基于UGNX的五轴联动数控机床后处理的开发.pdf

基 于U GN X的 五 轴 联 动 数 控 机 床 后 处 理 的 开 发4 宋文学张军前刘兴良 西安航空学院机械学院，陕西西安710077 摘要研究了U G N X 五轴联动数控机床的后置处理的任务和流程，研究了U G N X 通用后处理器U G ／Post B ui l der 的原理及开发流程，分析了德马吉DM U50五轴联动数控机床的坐标系及运动特点。利用 U G ／PostB uil der ，开发了五轴加工后处理器，并应用于德玛吉DM U50五轴联动数控机床生成NC 代码的后处理过程。生成的N C代码可用于实际加工。 关键词五轴联动数控机床后置处理Post Bui l der 中图分类号TP391文献标识码A D evel opm ent of postprocessi ng forfi ve-axi sC N Cm achi net ool sbasedonU G N X SO N GW enxue，Z H A N G Junqian。LIUX i ngl i ang M echani calSchool 。X i ’anA er onaut i calU ni versi t y，X i ’an710077，CH N A bst ractSt udy t heU G N Xf iveaxisC N Cm achi netool postprocessi ng t asksandpr ocess．R esear cht he pri nci pl e andt he devel opm entprocess oft heU Gpost processor U G／PostBuil der ．A nalyze t hecoor di nat esand m ovem entcharact erist i csofD M GD M U 50fi ve-axi sC N Cm achi ne t ool s．U s i ng U G／Pos tB ui l dert ode vel op t hefi ve-axi s m achiningpostpr ocess or，andappl y t ot heD M U 50f iveaxisN Cm achi net ool st o gener at e N Ccode，t he generat ed N Ccodecanbeusedi n pract i calm achi ni ng． K eyw or dsFi ve-A xi s ；C N CM achi neTool ；PostProcessi ng；Post B ui l der 多轴控制加工具有加工效率高、加工质量高、改善 刀具切削环境、刀具可达性好、避免过切、清角彻底等 优点。但是，多轴控制加工的应用和普通三轴数控加 工相比，其最大的难点是编程复杂、难度大。原因是合 成运动的空间轨迹非常复杂和抽象，一般难以想象和 理解。如为了加工出所需的空间自由曲面，往往需通 过多次坐标变换和复杂的空间几何运算，同时还要考 虑各轴运动的协调性，避免干涉、冲撞，以及插补运动 要适时适量等，以保证所要求的加工精度和表面质量， 编程难度就更大了。 后置处理是数控加工自动编程过程中一个重要组 成部分⋯。自动编程经过刀具轨迹计算产生的不是 数控程序，而是刀位数据文件，把刀位数据文件转换成 指定数控机床能执行的数控程序的过程称为后置处理 如图1 ‘2| 。 五轴数控机床除了3个互相垂直的线性运动轴 外，还有两个旋转运动轴。两个旋转运动轴依附位置 不同，其具体结构千差万别。五轴机床后置处理与机 }西安航空学院2012年科学研究项目12X PIOI }鲻 R 一 ￡ul o年帚I‘朋 床具体结构息息相关，同样的刀位文件，不同的机床结 构后置处理所得出的数控程序截然不同旧j 。针对德 玛吉DM U50五轴联动加工中心，基于UG Nx8．0开发 了后置处理器，使用效果良好。 l 三维零l C A M l 后置l N C l 机床l gell t 广]编程广]处理广]代码广]加工I 图1后置处理的作用 1 基于U G N N 开发后置处理器的流程 利用UGN X软件进行后处理开发的原理如图2所 示E4] 。U GNX 提供了一个图形界面的后处理构造器 UG／PostBuil der，可以生成多种数控机床、多种数控 系统的后置处理文件。利用该后置处理生成器同时产 生3个文件，事件处理文件．t cl 文件、机床定义文件 ．def 文件和用于生成器自身编辑的文件．pui 文 件 。用户可以直接修改事件处理文件．t cl 和定义 文件．def，其中事件处理文件．t cl 支持t cl ／t k语 言，可以根据tcl ／t k编程语言规范修改∞j 。利用U G ／ Post Bui l der 开发后处理器的流程如图3所示‘6。。 r黼 姘lI智Il臀l ／，7＼ R ～ 事件名称 事 U G 件 变量 发U G ，Post 数据库 变量 生 器 变量 ＼／ 图3U G ／PostBui l der后处理器开发流程图 2基于U G ／PostBui l der开发D M U 50五轴联 动数控机床后置处理器 2．1 D M Ur50数控机床的参数 该机床为D M U50，是双转台五轴加工中心，x轴 行程500m m ；Y 轴行程450m m ；Z轴行程400m m ；B 轴摆动行程一50～1100；C轴旋转行程00～360。，数控 机床的安全点在机床坐标系下的坐标值为X 一500，Y 一 1，z一1，机床最大快移速度30m m ／m i n；采用H ei den hai nIt nc530数控系统。具体结构及坐标系见图4。 图4D M U 50数控机床结构及坐标系 2．2海德汉控系统辅助功能 该后处理文件中需加人海德汉控系统的一些辅 助功能，如M 128、M 129、M 126、M 127、M 91、C ycl e32等。 1M 128、M 129指令 M 128指令是刀尖点跟随功能，即在接通转换之后 位置说明X ，Y ，Z总是和刀尖有关。参与转换的回转 轴位置的改变导致其他anT_轴的补偿运动，刀尖位置 保持不变。M 129指令是取消刀尖点跟随功能。 2M 126／M 127指令 M 126是启用旋转轴最短路径运动指令，M 127是 取消旋转轴最短路径运动指令。 3 M 91指令 M 91指令是机械坐标系编程。 4 Cycle32指令 该指令保证数控系统自动将两路径之间的轮廓平 滑过渡无论补偿与否，且与工件表面保持接触。 2．3海德汉数控系统的程序格式 以下为海德汉数控系统部分程序格式说明。 B EG INPG M 程序名M M 程序名不支持中文 M 129 取消坐标跟随 M 127 取消旋转轴最短距离 CY C LD E F19．0W O RK I N GPLA N E 取消坐标系旋转 CY C LD EFl9．1 A O．0 B0．O C O．O CY C LD E F19．OW O RK I N GPLAN E CY C LD E Fl 9．1 CY C LD E F7．0D A TU MSH IFT 取消坐标系移动指令 CY C LD E F7． 1XO ．O CY C LD E F7．2YO ．0 CY C LD E F7．3Z0．O LZ-I ．FM A XM 91 移动到安全点 LX 一500．Y 1．FM A XM 91 LBO C OFM A XM 9l T O O L C A LL1ZS1500D LOD R0 调刀具 CY C LD E F32．0TO L ERA N CE 加工轮廓平滑过渡 C Y C LD EF32．11D ．01 2．4后处理的构造 1 启动和设置参数 启动U G ＼加32＼后处理构造器＼新建，设置机床类 型为“铣”和“5轴双转台”，旋转轴配置页面中设第4 轴旋转平面“ZX ”，文字指引线为“B”，第5轴旋转平 面“xy’’，文字指引线为“c”，设置好之后机床结构如 图5所示。 2 修改程序的起始序列 在程序的起始序列中加入以下内容 B EG I NPG M 程序名M M BL KFO RM0． 1ZX o．O Y o．0Z一20． B LI FO RM0．2X 100．Y 100．zo．O C Y CLD E F247D A TU MSETrING Q 3391DA TUMN U M B ER 3修改操作起始序列 ①在操作起始序列的刀轨开始中加入用户命令 PBC M Dres t0和PBC M DTO LE RA N CE。 PBCM Drest一0内容 M O M output _l it er al ”取消坐标旋转相关指令” M OM output _li t eral ”取消坐标系移动指令” M OM outputli ter al “移动到安全点指令“ PB-C M D TO LER A NC E的内容 M O M _out putl it er al ”加工轮廓平滑过渡指令” 图5设置后的机床结构图 ②在操作起始序列的第一次移动中加入用户命令 PBCM D out put M 128和PBCM Dout put PLA N E SPA TI A L，实现联动加工时的坐标跟随功能或定位加 工时的PLA N E功能的判断，其内容如下 PBCM D _out putM 128的内容 gl obal m or noperat i ont ype gl obal feedl ast F gl obal m orn_5axi s_cont r ol m ode gl obalm orn_5axi s_cont rol _pos gl obalm om ．tool．axis gl obalmom_t ool ．axi s．type gl obalm om _operat i on_t ype i f {m or n_5axi s_contr ol pos1 M O M _f or eeO ncefourt h_axi sf if thaxisF M OM ．do．t em pl at erapi d_rot ary M O M _f or ceonc eG m ot i on i f{m om tool axi st ype3l[ st ring m atch”Var iable-axi s ”8m orn_operationtype] l[ stringm atch”Sequent ial M i llM ai n Operat ion”m om operati ont ype]}{ M OM ．dot em pl at eout put _m 128 }el sei f { [ EQ is_equal 8m om tool axis 2I．0]l { M O M ．dot em pl at eoutput m 128 PB-cM D out put PLA N ESPA TIA L的内容 gl obalm om _5axi s．cont r ol ．pos gl obalm om _csys_or igin gl obalm om ．sys_w or kpl anechange if {[ inf oexi stsm orn5axiscontr olpos]＆＆8m om _Saxi scont rol pos 2}{ 糌 if {[ inf o exi sts m om _csyso五百n] ＆＆ 【EQi s_zer om om csys_ofi gin 0]II [ EQiszer om om csysori gi n 1 ] I[EQ _i szerom om _csys_ori gi n2]}{ M OM ．do．t em pl at ecycl．def_70 PB c al l m acr oC Y CL_71 PB．callmacroC YC L_72 PBcallmacroC YC L_73 M OM dot em pl at epl ane．spati al M O M _di sabl e．addr ess fourt haxi sfift ha xis se t m om ．sys．w ork．pl ane．change 0 4修改操作结束序列 在操作结束序列中加入用户命令PBCM D reset 一 5axi scont rol m ode，实现联动加工后的取消坐标跟随 功能M 129 或定位加工后的取消PLA N E功能 PL A N ER ESET指令的判断。 5修改程序结束序列 在程序结束序列中加入PBCM D gohom epos 作用是刀具回到机床安全点，B 、C 轴复位和PB CM Dtot alt im e作用是计算加工时间。 6 保存后处理文件 修改完成后保存后处理文件保存路径不能有中 文字符或中文名。 2．5后处理器的安装 打开U GN X软件，启动加工应用模块，打开工具 菜单＼安装N C后处理器，在对话框中选择刚才建立并 保存的后处理文件，确定后即可使用。 图10叶片精加工刀轨 图11叶轮加工实物 3后处理器的应用 利用开发的五轴联动后处理器生成叶轮数控加工 程序。 1 在UG NX 中建立叶轮几何模型 如图6 。 2利用U G N X 中的叶轮加工模块生成刀位轨 迹。图7为叶轮粗加工刀轨，图8为叶轮粗加工仿真， 图9为流道精加工刀轨，图10为叶片精加工刀轨，图 11为叶轮加工实物。 3 在U G中调用开发的后处理器生成数控加工 程序，在DM U 50五轴联动数控机床上进行加工，验证 了后处理器的正确性。 4结语 通过对五轴联动数控机床的坐标系和运动特点的 分析，以及对基于U G N X 软件后处理开发过程的研 究，利用UG／PostB uilder，针对德马吉D M U50五轴联 动数控机床开发了后处理程序，实现了对复杂曲面的 刀具路径的生成、加工仿真，生成的数控代码，经实验 验证可行。通过对U G ／PostBui l der 后置处理进行研 究，可以使生成的数控程序更加适应机床的需求，通过 对后置处理文件进行深入开发，可以满足特殊要求的 后置处理。 参考文献 [1]梁蔓安，唐清春，黎家宏．基于U G 的五轴联动机床后置处理器研究 与实现[J]．组合机床与自动化加工技术．2011．6 6 17- 19． [2]孙国平．基于U G 的五轴加工中心的后处理[D ]．无锡江南大学， 2009，32-3． [3]商学谦，付海涛．基于U G ／Post 的五轴后置处理程序开发[J]．航天 制造技术．2007，843234． [4]雷大江，周茂书．五轴联动数控加工后处理器的定制[J]．中国工程 物理研究院科技年报，2005126127． [5]张玉峰，白红英．基于U G ／PO ST五轴后置处理技术研究下[J]． 金属加工，201077274． [6]曾强．叶轮类零件的五轴联动数控加工与仿真[D ]．成都西南交通 大学，2009，123839． 第一作者宋文学，男，1966年生，教授，工学硕 士，主要研究方向为制造信息化技术。 编辑李静 收稿日期20130926 文章编号131245 如果您想发表对本文的看法。请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置 上接第146页 面冷作硬化程度和位错密度，冷作硬化程度越高，位错 密度越大，半高宽宽化越强烈、数值越大。与未喷丸试 样相比，超声波喷丸后试样的位错密度和冷作硬化程 度明显上升，可以阻碍裂纹扩展，提高疲劳寿命。 3超声波喷丸后试样的表面粗糙度值增大，而 较粗糙的表面容易引起应力集中，而应力集中是疲劳 裂纹萌生的主要原因，应力集中越强烈，裂纹萌生时间 越短哺]；应力集中还造成了最大残余压应力值下降， 削弱了残余压应力的作用”J，甚至影响到材料的疲劳 寿命。然而，分析超声波喷丸对于表面应力集中的影 响，不能简单地认为喷丸带来的表面粗糙加大会对表 面完整性以及疲劳性能有不利的影响，还应考虑喷丸 后凹坑 的曲率半径较大对于表面完整性和疲劳性能的 积极作用。 4结语 1 超声波喷丸覆盖率对A A2024的疲劳性能有 重要的影响，采用300％覆盖率喷丸时，A A2024的疲 劳寿命提高了5倍左右，而100％和200％覆盖率下的 疲劳寿命则分别提高了2倍和4倍。 2不同的超声波喷丸覆盖率造成铝合金疲劳性 能差别的主要原因是由于形成的表面完整性状态表 面粗糙度、显微硬度、残余应力场和微观组织 的差 异。采用300％覆盖率喷丸，可以使A A 2024保持较小 的表面粗糙度值尺。1．6斗m ，较高的显微硬度，较好 的残余应力分布和稳定的强化层微观组织，因此，经过 300％覆盖率喷丸后AA 2024的疲劳性能较好。 参考文献 [ 1] 李亭．2024铝合金搅拌摩擦焊研究[ D ] ．北京清华大学，2007． [ 2] 刘海英．超声喷丸强化机理的研究[ D]．太原太原理工大学，2008． [3]G aoYukui ，L iXiangbin，Y angQ ingxiang．Influenceofsurfac ei nt egri t y O i l fat i guest r engt h of 40C r N i 2Si 2M oV Asteel[J]．M ateriall et t ers，2007， 6l 466-46． [4]高琳．高能超声波喷丸板料成形技术研究[D ]．南京南京航空航天 大学，2012． [ 5] 李金魁，姚枚，王仁智，等．喷丸强化的综合效应理论[ J] ．航空学报， 1992，1311670677． [ 6]王欣，蔡建明，王强，等．喷丸表面覆盖率对Ti 60高温钛合金疲劳性 能的影响[ J] ．中国表面工程，2011，24 5 58-63． [ 7]陈勃，高玉魁，吴学仁，等．喷丸强化7475一T351铝合金的小裂纹行 为和寿命预测[J] ．航空材料学报，2010，31 3519- 525． [ 8]王欣，王强，宋颖刚，等．陶瓷丸喷丸对2124铝合金疲劳性能的影响 [J]．材料保护，2011 9． 第一作者史学刚，男，1987年出生，硕士研究生， 主要研究方向为塑性成形新技术。 编辑李静收稿日期20121213 文章编号131244 如果您想发表对本文的看法，请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置． 超碜糌I吨尹 cud年昴‘朋