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五轴数控加工中心UG NX后处理研究 |
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作者：艾建军 刘建敏 许东太 |
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UG作为一种优秀的CAD/CAM软件，他几乎可以覆盖从设计到加工的方方面面。利用UG NX CAM加工模块产生刀轨。但是不能直接将这种未修改过的刀轨文件传送给机床进行切削工件，因为机床的类型很多，每种类型的机床都有其独特的硬件性能和要求，比如他可以有垂直或是水平的主轴，可以几轴联动等。此外，每种机床又受其控制器(controller)的控制。控制器接受刀轨文件并指挥刀具的运动或其他的行为(比如冷却液的开关)。但控制器也无法接受这种未经格式化过的刀轨文件，因此，刀轨文件必须被修改成适合于不同机床/控制器的特定参数，这种修改就是所谓的后处理。
近年来，五轴加工已开始应用到精密机械加工领域，工件一次装夹就可完成五面体的加工。如配置上五轴联动的高档数控系统，还可以对复杂的空间曲面进行高精度加工。但五轴机床后置处理因机床具体结构、刀位文件不同。后置处理所得出的数控程序也不尽相同。因为五轴加工的后处理非常关键，本人结合自己的实际工作经验，着重谈谈五轴加工中心后处理的制作过程。
1 UG后处理开发方法
UG/Post Execute和UG/Post Builder共同组成了UG加工模块的后置处理。UG的加工后置处理模块使用户可方便地建立自己的加工后置处理程序。后处理最基本的2个要素就是刀轨数据(Tool Path Data)和后处理器(A Postprocessor)。
利用UG/Post Execute后置处理器进行后处理，有2种方法：①利用MOM(Manufacturing Output Manager)，②利用GPM(Graphics Postprocessor Module)。
MOM的工作过程如下：
刀轨源文件→Postprocessor→NC机床
MOM后处理是将UG的刀轨作为输入，他需要2个文件，一个是Event Handler，扩展名为.tcl，包含一系列指令用来处理不同的事件类型；另一个是Definition File，扩展名为.def，包含一系列机床、刀具的静态信息。这2个文件可以利用UG自带的工具POST BUILDER来生成。当这2个文件生成后，要将他加入template_post.dat文件里才能使用，其格式如下：
fanuc，${UGII_CAM_POST_DIR}fanuc.tcl，${UGII_CAM_POST_DIR}fanuc.def
?GPM的工作过程如下：
刀轨源文件→CLSF→GPM POST→NC机床
GPM后处理是将刀轨源文件(the cutter location source file)作为输入。他需要一个MDF(machine data file)即机床数据文件。MDF文件也可以通过UG提供的工具MDFG来生成．其扩展名为.mdfa。
2种后处理结果是一样的，给人的感觉是用MOM比较省事一些，因为他直接将刀轨转换成NC程式，不用再输出CLSF文件，不过在处理时间上较GPM长一些。随着微机计算速度越来越快，MOM后处理应用越来越广泛。
利用UG/Post Builder进行后处理的新建、编辑和修改时，生成3个文件：机床控制系统的功能和格式的定义文件*.def；用Tcl语言编写控制机床运动事件处理文件*.tcl；利用PostBuilder编辑器设置所有数据信息的参数文件*.pui。
2 五轴数控加工中UG NX后处理
下面就用UG/Post Builder创建一个五轴FANUC控制系统后处理器。这是一个典型的A、B摆角的五轴FANUC系统的后处理器。机床为五轴数控龙门铣床，单主轴结构，双摆动轴即双旋转头，采用的控制系统为FANUC151系统，具体结构参数如表1。
表1 机床结构参数
 机床的其他参数如下：
(1)线性移动精度：各坐标轴小数精度为小数点后3位数即0.001
(2)两摆动轴轴心重合，无偏心。
2.1 设置后置类型及机床结构类型
进入Post Builder，新建一个后置处理器，后置文件名为FANUC 151M，单位为milimeters，在机床类型中选择MILL和5-Axis with Dual Rotary Heads即双旋转头五轴铣床，控制系统选为Generic(基本设置与FANUC类似)。
2.2 A、B摆角参数设置
确定进入后续后处理参数设置，在机床特性(Machine Tool)选项卡中选中通用参数设置接点，如图1所示。
图1 机床特性
随即在右边窗口中按机床实际参数设置机床行程等参数。首先设置X、Y、Z等3个线性坐标轴的参数，然后设置线性插补精度和最大移动速度，如图2所示。
图2 机床设置
这里要注意圆弧导轨输出cord选项中一定选择Yes，这时候加工出来的曲面才不会出现马赛克平面，才能符合要求。因为这时候输出的加工曲面数控代码为G01、G02、G03，而不是单纯的C01。一些模具加工人员用UG NX CAM加工出来的曲面呈现不光滑和不连续，认为是刀具和机床设备的问题或者是UG NX软件不好用，其实是他们没能深刻理解Yes与No含义。数控五轴机床作为高端设备，要经常加工复杂曲面，所以选择Yes。如果机床不加工复杂曲面，就要选择No，这时候后处理器生成的数控程序简短而高效，机床的加工效率非常高。
然后选中第4轴设置接点，在右边的窗口中可见旋转轴的设置对话框。首先单击Configure(配置)命令按钮，在弹出的旋转轴配置窗口中设置第4轴和第5轴的转动平面。本例设置第4轴的转动平面为YZ平面，即绕X轴旋转、根据右手定则，该旋转轴为A轴。第5轴的转动平面为ZX平面，即绕轴Y旋转，根据右手定则，该旋转轴为B轴。缺省插补精度为0.001，下面的旋转坐标轴超程处理方式设为退刀/重新进刀方式。然后单击完成设置并返回前一窗口。
随后配置第4轴的其他相关参数，如每分钟最大旋转角度、偏心距、摆动距离、角度偏移值、摆动轴的旋转方向是正转还是反转、角度正负方向判断原则、摆动角度行程以及是否支持角度增量编程方式等。鉴于参数较多，不一一说明，如图3所示。
图3 旋转轴的设置
同理，选中第5轴接点设置相同参数，由于在第4轴配置时已经设置了第5轴的摆动关系，故不再需要进行第5轴配置。
设置完成后可单击接点树上方的Display Machine Tool(显示机床设置)按钮，即可查看设置的坐标轴是否合乎实际。
2.3 刀库后处理
由于数控加工中心带有刀库．必须考虑刀库后处理即换刀程序。有2种后处理方法：
2.3.1 简单的刀库换刀
简单的刀库换刀后处理，可以在Post Builder中的机床换刀事件中进行设置，如图4所示。
图4 换刀后处理
#Tool Change中定义M06用于换刀指令。注意必须在换刀事件中包含M代码，这样的设置才会起作用。
#Configure用于定义刀具代码(T)的含义和格式。如图5所示。
图5 刀具代码配置
#在Tool Number Minimum与Tool Number Maximum中设置机床控制系统可以使用的最小刀号与最大刀号。
#Time Tool Change：用于定义机床换刀时间，用于统计系统总加工时间。
#Retract To Z of：指定在换刀时系统退刀到Z方向的坐标值。这个设置非常重要，因为不同的机床设置的换刀点也不同。如果该值设置不当，就会造成换刀机械手打在主轴上或者击断刀具。表2 刀具代码格式和含义
 2.3.2 复杂、特殊刀库换刀
对于复杂、特殊刀库换刀后处理．可以利用Tcl程序建立用户自定义命令，输出符合条件的换刀程序。至于其他的G代码、M代码、S代码等通用数控代码，在创建后处理器时，已经自动生成了。如果有特殊的代码，简单的可以在后处理器中进行更改，复杂的可以在用户自定义命令中进行设置。
3 结语
总之，UG产生的刀轨文件必须进行后处理，通常利用UG的后处理器能够生成满足一定机床控制系统要求的NC程序。但是有些机床控制系统(尤其是五轴加工中心)比较特殊，普通的UG NX/Post Builder产生的后处理文件不符合要求时，须利用Custom Command(用户自定义命令)来处理，生成符合条件的NC程序，从而减少在实际应用中因后处理的不当所带来的损失(如撞刀和过切)。
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(2/21/2012) |
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