Mazak五轴联动机床UG后处理3＋2功能定制-.pdf

M a z a k 五轴联动机床U G 后处理 3 2 功能定制 天津机电职业技术学院 3 0 0 1 3 1 郭永亮赵华张礼 本文针对Ma z a k V AR I A XI S 5 0 0 ～5 0 I I 双转 台 式五轴联动加 工中心 及UG软件 ，分析机床倾斜面 加 工指令及UG 软件 五轴定向加工方法的使用和原 理 ，利用 刀轴矢量进行判断 ，运用矩阵旋转 及更新 刀位 点的方法 ，开发对应的后处理程序。 1 ． 后处理所需要的基本参数 1 机床 的基本参数为了制定 出合理 的后处 理程序 ，首先对机床结构 、功能、参数以及相应的 指令格式进行分析 。本机床属于双转台机床 见 图 1 ，除 了 、y 、z 三个方向的直线运动外 ，机床 的两个旋转运动是由工作台分别绕 轴 轴和z ／ t C AD／ C A M／ C A P P I H f 1p p l i c a t i o n o i “ c A D f c AM， C A P P 轴 C 哞 由 组成。刀轴沿Z 聋 由 做上下运动。 ’ 图1 V A R I A X I S 5 0 0 5 0 1 I 双转台式五轴联动加工中心 结构及坐标轴 齿形轮 廓 图 ，用m 、q 两个 用 户参数标 注 各项 尺 寸 ，尺寸显示为表达式 。③用构造线做 出量针 ，与 齿形两侧相切 ，标 注尺寸为量针直径 。④标注三针 测量尺寸。测量结果在 5 3 ． 4 1 9 o I mm范 围就能满 足 分度 圆直径 的要 求。 ⑤若三个 用户参数 发生 变 化，在 参数表中更改相应参数即可。 5 ． 求解实连杆销孔中心距的长度和偏心销孔 的偏心距 已知 条件 轮A是主动轮 ，通过连 杆与轮 连 接 。要 求轮A转动 半圈 ，轮 转动6 0 。的角度 。已 知两轮 的 中心距是5 0 mm，轮B的偏 心销孔在直径 3 0 mm的圆上 。求解连杆 销孔 中心距的长 度和轮 偏心销孔的偏心距 求解步 骤如 图5 所示 ，①在 草 图中创建轮 、 轮B 两 圆 ，标注轮B的直径为3 0 mm，两轮的中心距 是5 0 mm。②画一 条通过轮A圆心、通过轮B圆上两 点的直线，在轮B上这两点连接圆心，标注两点的 圆心角为6 O 。。③标注轮B两点的距离d ， 1 5 mm， 此距 离就是轮 偏心 销 孔 的 偏 心 距 。 ④ 标 注 轮A的直径 为d ， 注 意 不 要 标 注 为 1 5 mm，以便 以后更 改尺 寸需要 。⑤标 图 5 注 尺寸d 或d ，就是连杆销孔 中心距的长度 。⑥如 已知条件发生变化 ，更改各项参数 即可。 通过 以上5 个例子 可以看 出，用 户不需要 高深 的数学基础 ，也 不必构建复杂的几何模型，只要求 用 户掌握一定的机械基础知识 ，灵活运用I n v e n t o r 草 图中的各种命令和工具 ，就能精确和快速解决很 多其他C A D 软件无法解决的问题。有一些用户也许 不明白，为什么在实例4 先在厂 x 参数表中新建用户参 数呢 这是 由于在实例4 中蜗杆齿 形轮廓 多个标 注 尺寸与用户参数相关联 ，在草 图中更改参数容易遗 漏而出现错误；而其他实例相对简单。MW 收稿 日期2 0 1 2 1 2 2 8 参磊 冷 加 工 7 1 ／ I C A D／ C AM／ C AP P ] f ] 仃p p l i c a t i o n口 ， C AD ／ C AM／ C A P P 制作后处理所需要的基本参数如附表所示。 M a z a k V A R I A X l S 5 0 0 5 0 1 1 基本参数 机床型号 Ma z a k V AR I AXI S 5 0 0 5 0 1 1 系统型号 MAZ A T R oL 直线行程／ m m 旋转行程 。 MA T R I X X 51 0 3 0 ～ 轴到机床 A y 5 1 0 1 2 0 零点的距离 Z 4 6 0 C 3 6 0 6 5 mm 2 机床 的3 2 轴加 工指令由于五轴联动的 加工中心运动规律相当复杂，所以必须认真研究机 床 相关指令 的用法 和原理 ，才 能写 出正确 的后处 理 。下面对Ma z a k V A R I A x I S 5 0 0 5 0 I I 双转台式五 轴联动加 工中心倾斜面加工需要 的指令进行分析 。 倾斜 面加 工 G 6 8 ． 2 在倾 斜 面加 工 功能 中，对于现在被设定的工件坐标的 、Y、 z轴可 以 定 义进行 了旋转及原点平行移动 的新坐标 ，该坐标 系称为特征坐标 系。通过使用该功能 ，可以定义空 间上 的任意平面 ，并对定义的平面进行通常的程序 即三轴程序 指令 的加工 。在新 定义了特征坐标 系的 z方 向，可以 自动控 制刀具轴 向。倾斜面加 工的指令为G 6 8 ． 2 ，它有多种指令格式 ，本文采用 基于欧拉 角的格式 ，其具体指令格式如下 G6 8 ． 2 l e o Xx r yZz I c c J B K v 其 中，P 0 表 示该 格式是 根据 欧拉 角指定 的 ； 、Y 、z 表示特征 坐标 系的原 点坐标 ，用倾 斜面加 工前坐标 系的绝对值指令 ； 、 、 y为欧拉 角， 设定范围为 一3 6 0 。 ～3 6 0 。。 根据 空 间角指 令 的坐 标 系旋 转 过 程 如 图2 所 示 ①平移坐标 系到点 X ，Y ，z ，使 该点成为 特征坐标 系的原 点。②使移动 了原点的坐标 系围绕 绕z 轴旋转 移 动 原 点绕 瑚旋 转n V 图2 基于欧拉角的特征坐标系与工件的坐标系关系 7 2 参 磊 冷 加 工 ． ． r ， ‘ ‘ 曩 p ’． ． - 碍矾 上 z 轴旋转 角。③使移 动了原点的坐标 系 围绕x轴 旋转 卢角。④进一步围绕旋转后坐标系的Z 车 由 旋转 y角。 得到的坐标 系为特征坐标系。在旋转过程 中， 从各 自的旋转 中心轴正方向看，逆时针方向为正 向 旋转 。 刀具轴 向控 制功能 G 5 3 ． 1 该 功能必须在 倾斜面加工 G 6 8 ． 2 模式中进行指令。通过G 5 3 ． 1 指令，c 轴旋转 ，可以使特征坐标系的z 轴处于工 件 z 平面 内 ；同时使 轴旋转 ，使 刀具轴 向成 为旋转后的特征坐标 系的 亨 向。在该功能 中 、 Y、Z 发生移动。 2 ． 后处理3 2 5 功能开发的关键技术 5 轴后处理制作的技术基础包括5 轴联动算 法、 3 2 空 间坐标 系的转化 、动态补偿算法等 。现结 合 Ma z a k V AR I A XI S 5 0 0 5 0 I I 五轴联动加工 中心和 所使用的C A M软件U G 8 ． 0 ，分析3 2 轴加工功能使 用方法和原理 ，研究后处理3 2 轴功能的算法。 1 加工类型的判断对于Ma z a k V AR I A X I S 5 0 0 5 0 1 1 五轴联动加工 中心而 言 ，最常用 的基本 加 工模式有三种 3 轴加 工、3 2 轴加 工和5 轴联动 加工 。3 2 轴加工对于Ma z a k V A R I A X I S 5 0 0 5 0 1 1 五 轴联动机 床而言 ，是指 、】 ， 、z三轴联动 ，另 外 使用 、C轴定位 ，进 行五面加工 。传统 的后处 理算法一般都是基于主从坐标 系的 ，在使 用时 ，要 求 对于需 要进行 3 2 J J I] I的零件特征建立特征坐标 系。这种方法不但麻烦 ，而且对于具有多个任意斜 面特征需要加工的零件编程难以实现 。 本 文 通 过 判 断刀 轴 矢 量 数 组 变 量 “ m o m ．t o o l a x i s ”来判断加工类型 ，不仅使 程序容易实现 ，而且增强 了后处理的稳定性和可靠 性 。只要 刀轴矢量为固定 ，并且 “ mo rn t o o l a x i s 2 ≠1 ”，则判定为3 2 轴加工。 2 空间坐标系的旋转在五轴联动的加工中 需要进行空间坐标系转换的相关计算，以给指令 G 6 8 ． 2 提供足够的参数 。本文采用基于欧拉 角格式 的倾斜面J J I IG6 8 ． 2 格式，所需参数为特征坐标系 的原点 X ， Y ，z 以及欧拉角 ， ，y。 UG 软件提供 了变量 “ m o m m s y s m a t r i x ” ， 该变量是一 个数组 ，包含9 个元素 ，表示 工件坐标