王子漢,劉 鵬,韓利萍,王永偉

(山西航天清華裝備有限責(zé)任公司,山西 長(zhǎng)治 046012)

0 引言

五軸聯(lián)動(dòng)加工是機(jī)械加工領(lǐng)域里的一項(xiàng)高水平技術(shù)，它控制機(jī)床上的五個(gè)軸進(jìn)行聯(lián)動(dòng)加工，可以加工出一些精度高、形狀復(fù)雜的機(jī)械零件，是現(xiàn)代機(jī)械加工工業(yè)不可或缺的重大技術(shù)。五軸聯(lián)動(dòng)加工需要精準(zhǔn)地控制刀具沿3個(gè)正交坐標(biāo)軸做直線運(yùn)動(dòng)及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)角計(jì)算的計(jì)算量和復(fù)雜程度極大,因此需要應(yīng)用CAD/CAM軟件將CAM系統(tǒng)生成的刀軌文件轉(zhuǎn)化為機(jī)床的加工代碼，而后置處理程序是刀軌文件轉(zhuǎn)化為NC代碼的工具。本文介紹了應(yīng)用NX后處理開(kāi)發(fā)工具(UG Post Builder)定制DMU125P機(jī)床的后置處理文件，以此來(lái)闡明海德漢系統(tǒng)五軸后置處理程序的定制過(guò)程。

1 DMU125P機(jī)床的主要參數(shù)

德瑪吉DMU125P機(jī)床采用三軸直線運(yùn)動(dòng)加一轉(zhuǎn)臺(tái)一擺頭斜交結(jié)構(gòu)形式，轉(zhuǎn)臺(tái)繞Z軸旋轉(zhuǎn)構(gòu)成C軸,擺頭旋轉(zhuǎn)構(gòu)成B軸，B軸在機(jī)床坐標(biāo)系中與Y軸夾角為45°，五軸加工中心如圖1所示。DMU125P機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)為海德漢iTNC530，其X軸工作行程為1 250 mm、Y軸工作行程為1 250 mm、Z軸工作行程為1 000 mm、B軸工作行程為-15°～180°、C軸工作行程為0°～360°，工作臺(tái)直徑為1 250 mm，主軸最高轉(zhuǎn)速為10 000 r/min,額定功率為77 kW。

圖1 德瑪吉DMU125P五軸加工中心 圖2 后處理過(guò)程

2 機(jī)床后處理的作用

NX軟件系統(tǒng)的數(shù)控加工編程模塊是目前市場(chǎng)上主流的集成系統(tǒng)，其加工編程功能包括3軸～5軸銑削加工編程、車削加工編程和線切割加工編程等。

NX CAM生成的零件加工刀軌文件包含控制加工刀具進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)的刀位信息以及控制機(jī)床進(jìn)行非插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)的輔助指令信息，如冷卻液開(kāi)關(guān)、換刀等，這些刀軌文件不能直接驅(qū)動(dòng)機(jī)床。數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)不同，所使用的G代碼格式就不一樣，因此，NX CAM中的刀軌必須經(jīng)過(guò)處理，轉(zhuǎn)換成特定機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)能夠識(shí)別的G代碼格式。機(jī)床后處理程序讀取刀軌文件，按照后置處理程序約定的規(guī)則處理刀軌文件信息，生成數(shù)控系統(tǒng)能夠識(shí)別的G代碼，這一處理過(guò)程就是“后處理”。后處理是軟件編程極其重要的步驟，后處理過(guò)程如圖2所示。

3 NX后處理構(gòu)造器(Post Builder)

NX/Post Builder后處理構(gòu)造器是NX軟件平臺(tái)下的一個(gè)工具，可以方便地創(chuàng)建和修改各種后處理程序文件，它包含5個(gè)模塊：Machine Tool(機(jī)床參數(shù)設(shè)定模塊)、Program&Tool Path(程序和刀軌參數(shù)設(shè)定模塊)、N/C Data Definitions(NC數(shù)據(jù)格式設(shè)定模塊)、Output Settings(輸出參數(shù)設(shè)定模塊)、Virtual N/C Controller(虛擬N/C控制器模塊)，如圖3所示。用戶可以通過(guò)NX/Post Builder后處理構(gòu)造器靈活定義、建立NC程序的格式和輸出內(nèi)容，以及程序頭尾、換刀、循環(huán)等每一個(gè)事件的處理方式，創(chuàng)建與機(jī)床控制系統(tǒng)匹配的事件處理文件和事件定義文件，然后通過(guò)NX整合各部分，完成各種機(jī)床的后處理。

圖3 NX/Post Builder后處理器構(gòu)造界面

4 制作DMU125P機(jī)床后置處理程序的步驟

制作DMU125P機(jī)床后置處理程序的步驟如下。

4.1 設(shè)置DMU125P機(jī)床的基本參數(shù)

(1)進(jìn)入NX/Post Builder，新建后處理文件名為：DMU125P_5AXIS。

(2)進(jìn)入圖4所示的控制器設(shè)置界面，輸出單位選擇毫米類型，機(jī)床選擇5-Axis Milling Machine With Rotary Tables and Rotary head類型，控制器選擇heidenhain_conversational類型。

圖4 控制器設(shè)置界面

(3)進(jìn)入圖5所示的一般參數(shù)設(shè)置界面，進(jìn)行通用參數(shù)設(shè)置。選擇“一般參數(shù)”選項(xiàng)，設(shè)置各坐標(biāo)軸的行程極限以及快速進(jìn)給極限參數(shù)。

圖5 一般參數(shù)設(shè)置界面

(4)進(jìn)入圖6所示的旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置界面，進(jìn)行機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置。選擇“第四軸”選項(xiàng)，設(shè)置B軸的極限轉(zhuǎn)角最小值為0、最大值為180；點(diǎn)擊“配置”按鈕，設(shè)置第四軸的旋轉(zhuǎn)平面為其他，修改“文字指引線”為B；點(diǎn)擊“其他”按鈕，進(jìn)入平面法矢頁(yè)面，設(shè)置平面法矢量。選擇“第五軸”選項(xiàng)，進(jìn)入第五軸設(shè)置界面，設(shè)置第五軸的旋轉(zhuǎn)平面為XY，修改“文字指引線”為C；設(shè)置C軸的極限轉(zhuǎn)角最小值為0、最大值為360。

圖6 旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置界面

4.2 定義程序和刀軌

(1)點(diǎn)擊“程序開(kāi)始序列”選項(xiàng)，在“程序開(kāi)始”模塊下添加定義程序名、毛坯大小的子模塊，如圖7所示。

圖7 程序開(kāi)始模塊設(shè)置界面

(2)點(diǎn)擊“操作開(kāi)始序列”選項(xiàng)，在“自動(dòng)換刀”模塊下添加M129(取消刀尖跟隨)、調(diào)用刀具等子模塊，如圖8所示。

圖8 自動(dòng)換刀模塊設(shè)置界面

(3)點(diǎn)擊“刀軌”選項(xiàng)，分別進(jìn)入如下程序塊進(jìn)行編輯。

①進(jìn)入“線性移動(dòng)”程序塊編輯，如圖9所示。鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊標(biāo)識(shí)為“X”的方塊，選擇編輯選項(xiàng)進(jìn)入X字塊編輯頁(yè)，設(shè)置X表達(dá)式的值為$mom_pos(0)。同理設(shè)置Y表達(dá)式的值為$mom_pos(1)、Z表達(dá)式的值為$mom_pos(2)、B表達(dá)式的值為$mom_out_angle_pos(0)、C表達(dá)式的值為$mom_out_angle_pos(1)。

圖9 線性移動(dòng)模塊設(shè)置界面

②進(jìn)入“圓周移動(dòng)”程序塊編輯，如圖10所示。

圖10 圓周移動(dòng)模塊設(shè)置界面

“CC”程序塊設(shè)定：鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊標(biāo)識(shí)為“X”的方塊，選擇編輯選項(xiàng)進(jìn)入X字塊編輯頁(yè)，設(shè)置X表達(dá)式的值為$mom_pos_arc_center(0)。同理設(shè)置Y表達(dá)式的值為$mom_pos_arc_center(1)、Z表達(dá)式的值為$mom_pos_arc_center(2)。

“C”程序塊設(shè)定：鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊標(biāo)識(shí)為“X”的方塊，選擇編輯選項(xiàng)進(jìn)入X字塊編輯頁(yè)，設(shè)置X表達(dá)式的值為$mom_pos(0)。同樣方法設(shè)置Y表達(dá)式的值為$mom_pos(1)、Z表達(dá)式的值為$mom_pos(2)。

③進(jìn)入“快速移動(dòng)”程序塊編輯，如圖11所示。鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊標(biāo)識(shí)為“rap1”的方塊，選擇編輯選項(xiàng)進(jìn)入rap1字塊編輯頁(yè)，設(shè)置表達(dá)式的值為$mom_pos(0)。同理設(shè)置rap2表達(dá)式的值為$mom_pos(1)、rap3表達(dá)式的值為$mom_pos(2)、B表達(dá)式的值為$mom_out_angle_pos(0)、C表達(dá)式的值為$mom_out_angle_pos(1)。

圖11 快速移動(dòng)模塊設(shè)置界面

(4)點(diǎn)擊“操作結(jié)束系列”選項(xiàng)，進(jìn)入圖12所示的刀軌結(jié)束模塊設(shè)置界面編輯各程序塊。

圖12 刀軌結(jié)束模塊設(shè)置界面

(5)點(diǎn)擊“程序結(jié)束系列”選項(xiàng)，進(jìn)入圖13所示的程序結(jié)束模塊設(shè)置界面編輯各程序塊。

圖13 程序結(jié)束模塊設(shè)置界面

5 驗(yàn)證后處理程序

采用DMU125P_5AXIS.PUI后置處理文件，對(duì)圖14所示柱面螺旋槽刀軌編譯處理，產(chǎn)生的NC程序代碼如下：

圖14 螺旋槽加工刀路

1 BEGIN PGM 050105-20-11(NEIBU)MM

2 BLK FORM 0.1 Z X-200 Y-200 Z-40

3 BLK FORM 0.2 Z X200 Y200 Z0

4 *-OPERATION:B002-TOOL:T1 E16R2

5 CYCL DEF 247 DATUM SETTING Q339=+1;DATUM NUMBER

6 M129

7 PLANE RESET STAY

8 M5

9 L Z-10 R0 FMAX M91

10 L Y-10 R0 FMAX M91

11 L X100 R0 FMAX

12 L B+0.0 C+0.0 FMAX

13 TOOL CALL 1 Z S2000

14 M3 M8

15 CYCL DEF 10.0 ROTATION

16 CYCL DEF 10.1 ROT+0

17 CYCL DEF 8.0 MIRROR IMAGE

18 CYCL DEF 8.1

19 CYCL DEF 7.0 DATUM SHIFT

20 CYCL DEF 7.1 X0.000

21 CYCL DEF 7.2 Y0.000

22 CYCL DEF 7.3 Z0.000

23 L M126

24 L B+0.0 C+0.0 FMAX

25 L M128 F1000.

26 L X5.893 Y39.843 Z-214.002 B179.362 C356.649 F200.

27 L X5.301 Y39.916 Z-216.086 B178.323 C358.289

28 L X3.379 Y40.019 Z-231.462 B175.358 C3.265

29 L X3.284 Y40.017 Z-231.92 B175.391 C3.232

30 L X2.985 Y40.01 Z-238.4 B179.999 C.001

31 L Z-247.B180.C+0.0

32 L X2.898 Z-247.776

33 L X2.598 Z-248.5

34 L X2.121 Z-249.121

35 L X1.5 Z-249.598

36 L X.776 Z-249.898

37 L X+0.0 Z-250.

38 L X-.777 Z-249.898

39 L X-1.493 Z-249.585

40 L X-2.111 Z-249.111

41 L X-2.585 Z-248.492

42 L X-2.883 Z-247.773

43 L X-2.985 Z-247.

44 L Z-238.4 B179.999 C.001

45 L X-3.392 Y40.12 Z-229.23 B170.981 C6.281

46 L X-3.328 Y40.195 Z-227.492 B166.426 C9.324

47 L X-3.216 Y40.273 Z-225.754 B163.055 C11.426

?

105 M129

106 PLANE RESET STAY

107 M5 M9

108 L Z-10 R0 FMAX M91

109 L Y-10 R0 FMAX

110 L X100 R0 FMAX

111 L B+0.0 C+0.0 FMAX

112 CYCL DEF 7.0 DATUM SHIFT

113 CYCL DEF 7.1 X0

114 CYCL DEF 7.2 Y0

115 CYCL DEF 7.3 Z0

116 CYCL DEF 10.0 ROTATION

117 CYCL DEF 10.1 ROT+0

118 CYCL DEF 8.0 MIRROR IMAGE

119 CYCL DEF 8.1

120 M30

121 END PGM 050105-20-11(NEIBU)MM

我們采用VERICUT仿真軟件對(duì)后置處理程序所生成的NC代碼進(jìn)行切削仿真，最后在DMU125P機(jī)床上采用該代碼對(duì)某零件進(jìn)行切削加工，驗(yàn)證了NC代碼的正確性，從而驗(yàn)證了該后置處理程序的正確性。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了運(yùn)用NX/Post Builder制定德瑪吉DMU125P機(jī)床后置處理程序的步驟：查詢機(jī)床參數(shù)、設(shè)定機(jī)床參數(shù)、編輯程序頭、刀軌起始、刀軌結(jié)束和程序尾、調(diào)試后置生成后置處理程序文件。通過(guò)VERICUT軟件進(jìn)行模擬仿真和機(jī)床現(xiàn)場(chǎng)加工驗(yàn)證，證明了該方法的有效性。