基于Edgecam的五轴机床后处理研究.pdf

2 0 1 4年 l 0月 第 4 2卷 第 2 0期 机床与液压 MACHI NE T O0L HYDRAULI CS 0c t ． 2 01 4 Vo l _ 4 2 No ． 2 0 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 4 ． 2 0 ． 0 0 2 基于 E d g e c a m的五轴机床后处理研究 李铁钢 ， 1 ． 沈阳工程学院机械学院，辽宁沈阳 1 1 0 1 3 6 ；2 ． E d g e c a m C h i n a ，北京 1 0 0 0 8 6 摘要针对 E d g e c a m编程中的程序后处理问题 ，提出了定制五轴机床后处理器的方法。首先提出了基于 E d g e c a m的定 制流程，论述了机床建模、运动变换、后处理器定制等关键技术，最后通过实例证明了方法的有效性，为其他机床的后置 处理提供借鉴作用。 关键词五轴后处理；E d g e c a m；机床建模 ；运动变换；交互定制 中图分类号T P 3 9 1 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 4 2 0 0 0 4 3 Re s e a r c h o n Po s t - pr o c e s s i n g f o r Fi v e a x e s M a c h i ne To o l Ba s e d O i l Edg e c a m LI T i e g a n g ’ 1 ． Me c h a n i c a l S c h o o l ，S h e n y a n g I n s t i t u t e o f E n g i n e e r i n g ，S h e n y a n g L i a o n i n g 1 1 0 1 3 6，C h i n a ； 2 ． E d g e c a m C h i n a ，B e i j i n g 1 0 0 0 8 6 ，C h i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o s o l v e t h e p r o b l e m o f p o s t p r o c e s s i n g i n Ed g e c a m p r o g r a mmi n g ，t h e me t h o d o f fi v e - a x e s p o s t p r o c e s s i n g wa s i n t r o d u c e d ．F i r s t l y ，t h e f l o w c h a r t f o r p o s t - p r o c e s s o r i n Ed g e c a m w a s p r o p o s e d ．T h e n t h e k e y t e c h n o l o g i e s o f ma c h i n e t o o l mo d e l i n g ，k i n e ma t i c s t r a n s f o r ma t i o n，i n t e r a c t i v e c u s t o mi z i n g we r e s t u d i e d ． F i n a l l y ，t h e c a s e s t u d y v a l i d a t e d t h e p r o p o s e d me t h o d，w h i c h p r o v i d e d r e f e r e n c e f o r p o s t p r o c e s s i n g i n o t h e r ma c h i n e t o o 1 ． Ke y wo r ds F i v e ax e s p o s t p r o c e s s i ng；Ed g e c a m；Ma c hi n e t o o l mo de l i ng；Ki n e ma t i c s t r a n s f o rm a t i o n；I n t e r a c t i ve c us t o mi z i n g E d g e c a m是 由英 国 P a t h t r a c e 工程系统公 司开发的 一 套智能数控编程系统，主要应用在数控铣、数控 车、数控线切割 以及 车铣 复合等 领域 ⋯。E d g e c a m 已 经成为全球最著名的数控编程软件之一，在独立的 C A M系统中，其客户数量居全球第二位。 后置处理是将 C A D模型、C A M操作步、刀具数 据和机床数控系统配置文件综合运算生成具体数控系 统机床指令的过程，后置处理结果和速度直接影响数 控编程 的质量和效率 。 针对 E d g e c a m后置处理 问题 ，提出 了后置处理流 程 ，并研究了构造后置处理器的机床建模、运动变换 和后处理器定制等关键技术。 1 关键技术 1 ． 1 后 置 处理 流程 基于 C A M软件数控编程 的后置处理方法有 3种 第 1 种方法是使用商品化的通用后置处理器 ，如加拿 大 I C A M公司的 C A MP O S T等，后置处理简单但软件 价值昂贵；第 2种方法是利用软件自带的后置处理构 造器进行后置处理；第 3种方法是针对通用前置文件 利用 C 语言 自编后置处理器 。 E d g e e a m未向外界公开前置刀位文件的数据信 息 ，集成制造环境不能生成刀位数据文件 ，只能利用 自带的后置处理构造器 C o d e Wi z a r d生成 C G D文件， 供 C A M模块调用进行后置处理。具体的后置处理流 程如 图 1 所示 。 N C文件 ． N C Co d eW i z a r d 编译器 Co d e W i z a r d 文 档 ． CGD Co d e W i z a r d 模板 ．CGT I e Ge n e r a t o So u r c e ． CXT 图 1 E d g e c a m后置处理流程 1 ． 2 机床建模 数控机床加工程序取决于数控系统和机床的结 构 ，常规数控机床从结构上看是一个典型 的串联系 收稿 日期 2 0 1 3 0 81 2 基金项目国家自然科学基金资助项目 5 0 9 7 5 0 4 3 作者简介李铁钢 1 9 7 3 一 ，男，博 士生，高级工程师，副教授，研究方 向为先进制造技术。Em a i l h g c h i n a 1 2 6． c o n。 一g 一 瞰 第 2 0期 李铁钢 基 于 E d g e c a m 的五 轴机 床后处理研究 5 统 ，C o d e Wi z a r d中机床模型 主要 由运 动模 型和几何 模 型组成 一 ，运动模型表征机床结构部件的运动关系， 包括 x 、y 、z、A 、B 、c轴，刀具轴等 ；几何模型利 用三维实体表示机床的床身、工作 台、立柱、横梁、 主轴、刀具和转台等典型结构。机床模型利用运动变 换关系反映实际机床的虚拟运动 ，利用造型软件创建 机床各零部件模 型，然后装配 也可在 E d g e C a m里 进行装配 ，对于一些与运动无关的部件可以简化造 型 。用 E d g e c a m打开装配好 的模型 ，调整 机床模 型零 件使其 C P L C o o r d i n a t e P o s i t i o n L o c a t i o n ，坐 标系 位于主轴端 面上 。 每个基 础部件 的模 型 坐标 系 C P L应该 位 于转 动 中心处 ，通过测量与机床坐标系的偏置数据后输入轴 属性的定位数据 、y和 z中，通过轴行程的最大和 最小值限制运动的 “ 软行程” 。 1 ． 3运 动 变换 由典型数控系统知 ，五轴加工的角度坐标指令格 式有 A B C和 两种格式 ，A B C分别代表旋转轴旋转 的角度 ， 矢量模式通过空间刀轴表示其方向。机床 角度部件模型的结构有摆头、转台和倾斜转台等多种 形式。五轴加工生成的 N C代码中的坐标点有多种类 型，最常用的是刀尖点绝对坐标模式，也就是说生成 代码中的 、y和 z坐标点与刀尖点 即刀位点一 一 对应 ，对刀时将刀尖与编程原点重合即可。 如图 2 所示，对于一些五坐标设备 ，有些可能采 用 回转 中心绝对坐标模 式 ，程序 中的 x、y和 z坐标 点并不在刀具上 ，而是在旋转轴的回转中心上 ，这样 一 来 ，刀尖点 的位移实际上是通过旋转角度、刀长 三 、主轴端面到回转中心的距离 L 三者换算 而来 。 图 2回转 中心绝对坐标模式 运动变换是将 C A M操作的刀位点 P 0 。 ， Y 。 ， ， i ， ，k 计算为在线测量的机床坐标 ，设机床坐标形式为 P ， y ， 。 ， A， B ， 属于 回转 中心 绝对 坐标 模式 ，机 床 转 距为 L ，则变换关系式如下 r 0 ] r 一 1 2 s i n B s i n A - 1 I Y o l l Y l 2 s i n A I L o J L l 2一 L 1 L 2 c o c 0 s 曰 J _c 启动 C o d e Wi z a r d后，需要选择机床的结构类型 和标准模板 ，后处理器的配置过程主要包括机床参数 设置、样式表、N C样式表、代码构造器和 M功能等 机床参数为数控机床的硬件参数 ，包括处理数据 的单位、文件扩展名、进给率 、螺旋插补、圆弧插 补、多平面坐标系选定、旋转坐标输出选项、五轴坐 标模式、倾斜双转台输出模式、主轴设置、转塔设置 和变速挡位指令设置等；样式表设置每个 出现在 N C 代码中的字母的含义、格式和精确度等内容；N C样 式表规定 G和其他代码及模态选项 ；代码构造器设 定了生成 N C代码的语法结构，配置 N C代码中每个 语句的前后次序和组成 ，包括跟踪程序开始部分 、直 线插补、换刀后快速移动等 N C程序 每一部分的内 容；M指令从 M O O～M 9 9 ，除数控机床通用的十几个 指令外 ，大多数不指定功能，是数控机床厂家自主配 置最多的指令 ，使用户能够根据自己机床的特殊功能 完成定制后保存设置，利用菜单 “ 主菜单一 文 件一另存为”命令保存 当前 C G D文件，而后进行编 译 自动生成后处 理模板 文件 。在 进入 C A M加 工模 式 时 ，选择此后处理模板 生成机 床加工 用程序 。 2应用实例 某数控五坐标机床，控制系统为西门子 8 4 0 D， 机床坐标为 、y 、 和 c ，行程见表 1 。 表 1 机床行程 后置处理器 建立的模 型和设置如图 3 所示 。