基于UG的側(cè)銑后處理創(chuàng)建與角度頭銑削仿真技術(shù)

郭輝， 馬艷萍， 何多政， 許鋒國

（中航飛機起落架有限責任公司燎原分公司，陜西漢中 723000）

0 引 言

角度頭作為一種機床附件（見圖1），已廣泛應用于航空、汽車、模具等機械加工的各個領(lǐng)域。在機床上安裝上角度頭后刀具旋轉(zhuǎn)中心線可以與主軸旋轉(zhuǎn)中心線成一定角度加工工件，無需改變機床結(jié)構(gòu)就可以增大其加工范圍和適應性，實現(xiàn)一些特殊角度的仿形銑削，如管道內(nèi)壁或狹小空間、孔內(nèi)壁切槽鉆孔等用傳統(tǒng)方法難以完成的加工，還能減少工件裝夾次數(shù)，提高加工精度和效率。

圖1 90°角度頭

1 側(cè)銑加工前機床參數(shù)設置

90°角度頭在CAM編程時，后處理能自動識別G17 、G18、G19平面，程序中刀具補償、鉆孔循環(huán)代碼具有正確的格式。刀具補償主要有刀具半徑補償和刀具長度補償兩種。其中刀具長度補償又分為3類（見表1）：長度補償A（補償沿Z軸的刀具長度值）；長度補償B（補償沿X、Y、Z軸的刀具長度值）；長度補償C（補償沿指定軸的刀具長度值）。長度補償與加工平面關(guān)系緊密，且均可以采用G17/G18/G19 G43/G44 Z/Y/X_H_格式描述（見表1）。根據(jù)FANUC 0i-C參數(shù)說明書知：在側(cè)銑頭銑削時，需將FANUC機床tool offset參數(shù)No.5001中TLB值修改為“1”，方可建立垂直于所選G18/G19平面方向的刀具長度補償。（TLB 為“0”時，系統(tǒng)默認只進行G17平面Z軸方向刀具長度補償）。

表1 刀具長度補償代碼

側(cè)銑鉆孔時，需將FANUC機床canned cycles參數(shù)No.5101中的FXY改為“1”時，建立與所選平面G18/G19垂直的鉆孔軸（當FXY為“0”時，系統(tǒng)默認G17平面Z軸方向為鉆孔軸）。如采用90°角度頭在XZ平面鉆孔，如：G18 G43 Y30. H01；G99 G83 Y7. R30. F250. Q0.0。為保證主軸正向轉(zhuǎn)動，可在后處理定制時將M03調(diào)整為M04。

2 UG三軸側(cè)銑后處理的創(chuàng)建

采用UG后處理構(gòu)造器建立后處理文件的一般過程如圖2所示。

圖2 定制后處理過程

1）創(chuàng)建機床類別和行程等基礎(chǔ)參數(shù)設置。a.機床后置輸出單位設置為mm，機床類型為銑，控制器為通用；b.根據(jù)實際機床參數(shù)，在機床一般參數(shù)中輸入X、Y、Z行程及快速進給極限速率。

2）定義程序/操作頭。在程序頭增加取消刀具半徑補償、刀具長度補償、循環(huán)指令、指定夾具體偏置指令，如：G40 G17 G49 G80 G90 G；在操作頭中取消自動換刀、手刀換刀設置。

3）定義刀軌移動。在刀軌移動中：機床控制下，取消單獨成行的“G40”刀具補償；運動下，增加刀具補償D的“PB_CMD_ FORCE_ONCE_D”指令。具體代碼如下：

在直線運動內(nèi)增加PB_CMD_set_cycle_plane指令，當循環(huán)中需使用G17/18/19時，能確定并正確輸出平面代碼。PB_CMD_set_cycle_plane指令代碼如下：

a.直線運動中，為保證輸出刀具半徑補償代碼的正確性，還需在G01前增加G41-Cutcom (LEFT/RIGHT/OFF)及G17-Cutcom Plane Code（見圖3）。

圖3 設置帶刀具半徑補償?shù)闹本€運動格式

b.圓弧運動中，增加G17-Cutcom Plane Code指令，輸出設置為1/4圓弧，則圓弧插補采用G02/G03 X_ Y_ R_F_格式編程。

c.有G43代碼的快速運動中，需增加PB_CMD_set_cycle_plane指令和G17-Cutcom Plane Code指令，確保程序輸出為G17/G18/G19 G43/G44 Z/Y/X_H_格式（見圖4）。

圖4 帶刀具補償?shù)牡盾壱苿痈袷?/p>

4）設置鉆孔循環(huán)參數(shù)。通過對鉆孔循環(huán)公共參數(shù)進行設置，保證各類孔加工輸出合適的DN格式。在“Co mmon Parameters”公共設置中，添加PB_CMD_set_cycle_plane指令，進行孔加工平面識別和刀軌正確的輸出，其他循環(huán)參數(shù)按圖5設置[1]。

5） 定 義 程序/操作尾。將程序尾中結(jié)束程序指令更改為M30，其他設置默認或根據(jù)需要進行調(diào)整。到此，側(cè)銑后處理基本設置完成。

為方便操作后處理器的調(diào)用，可用寫字板打開UG新建側(cè)銑后處理安裝盤下postprocessor文件夾（如X:Program FilesSiemensNX 10.0MACH esourcepostprocessor）下的template_post.dat 文件。在文件段尾或段首增加“CXnew_post,$ {UGII_CAM_POST_DIR} CXnew_post.tcl,$ {UGII_CAM_POST_DIR} CXnew_post.def”語句, 其中“CXnew_post”為新建側(cè)銑后處理名，CXnew_post.def為CXnew_post格式定義文件，CXnew_post.tcl為CXnew_post控制機床運動事件處理文件。添加保存后，打開UG軟件瀏覽查找后處理器“CXnew_post”便出現(xiàn)在窗口中，方便編程過程中后處理的便捷使用。

圖5 鉆孔循環(huán)設置

3 側(cè)銑后處理格式檢查及程序驗證

3.1 側(cè)銑后處理程序的格式檢查

在UG軟件加工模塊中，創(chuàng)建一個長方體，在ZMXM（G18平面）平面內(nèi)以往返走刀方式精銑平面、鉆孔來校驗側(cè)銑后處理后的NC格式。數(shù)控CAM編程過程與三軸編程相同，不再贅述。為正確輸出面銑刀具半徑補償，還需在UG軟件加工模塊中打開面銑操作，在非切削運動下→刀具補償→刀具補償位置→選擇“最終精加工刀路”。

平面程序代碼如下：

對照刀具長度補償B類代碼和平面鉆孔設置要求可知，該后處理生成的NC代碼能正確識別G17/G18/G19平面，可按要求輸出G41、G42、刀具半徑補償值D01及長度補償H01。

3.2 工藝防差錯設置

為進一步實現(xiàn)減少加工前可能因刀具調(diào)用問題、有效懸伸過短等差錯的發(fā)生?？筛鶕?jù)需要增加定制刀具清單、每個操作的切削余量顯示等。下面為刀具參數(shù)讀取的一段命令，用于生產(chǎn)刀具信息。

具體命令代碼：

3.3 基于UG自帶機床的程序仿真

自UG8.5后軟件自身具有機床仿真功能，可在加工模塊、機床視圖“Generic Machine”中，點擊右鍵加載仿真機床，進行機床設置：

1）從庫中調(diào)用機床控制系統(tǒng)為FANUC的“3-Ax Mill Vertical”機床，推薦部件與機床采用“使用部件安裝連接”，可根據(jù)需要在浮動坐標系中調(diào)整x、y、z值，調(diào)整加工坐標系處于機床坐標系上方；

2）在“3-Ax Mill Vertical”機床配置界面的庫類型中，庫中調(diào)用設備選擇“頭”→AC_HEAD角度頭。為確保UG機床仿真時角度頭正常調(diào)用，還需將刀具節(jié)點（含銑削操作）拖到AC_HEAD角度頭下，實現(xiàn)角度頭與刀具的切換功能（見圖6左）。

點擊進入機床仿真控制面板中，勾選仿真設置中的顯示刀軌，界面中的管理設置→單步→選擇“事件”或“塊”，動畫→采用“刀軌仿真”模式，點擊可視化播放按鈕，進行角度頭銑削機床模擬仿真（見圖6右）。

圖6 UG中角度頭設置和刀軌仿真

因UG軟件自帶機床有限，若要實現(xiàn)完全1∶1虛擬仿真，需自己創(chuàng)建機床，也可借助機床庫中的相似機床只對刀路進行確認仿真。為進一步進行加工過程工裝干涉、過切檢查等操作時，可以根據(jù)實際機床參數(shù)在UG軟件中創(chuàng)建，也可以采用VERICUT機床庫提供的設備進行的鉆孔、曲面、型腔切削仿真（見圖7）。經(jīng)UG及VERICUT仿真加工驗證：開發(fā)的側(cè)銑后處理構(gòu)造器生成的NC程序正確、有效，可用于實際側(cè)銑加工中。

圖7 基于VERICUT的側(cè)銑鉆孔、型腔、曲面銑削仿真

4 結(jié) 論

側(cè)銑頭作為一種功能強大的機床附件，能增強加工中心使用范圍和設備能力。為避免角度頭在快速移動時與零件發(fā)生碰撞或與夾具體發(fā)生干涉等故障，建議在刀具快速移動時，先沿X、Y方向移動，再沿-Z方向進刀；加工前刀具在靠邊或分中找正的參數(shù)輸入時，需考慮是否應減去刀具半徑值；生成的程序盡可能采用虛擬仿真進行驗證，消除運動過程中潛在的如過切、干涉等風險。三軸側(cè)銑后處理可助力側(cè)銑頭功能的進一步發(fā)揮，能更好地解決狹小空間、孔內(nèi)壁切槽鉆孔的加工。