NC程序沒(méi)有M11、M10指令，不能滿足XCV-855加工中心的實(shí)際加工需求。第三，XCV-855機(jī)床的自動(dòng)換刀返回參考點(diǎn)是第二參考點(diǎn)，即G30 Z0，G30 X0，Y0，而UG/Post Builder8.5配置處理文件處理出來(lái)的NC程序是自動(dòng)換刀返回參考點(diǎn)是第一參考點(diǎn)，即G28 Z0，G28 X0，Y0，也不能滿足XCV-855加工中心的實(shí)際加工需求。第四，XCV-855機(jī)床在攻螺紋時(shí)需要?jiǎng)傂怨ソz，即需要在G84攻絲指令前面有M29+攻絲時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速，但UG/Post Builder8.5配置處理文件處理出來(lái)的NC程序沒(méi)有M29+攻絲時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速，它不能滿足XCV-855加工中心的實(shí)際加工。因此，有必要對(duì)XCV-855機(jī)床開發(fā)專用的后置處理文件，以滿足教學(xué)及工廠實(shí)際生產(chǎn)加工需求，充分發(fā)揮UG8.5軟件CAM模塊的效能，從而提高生產(chǎn)效益。

筆者經(jīng)過(guò)大量的探索嘗試，對(duì)UG/Post Builder8.5配置的后處理文件作一些修改、優(yōu)化，使其后置出來(lái)的NC程序不需要修改，直接可以在XCV-855加工中心上運(yùn)行。下面是筆者結(jié)合現(xiàn)有XCV-855加工中心，對(duì)UG/Post Builder8.5配置處理文件所做的修改、優(yōu)化的情況，并以圖2所示的濾咀排列鼓零件編程加工為實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證UG8.5軟件后置處理文件的準(zhǔn)確性。

2 問(wèn)題解決方案

2.1 程序頭、程序尾及四軸機(jī)床參數(shù)設(shè)置解決方案

XCV-855加工中心在程序頭需要有%和程序名，需要出現(xiàn)公制代碼G21、平面選擇代碼G17、取消上一次加工的刀具半徑補(bǔ)償代碼G40、刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償代碼G49、取消上一次循環(huán)加工的代碼G80和絕對(duì)值編程代碼G90，旋轉(zhuǎn)軸是A軸，程序尾有M30代碼，XCV-855加工中心的自動(dòng)換刀返回參考點(diǎn)是第二參考點(diǎn)，即G30 Z0，G30 X0，Y0，而UG/Post Builder8.5配置后處理文件出來(lái)的是返回參考點(diǎn)是第一參考點(diǎn)，即G28 Z0，G28 X0，Y0。由圖1可知，UG/Post Builder8.5配置的后處理文件處理出來(lái)NC程序不能滿足XCV-855加工中心的實(shí)際加工需求。

解決上述問(wèn)題的方案，打開UG/Post Builder8.5配置的后處理文件，在機(jī)床的一般參數(shù)界面輸入X線性軸行程限制方框里輸入850，Y線性軸行程限制方框里輸入500，Z線性軸行程限制方框里輸入500，第四軸的界面選擇旋轉(zhuǎn)平面為YZ平面，文字指引線為A[1-5]。程序頭的設(shè)置如圖3所示，自動(dòng)換刀的設(shè)置如圖4所示。單段程序結(jié)束設(shè)置如圖5所示[6]，程序尾的設(shè)置如圖6所示。

2.2 出現(xiàn)M11、M10問(wèn)題分析及解決方案

由于UG/Post Builder8.5配置處理文件處理出來(lái)的NC程序沒(méi)有M11、M10指令，把后置出來(lái)的程序上傳到XCV-855加工中心進(jìn)行加工時(shí)，機(jī)床就會(huì)報(bào)警，停止運(yùn)行。解決上述問(wèn)題的方案有，打開UG/Post Builder8.5配置的后處理文件，在操作起始系列，在刀軌開始界面選擇定制命令，添加兩個(gè)塊，名稱為分別為：PC_CMD_custom_type 和PC_CMD_ start_of_operationforce_addresses，定義鎖軸變量并賦予值，在塊里面添加如表1所示的Tcl語(yǔ)言代碼。然后在初始移動(dòng)和第一次移動(dòng)界面定制命令，添加塊，名稱為PC_CMD_ clamp_initial，定義刀軸向量的變量并賦值，在塊里面添加如表2所示的Tcl語(yǔ)言代碼，如圖7所示。

2.3 剛性攻絲問(wèn)題分析及解決方案

由于在剛性攻絲時(shí)UG/Post Builder8.5配置處理文件處理出來(lái)的NC程序在G84指令前沒(méi)有M29及相應(yīng)的主軸轉(zhuǎn)速，攻出來(lái)的螺紋的起始位置隨時(shí)變化，固定不能下來(lái)，發(fā)生亂牙，不能滿足實(shí)際生成要求。

解決上述問(wèn)題的方案，打開UG/Post Builder8.5配置的后處理文件，在現(xiàn)成循環(huán)，攻絲界面里面選擇命令、Custom command命令，在G84指令前面添加塊，塊名稱為PC_CMD_m29_st_1，在G80指令后面添加塊，塊名稱為PC_CMD_m29_st，在塊里面添加如表3所示的Tcl語(yǔ)言代碼，在G84指令和塊PC_CMD_m29_st_1中間添加M29及主軸轉(zhuǎn)速S指令，并強(qiáng)制輸出M29指令，如圖8所示。

綜上所述，通過(guò)修改和優(yōu)化UG/Post Builder8.5配置的后處理文件后，后置出來(lái)的NC程序不用手動(dòng)修改，可以直接在XCV-855機(jī)床運(yùn)行，自動(dòng)化程度很高，提高了生產(chǎn)效率。將上述的方法修改和優(yōu)化的UG/Post Builder8.5配置后置NC文件保存為Mill_4A，下面以濾咀排列鼓自動(dòng)編程加工為實(shí)例，驗(yàn)證后置文件Mill_4A的準(zhǔn)確性。

3 濾咀排列鼓的加工實(shí)例

UG是由美國(guó)UGS公司推出的功能強(qiáng)大的三維CAD/CAM/CAE軟件系統(tǒng)，其內(nèi)容涵蓋了產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)、工業(yè)造型設(shè)計(jì)、三維模型設(shè)計(jì)到生成加工產(chǎn)品的全過(guò)程。UG8.5軟件建模功能十分強(qiáng)大，可以進(jìn)行三維建模、裝配、出工程圖等等。利用UG8.5軟件建模功能對(duì)濾咀排列鼓進(jìn)行三維建模，完成建模后進(jìn)入到UG8.5軟件加工環(huán)境創(chuàng)建加工操作，創(chuàng)建加工坐標(biāo)系、創(chuàng)建刀具，創(chuàng)建粗加工、精加工操作。刀具路徑創(chuàng)建完成后利用UG8.5軟件的仿真功能，同時(shí)選中需要仿真加工的刀具路徑，選擇軌跡確認(rèn)，進(jìn)行三維切削仿真（圖略），UG8.5軟件仿真模擬加工是檢驗(yàn)刀軌是否正確的主要有效手段，檢查切削效果以及有無(wú)過(guò)切等現(xiàn)象。檢查模擬仿真確保刀軌正確無(wú)誤時(shí)，選擇進(jìn)行后處理，同時(shí)選中需要進(jìn)行后置處理的刀具路徑，點(diǎn)擊后處理圖標(biāo)，然后進(jìn)入到后處理生成數(shù)控加工程序界面（圖略），選擇后處理器“Mill_4A”，輸入保存的程序名，按確定即可生成NC程序。Mill_4A文件后置出來(lái)的NC程序如圖9、圖10所示。把后置處理的NC程序上傳到XCV-855加工中心進(jìn)行實(shí)際切削加工，并對(duì)其工件進(jìn)行測(cè)量，實(shí)踐結(jié)果表明，能滿足零件的精度要求，從而驗(yàn)證四軸后置處理的正確性[7-10]。

4 結(jié)論

筆者經(jīng)過(guò)反復(fù)修改與調(diào)試，成功地開發(fā)出了適合XCV-855機(jī)床應(yīng)用的UG/Post Builder 8.5后處理文件。通過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)，結(jié)果表明，通過(guò)此后置處理文件后置出來(lái)的NC程序不需要修改，就可以直接上傳到機(jī)床加工，機(jī)床沒(méi)有出現(xiàn)報(bào)警情況，精度滿足要求，從而解決了實(shí)際教學(xué)和實(shí)際生產(chǎn)中的問(wèn)題，大大縮短了程序的修改及加工時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率?？梢詾槠髽I(yè)和學(xué)校節(jié)約購(gòu)置后置處理文件模塊的費(fèi)用，適合在企業(yè)和學(xué)校進(jìn)一步推廣應(yīng)用[11]。

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