五軸加工中心的數(shù)控編程后置處理研究【優(yōu)秀畢業(yè)課程設(shè)計(jì)】,加工,中心,數(shù)控,編程,后置,處理,研究,鉆研,優(yōu)秀,優(yōu)良,畢業(yè),課程設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 I、畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )題目： 五軸加工中心的數(shù)控編程后置處理研究 業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )使用的原始資料 (數(shù)據(jù) )及設(shè)計(jì)技術(shù)要求： 原始資料： 控系統(tǒng)的操作手冊 設(shè)計(jì)技術(shù)要求： G 后置處理器設(shè)置機(jī)床參數(shù)、 工程序格式和輸出文件格式，生成軸加工中心的特性數(shù)據(jù)文件。 2. 利用 置處理器，實(shí)現(xiàn)模態(tài)輔助功能指令 輸出和非模態(tài)輔助功能指令循環(huán) 32 的輸出。 3. 通 過用戶自定義功能，以 言為開發(fā)語言，實(shí)現(xiàn)在生成 序的同時(shí)輸出總加工時(shí)間、 每道工序的加工時(shí)間和刀具信息 。 4. 專用后置處理程序與 成 業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )工作內(nèi)容及完成時(shí)間： 1. 開題報(bào)告、查閱資料、外文翻譯（ 6000 字符 ) 3 周 2. 研究 控系統(tǒng)和 3 周 3. 生成 軸加工中心的特性數(shù)據(jù)文件 2 周 4. 輸出模態(tài)和非模態(tài)輔助功能指令 3 周 5. 輸出總加工時(shí)間、每道工序的加工時(shí)間和刀具信息 2 周 G 集成 1 周 7. 撰寫畢業(yè)論文 3 周 8. 答辯準(zhǔn)備及畢業(yè)答辯 1 周 Ⅳ 、主 要參考資料： [1] 安杰 ,鄒昱章 處理技術(shù) 清華大學(xué)出版社 ,2003 [2] 雷大江 ,周茂書 工程物理研究院科技年報(bào) ,2004, [3] 張磊編著 處理技術(shù)培訓(xùn)教程 清華大學(xué)出版社 ,2007 [4] a of 997,13(9) [5] in C 1999, 1): 1717 [6] s 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 題目 五軸加工中心的數(shù)控編程后置處理研究 一、 選題的依據(jù)及意義 ： 后置處理技術(shù)是隨著數(shù)控技術(shù)、 早的數(shù)控程序都是手工編制，不存在后置處理問題。近年來，自動(dòng)編程 具有編程速度快、精度高、穩(wěn)定性好、更改方便和易于管理等特點(diǎn)，但是 自動(dòng)編程經(jīng)過刀具軌跡計(jì)算產(chǎn)生的刀位數(shù)據(jù)文件 不能被機(jī)床識(shí)別 ，需要設(shè)法把刀位數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換成 數(shù)控指令代碼 ，通過通信的方式輸入數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)，才能進(jìn)行零件的數(shù)控加工 [1]。 因此，要把 前置處理產(chǎn)生的刀位數(shù)據(jù)文件、加工工藝參數(shù)與特定的機(jī)床特性文件、定義文件相結(jié)合，生成指定數(shù)控加工設(shè)備能夠識(shí)別的數(shù)控加工程序，該過程 稱為后置處理 （ [2]。 后置處理程序?qū)?著高檔數(shù)控加工中心、特殊結(jié)構(gòu)數(shù)控機(jī)床的不斷出現(xiàn)，為其配置和開發(fā)合適的后置處理器愈顯重要，這對提高數(shù)控編程效率、擴(kuò)大 前后置處理技術(shù)已經(jīng)成為 2 后置處理系統(tǒng)分為通用后置處理系統(tǒng)和專用后置處理系統(tǒng)。通用后置處理系統(tǒng)是今后發(fā)展的方向，但在目前無論是國外還是國內(nèi)真正能夠做到完全通用后置處理系統(tǒng)幾乎沒有 [3]，因?yàn)橥ㄓ煤笾锰幚硎且詷?biāo)準(zhǔn)刀位數(shù)據(jù)、通用的數(shù)控指令為前提進(jìn)行考慮的 [4]。雖然國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 (美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì) (電子工業(yè)協(xié)會(huì) (刀位源文件、后置處理語句和數(shù)控指令都有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，但各數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠商采用不盡相同的標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)控系統(tǒng)的指令格式多樣，由于競爭需要還會(huì)采用一些非標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容 [5]，有些數(shù)控系統(tǒng)的擴(kuò)展功能己經(jīng)超出了前置處 理刀位數(shù)據(jù)的規(guī)定格式，如樣條曲線、漸開線等，而目前的通用后置處理系統(tǒng)還只是考慮直線和圓弧 [6]，多數(shù)采用離散直線來逼近工件輪廓，零件形狀越復(fù)雜，數(shù)控程序量越大 [7]，而且多軸加工時(shí)還要考慮 非線性運(yùn)動(dòng)誤差校驗(yàn)、進(jìn)給速度的校核、特定數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控加工程序的生成等問題，以保障數(shù)控加工的安全、可靠 [8]。 隨著產(chǎn)品加工精度及復(fù)雜程度的提高，使得數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床技術(shù)不斷發(fā)展變化，造成通用后置處理器越來越難以適應(yīng)這種現(xiàn)狀。實(shí)踐表明，直接利用通用后置處理器生成的 致數(shù)控 加工過程不能安全、可靠地進(jìn)行 [9]。 專用后置處理器與相應(yīng)的數(shù)控機(jī)床和系統(tǒng)完全匹配，能充分發(fā)揮數(shù)控加工能力。 瑞士產(chǎn)的高速五軸立式加工中心，它 配置 了 速電主軸（主軸最高 轉(zhuǎn)速為 20000 轉(zhuǎn) /分 ） ，可以在最佳的切削條件下，對從淬硬鋼到塑料的 材料進(jìn)行加工。 高速切削相對傳統(tǒng)加工有以下特點(diǎn)：一是提高生產(chǎn)效率。高速切削加工允許使用較大的進(jìn)給率，比常規(guī)切削加工提高 5～ 10 倍，單位時(shí)間材料切除率可提高3～ 6 倍；二是降低切削力。由于高速切削采用極淺的切削深度和窄的切削寬度，因此切削力 較小，與常規(guī)切削相比，切削力至少可降低 30％。這對于加工剛性較差的零件來說可減少加工變形，使一些薄壁類精細(xì)工件的切削加工成為可能；三是提高加工質(zhì)量。因?yàn)楦咚傩D(zhuǎn)時(shí)刀具切削的激勵(lì)頻率遠(yuǎn)離工藝系統(tǒng)的固有頻率，不會(huì)造成工藝系統(tǒng)的受迫振動(dòng)，保證了較好的加工狀態(tài)。由于切削深度、切削寬度和切削力都很小，使得刀具、工件變形小，保證了尺寸的精確性，實(shí)現(xiàn)了高精度、低粗糙度加工；四是加工能耗低。由于單位功率的金屬切除率高、能耗低、工件的在制時(shí)間短，從而提高了能源和設(shè)備的利用率；五是簡化加工工藝流程。常規(guī)切削加工不能加工淬火后的 材料，淬火變形必須進(jìn)行人工修整或通過放電加工解決。高速切削則可以直接加工淬火后的材料，在很多情 3 況下可完全省去放電加工工序，消除了放電加工所帶來的表面硬化問題，減少或免除了人工光整加工 [10]。 針對 軸加工中心和 控系統(tǒng) [11]，通過 逐一完成機(jī)床類型及技術(shù)參數(shù)定制、旋轉(zhuǎn)軸超限時(shí)的處理、數(shù)控系統(tǒng)定制、程序和刀軌參數(shù)的設(shè)置、 據(jù)的定義和 后置處理文件列表 等具體內(nèi)容，最后獲得符合 軸加工中 心 的后置處理器。 五軸加工中心是加工復(fù)雜零件的現(xiàn)代化設(shè)備，由于五軸加工的復(fù)雜性，后置處理器的開發(fā)越來越復(fù)雜，近年來考慮到機(jī)床結(jié)構(gòu)和便于排屑等因素又出現(xiàn)了一些帶傾斜轉(zhuǎn)臺(tái)或者傾斜擺主軸頭的特殊結(jié)構(gòu)的五軸加工中心，這都對后置處理器的開發(fā)提出了新的要求，后置處理問題解決不好，輕則不能發(fā)揮加工設(shè)備的新功能和加工效率上的優(yōu)勢，造成大材小用，重則由于程序問題造成生產(chǎn)事故。因此本課題針對 二、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻(xiàn)綜述）： 置處理技術(shù) 研究現(xiàn)狀 關(guān)于通用后置處理器的開發(fā)和應(yīng)用，國外已經(jīng)非常成熟和普及，當(dāng)前所有的圖形交互式自動(dòng)編程 12]。如 以圖形方式創(chuàng)建從二軸到五軸的后處理程序。其后置處理器主要由事件生成器、事件處理器和定義文件三部分組成，它們一起將刀具路徑轉(zhuǎn)換成為一系列數(shù)控機(jī)床能夠直接讀取和執(zhí)行的數(shù)控程序 [13]。而 處理器完全針對應(yīng)用很廣泛的日本 用開放式功能型數(shù)據(jù)庫技術(shù)設(shè)計(jì)，允許用戶根據(jù)特定數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)的具體情況，在 而定制出適合該特定數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的專用后置處理器。使用 后再對該 改動(dòng)后的 14]。加拿大 0％以上的 可以讀取所覆蓋的 制所覆蓋的 樣英國 15] [16] [17]。 在國內(nèi)來說，比較成熟和普及的自動(dòng)編程 發(fā)的 制造工程師） 軟件， 它采用通用后置處理器，可以提供常見的數(shù)控系統(tǒng)后置處理格式，而且用戶還可以自定義專用數(shù)控系統(tǒng)的后置處理格式 [18]。但該軟件有較大的局限性，只適用于一般的銑削加工，在解決 果零件中涉及到孔的 加工，將不能生成相應(yīng)的程序代碼 [19]。華中理工大學(xué)的張利波等人提出了一種基于配置文件的開放式數(shù)控編程通用后置處理模型，定義了配置文件的語法規(guī)則，給出了配置文件的 在 對于多軸數(shù)控加工的后置處理還是不能通用 [20]。程筱勝等人對南京航空航天大學(xué)的超人 發(fā)了具有交互式圖形系統(tǒng)的通用后置處理程序，盡管該后置處理系統(tǒng)具有很好的可靠性和較強(qiáng)的通用性，但超人。北京航空航天大學(xué)的曾愛華等人，以通用化、結(jié)構(gòu)化、模塊化的基本設(shè)計(jì)思想對通用后置處理系統(tǒng)作了總體的分析，對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和程序?qū)崿F(xiàn)作了具體描述，并為系統(tǒng)的通用化、實(shí)用化和商品化提供了必要的條件，但是該系統(tǒng)只能滿足一般的兩軸半和三軸數(shù)控銑加工自動(dòng)編程的需要 [21]。正因?yàn)槿绱?，專用后處理器開發(fā)已成為數(shù)控自動(dòng)編程的一個(gè)急需解決的熱點(diǎn)問題之一。 專用后置處理器開發(fā)和應(yīng)用不如通用后置處理器那樣成熟和普及，因?yàn)閷Ｓ煤笾锰幚砥魉鎸Φ母鞣N數(shù)控系統(tǒng)的專用性、特殊性和互不兼容性等特點(diǎn)使得開發(fā)總工作量巨大，導(dǎo)致專用后置器開發(fā)相對 薄弱。國外對專用后置處理器開發(fā)和應(yīng)用相當(dāng)重視，加拿大滑鐵盧大學(xué)機(jī)械系就以其 實(shí)驗(yàn)室的一臺(tái) 用 現(xiàn)了專用后置處理器的開發(fā)，已在該加工中心得到了驗(yàn)證 [22]。 國內(nèi)像信息產(chǎn)業(yè)部第 39所曹永新和任林杰就曾在武漢重型機(jī)械廠 用的數(shù)控系統(tǒng)是國產(chǎn)的華中－ 系統(tǒng)最大的優(yōu)勢就是經(jīng)濟(jì)，其缺陷是一般的自動(dòng)編程軟件中沒有支 持它的后置處理器），專門為此數(shù)控系統(tǒng)和車床設(shè)計(jì)開發(fā)了其專用后置處理器 將其集成到 際加工效果良好。武漢工業(yè)學(xué)院陳文革和尹芳根據(jù) 02構(gòu)、控制系統(tǒng)的編程原理和通信接口的要求，對完全滿足數(shù)控編程加工的生產(chǎn)需要 [23]。廣東富士康模具公司的鄧德軍根據(jù) 610加工中心配置德國西門子 點(diǎn)，選擇 開發(fā)平臺(tái)，成功地為 610加工中心開發(fā)了專用后置處理器。 韓建軍對 于一個(gè)回轉(zhuǎn)軸、三個(gè)移動(dòng)軸的 24]。 王啟富等人用 開發(fā) 5]。祝益軍針對 C＋＋ 環(huán)境下開發(fā)了后置處理軟件 [26]。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)的陳輝等人基于 發(fā)了并聯(lián)機(jī)床后置處理器，用于六軸或七軸并聯(lián)機(jī)床的后置處理 [27]。 置處理技術(shù)發(fā) 展趨勢 （ 1）面向通用化 專用 后置處理系統(tǒng)將機(jī)床特性直接編入后置處理程序中，只能適應(yīng)于一種或一個(gè)系列機(jī)床，對于不同的數(shù)控裝置和數(shù)控機(jī)床 還 必須 要 有不同的專用后置處理程序。 而一般的 通用后置處理系 統(tǒng)將后置處理程序功能 通用化，能針對不同類型的數(shù)控系統(tǒng)對刀位原文件進(jìn)行后置處理，輸出數(shù)控程序。 而且在 一般情況下，通用后置處理系統(tǒng) 只 要求輸入標(biāo)準(zhǔn)格式的刀位原文件， 再 結(jié)合數(shù)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)文件或機(jī)床特性文件， 就可以輸出 符合該數(shù)控系統(tǒng)指令集及格式的數(shù)控程序。 除了以上優(yōu)點(diǎn)外 ,通用后置處理程序 還 采用開放結(jié)構(gòu)，以數(shù)據(jù)庫文件方式，由用戶自行定義機(jī)床運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)和控制指令格式，擴(kuò)充應(yīng)用系統(tǒng)，使其適合于各種機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)，具有通用性 , 因此通用后置處理器是后置處理技術(shù)發(fā)展的方向 。 (2)面向高速加工 高速數(shù)控加工，是一種以高主軸轉(zhuǎn)速、快速進(jìn)給、較小的切削深度和間距為加工特征的高效率、高精度數(shù)控加工方式，它不僅對機(jī)床結(jié)構(gòu)和數(shù)控系統(tǒng)提出了新的要求，對于加工工藝的規(guī)劃、工藝參數(shù)的設(shè)置和加工約束的設(shè)置也提出了新的要求。 普通數(shù)控加工中， 成的數(shù)控程序量大，運(yùn)算時(shí)間長。 高速數(shù)控加工中采用 過控制點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)矢量和權(quán)三個(gè)變量來表達(dá)自由曲線，對復(fù)雜曲面加工的程序量可減少 1／ 2以上，加工時(shí)間縮短 1／ 3以上，加工精度更高。 統(tǒng)生成 生巨量微小直線數(shù)據(jù)，經(jīng)后置處理轉(zhuǎn)換為 接產(chǎn)生 將已產(chǎn)生的巨量微小直線經(jīng)后置處理生成 過轉(zhuǎn)換軟件，變換為 第二種方法不存在將線性刀軌轉(zhuǎn)換成 度特別 高，但實(shí)現(xiàn)難度大。 （ 3）校核與處理非線性運(yùn)動(dòng)誤差 6 具運(yùn)動(dòng)的包絡(luò)面與加工表面之間存在逼近誤差，根據(jù)誤差的大小決定走刀步長和加工帶寬度。尤其在多軸聯(lián)動(dòng)加工時(shí)，由于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的影響，機(jī)床各坐標(biāo)線性插補(bǔ)的合成運(yùn)動(dòng)使得實(shí)際刀位運(yùn)動(dòng)偏離編程直線，產(chǎn)生非線性運(yùn)動(dòng)誤差。由于該誤差的大小與機(jī)床運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)有關(guān)，在通用化的前置處理中難以處理。因此，在后置處理中應(yīng)根據(jù)具體機(jī)床結(jié)構(gòu)對非線性運(yùn)動(dòng)誤差進(jìn)行校驗(yàn)，若誤差超出允許范圍，需對相應(yīng)的刀位點(diǎn)作修正處理。 （ 4）發(fā)展到 統(tǒng)之間沒有統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型。 數(shù)據(jù)信息通過標(biāo)準(zhǔn)接口的方式傳遞 統(tǒng)，即使是在一體化的集成 統(tǒng)中，信息的共享也只是單向的和單一的。 1997年歐共體提出了 產(chǎn)品數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn) 新定義了 要求 包括幾何數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)和制造特征 )，加上工藝的信息和刀具信息。直接產(chǎn)生加工程序來控制機(jī)床，不存在單獨(dú)的 刀具路徑文件，廢棄了 代碼，從而不再需要后置處理系統(tǒng)。目前 中較具代表性的研究項(xiàng)目有歐洲的 國的 本的 相應(yīng)的現(xiàn)有數(shù)控系統(tǒng)和 統(tǒng)都需更新或廢棄，目前這不是短期內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)的事。 三、研究內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案： 究內(nèi)容 （ 1）通過 置處理器設(shè)置機(jī)床參數(shù)、 工程序格式和輸出文件格式，生成 (2)利用 置處理器 ,實(shí)現(xiàn)模態(tài) 輔助功能指令 輸出和非模態(tài)輔助功能指令循環(huán) 32 的輸出 。 (3)通過用戶自定義功能 ,以 言為開發(fā)語言 ,實(shí)現(xiàn)在生成 序的同時(shí)輸出總加工時(shí)間、每道工序的加工時(shí)間和刀具信息 。 (4)專用后置處理程序與 成 。 驗(yàn)方案 (1）了解 控系統(tǒng) 和 軸加工中心的機(jī)床結(jié)構(gòu) (2) 基于 發(fā) 置處理程序 ,生成 軸加工中心的 7 特性數(shù)據(jù)文件 . (3) 根據(jù)實(shí)際加工過 程和加工結(jié)果，修正理論并總結(jié)方法。 四、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度 標(biāo) 針對復(fù)雜曲面零件，基于現(xiàn)有的 統(tǒng)和 統(tǒng)，研究其自動(dòng)編程技術(shù)、走刀路徑規(guī)劃、后置處理技術(shù) 。 要特色 （ 1）實(shí)現(xiàn)了在通用后置處理基礎(chǔ)上快速有效地開發(fā)數(shù)控機(jī)床的專用后置處理器，解決了用高級計(jì)算機(jī)語言從頭編寫專用后置處理器的繁瑣過程。 （ 2）運(yùn)用 成的數(shù)控加工程序無需手工修改就可以直接輸入數(shù)控機(jī)床進(jìn)行產(chǎn)品加工，從而解決了通用后置處理器產(chǎn)生的數(shù)控程 序需人 工進(jìn)行二次修改的繁瑣過程。 （ 3）充分發(fā)揮了 而使加工中心的強(qiáng)大功能得到了充分的發(fā)揮。 （ 4）有效地解決了 體化技術(shù)的推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。 作進(jìn)度 1. 開題報(bào)告、查閱資料、外文翻譯（ 6000 字符 ) 3 周 2. 研究 控系統(tǒng)和 3 周 3. 生成 軸加工中心的特性數(shù)據(jù)文件 2 周 4. 輸出模態(tài)和非模態(tài)輔助功能指令 3 周 5. 輸出總加工時(shí)間、每道工序的加工時(shí)間和刀具信息 2 周 G 集成 1 周 7. 撰寫畢業(yè)論文 3 周 8. 答辯準(zhǔn)備及畢業(yè)答辯 1 周 五、參考文獻(xiàn) [1] 周濟(jì) ,周艷紅 ,數(shù)控加工技術(shù) ,北京 :國防工業(yè)出版社 ,2002 [2] 劉雄偉 ,數(shù)控加工理論與編程技術(shù) ,北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,2002 [3] 司 北 京 辦 事 處 , 尋 求 完 美 的 后 置 處 理 程 序 , 制 造 業(yè) 信 息化 ,2003,(4):994] 王衛(wèi)兵 ,X 數(shù)控編程實(shí)用教程 ,北京 :清華大學(xué)出報(bào)社 ,2004 [5] 李佳 ,朱心雄 ,通用后置處理系統(tǒng)介紹 ,計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造 ,1996,(6):196] 楊勝群 ,X 數(shù)控加工技術(shù) ,北京 :清華大學(xué)出版社 ,2006 8 [7]熊清平 ,張正勇等 ,統(tǒng)巨量 序解釋實(shí)現(xiàn)的方法 ,中國機(jī)械工程 ,1999,10(6):6738]雷大江 ,周茂書 ,五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工后置處理器的定制 ,工程物理研究院科技年報(bào) ,2004,(1):1269] 梁訓(xùn)塇 ,我國機(jī)床工業(yè)已跨入世界行列第一方陣 ,組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù) ,2003,(8):110]1992,41(2):63711] s 12] 實(shí)用數(shù)控加工技術(shù)委員會(huì) ,實(shí)用數(shù)控加工技術(shù) ,北京 :兵器工業(yè)出版社 ,1995 [13] 安杰 ,鄒昱章 ,北京 :清華大學(xué)出版社 ,2002 [14] 王衛(wèi)兵 ,教程 ,北京 :清華大學(xué)出版社 ,2004 [15] AE of 999,39(1):3316] of 001,115(3):28417] a of 997,13(9):65818] 楊國平 ,000教程 ,北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,2001 [19] 鐘見琳 ,陳秀梅等 ,機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 ,2002,(2):8820] 張利波 ,周濟(jì) ,開方式數(shù)控編程通用后置處理器 ,機(jī)械與電子 ,1996, (4): 321] 曾愛華 ,數(shù)控加工系統(tǒng)中通用后置處理系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn) ,計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造，1996,(1):2622] 茍琪等編著 ,北京 :機(jī)械工業(yè)出版社， 2003 [23] 陳文革 ,尹芳 ,基于 005,(3):3624] 韓建軍 ,圖形軟件 其后置處理程序設(shè)計(jì) ,天津理工學(xué)院學(xué)報(bào) ,1999,15(2):9425] 王啟富，袁輝， C 后置處理的開發(fā)與應(yīng)用， 制造業(yè)信息化， 2003, (11):8826] 祝益軍 ,五軸加工中心 昌河科技 ,2004,(3):1527] 陳輝 ,王知行等 ,基于 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào) ,2002, (5): 839 1 五軸加工中心的數(shù)控編程后置處理研究 摘要 : 通常， 直接利用 通用后置處理器 生成的 碼與用戶使用的數(shù)控機(jī)床和系統(tǒng)的要求不符， 不能生成正確的加工程序，導(dǎo)致 數(shù)控加工不能安全、可靠地進(jìn)行 ，并且通用后置處理器不能輸出機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)所特有的輔助功能， 使得數(shù)控機(jī)床特性功能的利用受到影響。 本課題針對 00 30數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行了專用后置處理的研究，開發(fā)了后置處理程序，該程序能夠根據(jù)刀位源文件生成數(shù)控加工程序，且無需二次更改，就可以實(shí)現(xiàn)五軸 聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工。 30數(shù)控系統(tǒng)除了具備 有其它特有的輔助功能，針對輔助功能和五坐標(biāo)數(shù)控加工機(jī)床的特殊性， 利用 現(xiàn)了模態(tài)輔助功能指令 2的輸出。通過用戶自定義功能，以 現(xiàn)了在生成 每道工序的加工時(shí)間和刀具信息 。將專用后置處理程序與 現(xiàn)了在 關(guān)鍵詞： 五坐標(biāo)加工 數(shù)控編程 后置處理 加工仿真 整體葉輪 指導(dǎo)老師簽名： 2 C C by t of it in be of of to be or 0030 in C to it is to it C SO 30 to of C G/we of 126, 128 of 2. cl as to C of G to by G. NC 3 目 錄 第一章 緒論 ................................................................................................................. 1 控 編程后置處理技術(shù) ..................................................................................... 1 控編程 后處理技術(shù)研究現(xiàn)狀 ......................................................................... 1 要研究內(nèi)容 ..................................................................................................... 4 第二章 置處理 器介紹 .................................................................................... 4 G 提供的后置處理方法 .................................................................................. 4 G 圖形后置處理模塊 ........................................................................... 4 G 后置處理器 .......................................................... 4 G/要參數(shù) ................................................................................. 6 軸加工中心及配置的數(shù)控系統(tǒng)介紹 ............................................ 8 30 數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控程序格式 ............................................ 9 轉(zhuǎn)臺(tái)五坐標(biāo)后置處理算法 .......................................................................... 10 第三章 軸加工中心后置處理的研究 ................................................ 13 用 立機(jī)床特性數(shù)據(jù)文件 .................................................... 13 置機(jī)床參數(shù) ........................................................................................... 13 置程序的格式 ....................................................................................... 15 置程序段格式 ....................................................................................... 17 置輸出文件 ........................................................................................... 19 出輔助功能指令 .......................................................................................... 20 態(tài)輔助功能指令的應(yīng)用 ....................................................................... 20 態(tài)輔助功能指令的輸出 ....................................................................... 24 模態(tài)輔助功能指令的應(yīng)用與輸出 ....................................................... 25 現(xiàn)用戶自定義功能 ...................................................................................... 26 出每道工序的加工時(shí)間 ........................................................................ 26 出加工總時(shí)間 ........................................................................................ 27 出刀具信息 ............................................................................................ 27 軸加工中心后置處理程序與 成 ...................................... 28 G 中數(shù)控加工程序的生成 ............................................................................ 29 參考文獻(xiàn) ..................................................................................................................... 31 4 論 控編程后置處理技術(shù) 數(shù)控加工技術(shù)是在數(shù)控機(jī)床上依靠 序進(jìn)行零件加工的自動(dòng)化加工方法，具有高效率、高精度與高柔性的特點(diǎn)。數(shù)控加工技術(shù)可有效解決復(fù)雜、精密和小批多變零件的加工問題，能夠充分適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。它是 加工執(zhí)行單元，是現(xiàn)代自動(dòng)化、柔性化及數(shù)字化生產(chǎn)加工技術(shù)的基礎(chǔ)與關(guān)鍵技術(shù)。 隨著航空、汽車、造船和模具制造等工業(yè)的發(fā)展，越來越多的復(fù)雜曲面應(yīng)用于工程之中。包含復(fù)雜曲面的大型零件和模 具的制造越來越離不開數(shù)控機(jī)床和數(shù)控加工技術(shù)。同時(shí)，由于對產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率要求的不斷提高，對復(fù)雜曲面加工的數(shù)控機(jī)床性能和相應(yīng)的數(shù)控加工技術(shù)也提出了更高的要求。五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控技術(shù)是數(shù)控技術(shù)中難度最大，應(yīng)用范圍最廣的技術(shù)之一，它集計(jì)算機(jī)控制、高性能伺服驅(qū)動(dòng)和精密加工技術(shù)于一體。目前，多采用五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的數(shù)控加工方法來完成復(fù)雜曲面的加工。飛機(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件、船用螺旋槳、泵類葉輪等都是五坐標(biāo)加工的典型例子。 后置處理技術(shù)是隨著數(shù)控技術(shù)、 術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的。最早的數(shù)控程序都是手工編制，不存在 后置處理問題。近年來，自動(dòng)編程 件取代了手工編程，它具有編程速度快、精度高、穩(wěn)定性好、更改方便和易于管理等特點(diǎn)，但是 自動(dòng)編程經(jīng)過刀具軌跡計(jì)算產(chǎn)生的刀位數(shù)據(jù)文件 不能被機(jī)床識(shí)別 ，需要設(shè)法把刀位數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換成 數(shù)控指令代碼 ，通過通信的方式輸入數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)，才能進(jìn)行零件的數(shù)控加工 [1]。因此，要把 前置處理產(chǎn)生的刀位數(shù)據(jù)文件、加工工藝參數(shù)與特定的機(jī)床特性文件、定義文件相結(jié)合，生成指定數(shù)控加工設(shè)備能夠識(shí)別的數(shù)控加工程序，該過程 稱為后置處理 （ [2]。 后置處理程序?qū)? 統(tǒng)通過機(jī)床的 統(tǒng)與機(jī)床數(shù)控加工緊密結(jié)合起來。隨著高檔數(shù)控加工中心、特殊結(jié)構(gòu)數(shù)控機(jī)床的不斷出現(xiàn)，為其配置和開發(fā)合適的后置處理器愈顯重要，這對提高數(shù)控編程效率、擴(kuò)大 體化技術(shù)的應(yīng)用范圍具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值和實(shí)際意義，目前后置處理技術(shù)已經(jīng)成為術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。 控編程后處理技術(shù)研究現(xiàn)狀 后置處理系統(tǒng)分為通用后置處理系統(tǒng)和專用后置處理系統(tǒng)。通用后置處理系統(tǒng)一般按照具有代表性的數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床的編程規(guī)范及特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)，它直接支持這類數(shù)控系統(tǒng)，同時(shí)它也支持用戶根據(jù) 特定的數(shù)控系統(tǒng)編程格式對它進(jìn)行二次開發(fā)。 關(guān)于通用后置處理器的開發(fā)和應(yīng)用，國外已經(jīng)非常成熟和普及，當(dāng)前所有的圖形交互式自動(dòng)編程 3]。如 以圖形方式創(chuàng)建從二軸到五軸的后處理程序。其后置處理器主要由事件生成器、事件處理器和定義文件三部分組成，它們一起將刀具路徑轉(zhuǎn)換成為一系列數(shù)控機(jī)床能夠直接讀取和執(zhí)行的數(shù)控程序 [4]。而 處理器完全針對應(yīng)用很廣泛的日 本 用 5 開放式功能型數(shù)據(jù)庫技術(shù)設(shè)計(jì)，允許用戶根據(jù)特定數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)的具體情況，而定制出適合該特定數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的專用后置處理器。使用 后再對該 改動(dòng)后的 5]。加拿大 0％以上的 可以讀取所覆蓋的 路徑文件，定制所覆蓋的 樣英國 6] [7] [8]。 在國內(nèi)來說，比較成熟和普及的自動(dòng)編程 制造工程師） 軟件， 它采用通用后置處理器，可以提供常見的數(shù)控系統(tǒng)后置處理格式，而且用戶還可以自定義專用數(shù)控系統(tǒng)的后置處理格式 [9]。但該軟件有較大的局限性，只適用于一般的銑削加工，在解決 果零件中涉及到孔的加工，將不能生成相應(yīng)的程序代碼 [10]。華中理工大學(xué)的張利波等人提出了一種基于配置文件的開放式數(shù)控編程通用后置處理模型，定義了配置文件的語法規(guī)則，給出了配置文件的 在 對于多軸數(shù)控加工的后置處理還是不能通用 [11]。北京航空航天大學(xué)的曾愛華等人，以通用化、結(jié)構(gòu)化、模塊化的基本設(shè)計(jì)思想對通用后置處理系統(tǒng)作了總體的分析，對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和程序?qū)崿F(xiàn)作了具體描述，并為系統(tǒng)的通用化、實(shí)用化和商品化提供了必要的條件，但是該系統(tǒng)只能滿足一般的兩軸半和 三軸數(shù)控銑加工自動(dòng)編程的需要 [12]。正因?yàn)槿绱?，專用后處理器開發(fā)已成為數(shù)控自動(dòng)編程的一個(gè)急需解決的熱點(diǎn)問題之一。 專用后置處理器開發(fā)和應(yīng)用不如通用后置處理器那樣成熟和普及，因?yàn)閷Ｓ煤笾锰幚砥魉鎸Φ母鞣N數(shù)控系統(tǒng)的專用性、特殊性和互不兼容性等特點(diǎn)使得開發(fā)總工作量巨大，導(dǎo)致專用后置器開發(fā)相對薄弱。國外對專用后置處理器開發(fā)和應(yīng)用相當(dāng)重視，加拿大滑鐵盧大學(xué)機(jī)械系就以其 實(shí)驗(yàn)室的一臺(tái) 用 現(xiàn)了專用后置處理器的開發(fā)，已在該加工中心得到了驗(yàn)證 [13]。 國內(nèi)像信息產(chǎn)業(yè)部第 39所曹永新和任林杰就曾在武漢重型機(jī)械廠 用的數(shù)控系統(tǒng)是國產(chǎn)的華中－ 系統(tǒng)最大的優(yōu)勢就是經(jīng)濟(jì)，其缺陷是一般的自動(dòng)編程軟件中沒有支持它的后置處理器），專門為此數(shù)控系統(tǒng)和車床設(shè)計(jì)開發(fā)了其專用后置處理器 將其集成到 際加工效果良好。武漢工業(yè)學(xué)院陳文革和尹芳根據(jù) 02系統(tǒng)）結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)的編程原理和通信接口的要求，對完全滿足數(shù)控編程加工的生產(chǎn)需要 [14]。廣東富士康模具公司的鄧德軍根據(jù) 610加工中心配置德國西門子 擇 開發(fā)平臺(tái)，成功地為 610加工中心開發(fā)了專用后置處理器。 韓建軍對 于一個(gè)回轉(zhuǎn)軸、三個(gè)移動(dòng)軸的 15]。 王啟富等人用 開發(fā) 6]。祝益軍針對 C＋＋ 環(huán)境下開發(fā)了后置處理軟件 [17]。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)的陳輝等人基于 發(fā)了并聯(lián)機(jī)床后置處理器，用于六軸或七軸并聯(lián)機(jī)床的后置處理 [18]。 綜上所述：通用后置處理系統(tǒng)是今后發(fā)展的方向，但在目前無論是國外還是國內(nèi)真正能夠做到完全通用后置處理系統(tǒng)幾乎沒有 [19]，因?yàn)橥ㄓ煤笾锰幚硎且詷?biāo)準(zhǔn)刀位數(shù)據(jù)、通用的數(shù)控指令為前提進(jìn)行考慮的 [20]。雖然國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 (美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(電子工業(yè)協(xié)會(huì) (刀位源文件、后置處理語句和數(shù)控指令都有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，但各數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠商采用不盡相同的標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)控系統(tǒng)的指令格式多樣，由于競爭需要還會(huì)采用一些非標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容 [21]，有些數(shù)控系統(tǒng)的擴(kuò)展功能己經(jīng)超出了前置處理刀位數(shù)據(jù)的規(guī)定格式，如樣條曲線、漸開線等，而目前的通用后置處理系統(tǒng)還只是考慮直線和圓弧 [22]，多數(shù)采用離散直線來逼近工件輪廓，零件形狀越復(fù)雜，數(shù)控程序量越大 [23]，而且多軸加工時(shí)還要考慮 非線性運(yùn)動(dòng)誤差校驗(yàn)、進(jìn)給速度的校核、特定數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控加工程序的生成等問題，以保證數(shù)控加工安 全、可靠的進(jìn)行 [24]。隨著產(chǎn)品加工精度及復(fù)雜程度的提高，使得數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床技術(shù)不斷發(fā)展變化，造成通用后置處理器越來越難以適應(yīng)這種現(xiàn)狀。 目前，雖然國內(nèi)很多制造企業(yè)擁有了先進(jìn)的五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床，但真正能充分發(fā)揮五坐標(biāo)加工功能的還為數(shù)不多，并且多數(shù)企業(yè)在購買機(jī)床的同時(shí)，沒有對 件引起足夠的重視，在實(shí)際加工中普遍遇到了問題。例如，中國電子科技集團(tuán)某電子研究所 2004 年引進(jìn)的五軸數(shù)控加工中心，由于 件的后置處理問題，導(dǎo)致該機(jī)床一直無法進(jìn)行五軸加工，只能作為普通的三軸數(shù)控機(jī)床 使用。 實(shí)踐表明， 直接利用 通用后置處理器 生成的 碼一般都與用戶使用的數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)的要求不符， 不能生成正確的加工程序， 導(dǎo)致數(shù)控加工過程不能安全、可靠地進(jìn)行 ，并且通用后置處理器不能輸出機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)所特有的輔助功能， 使得數(shù)控機(jī)床特性功能的利用受到影響 [25]。 軸加工中心配置的 控系統(tǒng)，具有特有的輔助功能。例如，輔助功能 以在傾斜軸定位時(shí)保持刀尖位置不變；輔助功能 以實(shí)現(xiàn)刀具的短路徑行程；循環(huán) 32 功能可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)路徑之間的輪廓平滑過渡（無論補(bǔ)償與否），刀具與工件表面保持接觸。但這些輔助功能不能在 用后置處理器中直接調(diào)用。在這種情況下，通過本課題的研究解決這個(gè)難題，對于五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工技術(shù)的推廣，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。 要研究內(nèi)容 本論文基于 X 系統(tǒng)，針對 床和 數(shù)控系統(tǒng)的后置處理技術(shù)進(jìn)行研究。具體的工作內(nèi)容包括： (1)通過 置處理器設(shè)置機(jī)床參數(shù)、 工程序格式和輸出文件格式，生成軸加工中心的特性數(shù)據(jù)文件。 (2)利用 置處理器 ,實(shí)現(xiàn)模態(tài)輔助功能指令 輸出和非模態(tài)輔助功能指令循環(huán) 32 的輸出。 (3)通過用戶自定義功能 ,以 實(shí)現(xiàn)在生成 道工序的加工時(shí)間和刀具信息。 (4)專用后置處理程序與 成。 第二章 置處理器介紹 G 提供的后置處理方法 功能強(qiáng)大、內(nèi)容豐富，為用戶提供了集成最先進(jìn)的技術(shù) 和一流實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的解決方案，能夠把任何產(chǎn)品構(gòu)想付諸于實(shí)際。 配、加工、仿真和分析等領(lǐng)域的操作功能。 具、電器、汽車、化工及航天領(lǐng)域 [26]。 圖形后置處理模塊 G/前應(yīng)用最多的是 7]。 形后置處理模塊 圖形后置處理模塊 機(jī)床數(shù)據(jù)文件 (*，機(jī)床數(shù)據(jù)文件包含對刀位源文件進(jìn)行后置處理時(shí)所需的機(jī)床數(shù)據(jù)。 時(shí) * 采用圖形后置處理模塊 先需要將 用機(jī)床數(shù)據(jù)文件生成器建立機(jī)床數(shù)據(jù)文件，然后運(yùn)行 定刀位源文件和機(jī)床數(shù)據(jù)文件，系統(tǒng)根據(jù)機(jī)床數(shù)據(jù)文件中的指令對刀位源文件進(jìn)行后置處理，最后輸出數(shù)控加工程序 [28]。 G 后置處理器 以 出符合機(jī)床控制系統(tǒng)要求的 戶可以通過 后通過 成任意復(fù)雜機(jī)床的后處理 [29]， 圖 2 (1)件生成器）－將事件傳給 件是后置 處理的一個(gè)數(shù)據(jù)集，用來控制機(jī)床的每一個(gè)動(dòng)作。事件生成器提取零件的刀具路徑信息，并將其作為事件和參數(shù)傳遞到加工輸出管理器。 8 (2)件處理文件 這個(gè)文件是用 言寫成，定義了每一個(gè)事件的處理方式。它可以通過 (3)件 定義文件 －定義事件處理后輸出的數(shù)據(jù)格式。它可以通過 (4)工輸出管理器）－簡稱 內(nèi)部刀軌數(shù)據(jù)加載給解釋程序，并打開 (5)輸出文件）－ (6)處理用戶界面文件 通過它用戶可利用 圖 2處理流程圖 事件生成器、事件處理器和事件定義文件是 相關(guān)聯(lián)的，它們結(jié)合在一起把 30]。 采用 立后處理文件的過程，如圖 2示。 后置處理必須具備兩個(gè)要素 :軌數(shù)據(jù)在 置處理器由事件管理器和定義文件構(gòu)成。 首先由事件生成器提取刀軌信息，并將刀軌信息整理成事件和變量后，傳遞到加工輸出管理器進(jìn)行處理，加工輸出管理器把帶有相關(guān)數(shù)據(jù)信息的事件傳遞到事件管理器，由事件管理器對事件進(jìn)行處理，處理 結(jié)果再返回到加工輸出管理器，加工輸出管理器再根據(jù)定義文件來決定要輸出的加工程序的輸出格式并輸出，直到結(jié)束。 采用 系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生三個(gè)文件。一個(gè)是事件定義文件(*包含了指定機(jī)床控制系統(tǒng)的靜態(tài)信息和程序格式；一個(gè)是 事件處理文件 (*定義了每一個(gè)事件的處理方式，決定導(dǎo)軌源文件中每個(gè)事件如何處理，并決定反饋什 9 么變量和數(shù)據(jù)給加工輸出管理器，事件處理文件結(jié)構(gòu)是由 言編寫而成的；還有一個(gè)是后處理用戶界面文件 (*通過它用戶可利用 可進(jìn)行用戶化后處理。 圖 2G/立后處理文件的過程圖 G/要參數(shù) 使用 立后處理時(shí)， 戶界面分成 5 個(gè)大項(xiàng)，分別是：床參數(shù)）、 序和刀軌參數(shù)）、 N/C 據(jù)格式）、 出參數(shù)）和 處理文件預(yù)覽）。當(dāng)一個(gè)大項(xiàng)選定后，里面還有許多小項(xiàng)參數(shù)需要設(shè)定。 （ 1）機(jī)床參數(shù)屬性項(xiàng) 在機(jī)床參數(shù)項(xiàng)中，選擇合適的機(jī)床類型，設(shè)置機(jī)床坐標(biāo)軸行程、機(jī)床回零點(diǎn)位置、直線軸插補(bǔ)最小分辨率（控制系統(tǒng)可分辨的最小長度）、機(jī)床快速移動(dòng)速度等。由于機(jī)床類型不同，機(jī)床參數(shù)項(xiàng)的內(nèi)容也會(huì)不同，甚至機(jī)床軸數(shù)不同、旋轉(zhuǎn)軸方式有差異，機(jī)床參數(shù)項(xiàng)的內(nèi)容也不同。 （ 2）程序和刀軌參數(shù)屬性項(xiàng) 在程序和刀軌參數(shù)項(xiàng)中可以定義、修改和用戶化與數(shù)控加工程序相關(guān)的參數(shù) ，機(jī)床所具有的 G、 M 代碼，同一行中字地址的輸出順序。程序項(xiàng)由五個(gè)序列組成，分別是程序頭（ 操作頭（ 刀軌（ 操作尾（ 和程序尾（ 用戶可以在除刀軌序列外的四個(gè)序列中加入用戶自定義特殊后置處理輸出命令程序行等，它既可以是用戶命令，也可以是操作信息，還可以是自定義的程序行，對于用戶自定義程序行可以在用戶命令項(xiàng)添加 自定義的后置處理代碼，從而形成特殊的后置處理命令。圖 2示為查閱機(jī)床 / 控制系統(tǒng)手冊 U G / P o s t B u i l d e r 測試 機(jī)床類型 執(zhí)行后處理 生成 / 編輯 T c 生成 / 編輯 d e 測試 U G / P o s t 不能滿足要求時(shí) E r r o r 特殊機(jī)床 銑 、車 、車銑 、線 切 割 E r r o r 10 用戶自定義命令部分，左側(cè)是用戶自定義程序行，用戶在右側(cè)添加代碼。 圖 2戶自定義命令部分 （ 3） N/C 數(shù)據(jù)格式定義屬性項(xiàng) 在 N/C 數(shù)據(jù)格式定義屬性項(xiàng)主要是定義 N/C 輸出格式，它包括程序行（ 字（ 格式（ 其它數(shù)據(jù)（ 在程序行項(xiàng)主要定義在每一個(gè)程序行中有哪些字，以及它們之間的順序，可以在這里編輯、新建程序行或刪除不用的程序行；在字項(xiàng)可 以定義后處理中每個(gè)字的相關(guān)參數(shù)，如最大值、最小值、模態(tài)等；在格式項(xiàng)定義采用相應(yīng)格式的字類型是實(shí)數(shù)、整數(shù)或字符串等，一旦更改其中參數(shù)，所有采用這種格式的字地址都會(huì)更改；在其它數(shù)據(jù)項(xiàng)可以定義一些與程序本身無關(guān)的數(shù)據(jù)格式，如：程序行號、字間隔、行結(jié)束符號等。 （ 4）輸出參數(shù)項(xiàng) 輸出參數(shù)項(xiàng)共有兩個(gè)子參數(shù)項(xiàng)，分別是 表文件）和 他控制）。在輸出參數(shù)項(xiàng)中允許用戶生成控制列表文件，該文件包含了整個(gè)后處理過程的 X、 Y、 Z 坐標(biāo)值，第 4 軸角度，第 5 軸角度，進(jìn)給和主軸轉(zhuǎn)速等信 息。用戶還可以定義控制列表文件的后綴名。 （ 5）后處理文件預(yù)覽 后處理文件預(yù)覽允許用戶在保存后處理之前檢查定義文件和事件處理文件的改動(dòng)。新的內(nèi)容顯示在上面的窗口中，舊的內(nèi)容顯示在下面的窗口中。 軸加工中心及配置的數(shù)控系統(tǒng)介紹 00 軸聯(lián)動(dòng) 高速 加工中心是 面向 中小型復(fù)雜零件 的 精密加工 的機(jī)型，如圖 2示。它采用最新的材料和技術(shù)，保證了多軸部件大功率高速度加工時(shí)的動(dòng)態(tài)特性，并結(jié)合了米克朗高速主軸技術(shù)的成果， 00 主軸轉(zhuǎn) 速范圍可從用于傳統(tǒng)切削的 12000r/用于高速切削各種材料的 20000r/高性能主軸配合圓形回轉(zhuǎn) /擺動(dòng)工作臺(tái)， 可以滿足多種類型的切削任務(wù)。 機(jī)床 主要 參數(shù) 如下 ： 主軸： X－ Y－ Z— B－ C 結(jié)構(gòu)：雙轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu) 11 工作行程： X 軸 :600 軸 :450 軸 :450作臺(tái)面：Φ 450 轉(zhuǎn)軸范圍： +30°（ B 軸），雙向 360°（ C 軸） 主軸轉(zhuǎn)速： 20 - 20000 轉(zhuǎn) /分 主軸最大功率： 30 千瓦 刀庫容量： 30 把 /3A 圖 2轉(zhuǎn)臺(tái)五軸加工中心 00 軸聯(lián)動(dòng) 高速 加工中心 與 30 數(shù)控系統(tǒng)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)高速切削工藝 ， 用 話式編程語言編寫常規(guī)加工程序，在系統(tǒng)中配有三維的交互式編程環(huán)境，可以及時(shí)對代碼進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真和刀路驗(yàn)證，交互式的圖形顯示可將編程輪廓的每個(gè)加工步驟圖形化地顯示在屏幕上。在運(yùn)行一個(gè)程序的同時(shí)，還能輸入或測試 另一個(gè)程序。系統(tǒng)同時(shí)也支持用 式（即 G 代碼）和式的編程。 30 提供了刀具中心點(diǎn)管理控制、 3D 刀具補(bǔ)償功能、支持傾斜面以及圓柱表面加工等功能。 30 最多可以控制 12 個(gè)軸，也可由程序來定位主軸。 控系統(tǒng)的數(shù)控程序格式 30 數(shù)控系統(tǒng)支持 話編程格式（ H 代碼）和 程格式（ G 代碼），其中前者是 特有格式。本課題的數(shù) 控程序的輸出格式選取 H 代碼格式， 數(shù)控程序通常都是以字母和數(shù)字表示其文件名，以 擴(kuò)展名，但默認(rèn)的記事本格式仍可以識(shí)別，即記事本格式也可以輸入到加工中心進(jìn)行加工。 軸加工中心的數(shù)控格式主要有以下幾個(gè)部分： （ 1）程序頭：主要包括加工中心數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定的一些特定的格式和控制主軸及冷卻液的相關(guān)程序行，如圖 2示。 軸加工中心數(shù)控加工程序須以“ 件名”開頭，如圖中的第一行。第二、三行是設(shè)定毛坯的尺寸，以“ 頭。以下是調(diào)用刀具、 12 控制主軸等 程序行。 圖 2軸加工中心程序頭格式 （ 2）程序主體 程序主體主要是刀心點(diǎn)的坐標(biāo)值，如圖 2示。 圖 2軸加工中心程序的主體 （ 3）程序尾 程序尾主要包括主軸停轉(zhuǎn)（ 冷卻液關(guān)閉（ 停止程序運(yùn)行（ 以“ 件名”結(jié)束，如圖 2示。 圖 2軸加工中心程序尾格式 13 轉(zhuǎn)臺(tái)五坐標(biāo)后置處理算法 從刀位計(jì)算方法可 以看出，對于五坐標(biāo)數(shù)控加工，刀位文件中刀位的給出形式為刀心坐標(biāo)和刀軸矢量，在后置處理過程中，需要將它們轉(zhuǎn)換為機(jī)床的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)。對于不同類型運(yùn)動(dòng)關(guān)系的數(shù)控機(jī)床，其運(yùn)動(dòng)方式不一致，故其后置處理算法也各不相同。 一般來說，五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)是指數(shù)控機(jī)床的 X、 Y、 Z 三個(gè)移動(dòng)坐標(biāo)和繞 X、 Y、 Z 軸旋轉(zhuǎn)的的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo) A、 B、 C 中的任意五個(gè)坐標(biāo)的線性插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，如圖 2示。雙轉(zhuǎn)臺(tái)五坐標(biāo)機(jī)床運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)是由 X、 Y、 Z、 B、 C 這五個(gè)自由度方向上的運(yùn)動(dòng)組成的，其中 B、 C 軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)都是通過機(jī)床的工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)，故稱為雙轉(zhuǎn)臺(tái)。如圖 2件可繞坐標(biāo)軸 Y 擺動(dòng) B 角；工件可繞坐標(biāo)軸 Z 轉(zhuǎn)動(dòng) C 角；工作臺(tái)回轉(zhuǎn)與 Z 軸一致；機(jī)床運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系為YZ， d?，刀心0 ?0 0 0,,C C Cx y z；刀軸矢量 a（單位矢量）在工件坐標(biāo)系中為 ? ?,,x y za a a[31]。 圖 2床運(yùn)動(dòng)坐標(biāo) 圖 2坐標(biāo)加工刀軸矢量轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)系 本文結(jié)合 雙轉(zhuǎn)臺(tái)五坐標(biāo)加工中心的特點(diǎn)來介紹 X、 Y、 Z、B、 C 這五個(gè)坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床后置處理算法。由于帶 B、 C 軸的五軸機(jī)床特點(diǎn)之一便是：其刀軸既可以繞 Z 軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)到（ +X）（ +Z）平面上，也可以繞 Z 軸順時(shí)針轉(zhuǎn)到（ +Z）平面上，如圖 2示。所以這種運(yùn)動(dòng)關(guān)系如果處理不當(dāng)，容易導(dǎo)致“ Y 坐標(biāo)負(fù)向超程問題”的出現(xiàn)。所謂 Y 坐標(biāo)的負(fù)向超程是指 Y 坐標(biāo)的負(fù)向運(yùn)動(dòng)（指刀具相對于工 作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)）超越了工作臺(tái)臺(tái)面的限制極限值 ? ?負(fù)向超程問題的出現(xiàn)容易導(dǎo)致刀具與工作臺(tái)面的干涉及報(bào)廢零件等不良后果。所以在做后置處理算法分析時(shí)，將兩種轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)系分開討論有助于解決 Y 坐標(biāo)的負(fù)向超程問題。下面分別給出這兩種不同轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)系下的兩種坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計(jì)算公式： 14 a）刀軸矢量繞 Z 軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) b）刀軸矢量繞 Z 軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 圖 2坐標(biāo)加工刀軸矢量繞 Z 軸的兩種轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)系 令刀軸矢量 a 為自由矢量，首先將刀軸的起點(diǎn)移到工 件坐標(biāo)系的原點(diǎn)，然后將刀軸矢量繞 Z 軸順時(shí)針轉(zhuǎn)到（ +X）（ +Z）平面上，再將刀軸矢量繞 Y 軸順時(shí)針轉(zhuǎn)到與 Z 坐標(biāo)方向一致。 （ 1）在求解的第一步中，將刀軸矢量繞 Z 軸順時(shí)針轉(zhuǎn)到（ +X）（ +Z）平面上 22r c t a n ( a > 0 )9 0 ( a = 0 ) 1 8 0 a r c t a n ( a 0 )9 0 ( a = 0 ) 1 8 0 a r c t a n ( a < 0 )?? ????? ? ??? ?? ? ? ? ???（ 2 0 a r c t a n 0r c t a n 0r c t a n ?? ? ? ? ?????????? ??????? 0 a r c t a n 0??????????? ??????? ? ? ? ???????（ 2 （當(dāng) 0時(shí)，令 a r c ta n 9 0?） 0 0 0000 0 0c o s c o s c o s s i n s i n s i ns i n c o ss i n c o s s i n s i n c o s c o CX x B C y B C z B d BY x C y CZ x B C y B C z B d B? ? ? ? ?????? ? ? ? ??（ 2 從式 2 2以看出，兩種計(jì)算方法求得的 Y 值正好相反。 軸加工中心后置處理的研究 用 立機(jī)床特性數(shù)據(jù)文件 置機(jī)床參數(shù) 16 啟動(dòng) 建五軸 后處理文件（圖 3在新建對話框中從 選擇雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸（ 5銑床類型，控制系統(tǒng)選擇后系統(tǒng)顯示 性頁面，通過該頁面設(shè)定參數(shù)以符合機(jī)床參數(shù)的要求。 在 面的左面結(jié)構(gòu)窗口中單擊 點(diǎn)，分別設(shè)置機(jī)床參數(shù)。 點(diǎn)的機(jī)床參數(shù)， 如圖 3示。 圖 3立新的后處理 圖 3定機(jī)床行程極限 參數(shù)設(shè)置是重點(diǎn)。第四旋轉(zhuǎn)軸參數(shù)的設(shè)置，需要在旋轉(zhuǎn)軸配置（ ，設(shè)置兩根旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)主體、旋轉(zhuǎn)平面和代號 。軸加工中心的第四軸代號為 B，第五軸代號為 C，旋轉(zhuǎn)主體為工作臺(tái)，旋轉(zhuǎn)平面分別為 面和 面，如圖 3示。 下面，需要設(shè)置旋轉(zhuǎn)精度（ 最大旋轉(zhuǎn)速度（ 樞軸距離（ 軸旋轉(zhuǎn)方向（ 軸方向（ 旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)范圍（ 旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)中心相對于機(jī)床原點(diǎn)的位置（ 參數(shù) [32]。 樞軸距離是兩根旋轉(zhuǎn)軸線之間的距離。軸旋轉(zhuǎn)方向定義是否采用右手螺旋法則，是則設(shè)置為正轉(zhuǎn)（ 否設(shè)置為反轉(zhuǎn)（ 軸方向（ 義工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向，可以用下面兩種方法 [33]： 絕對位置法（ 代數(shù)值表示工作臺(tái)的角度位置。位 17 置角度增大時(shí)工作臺(tái)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，減小時(shí)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。相對位置法（ 絕對值表示工作臺(tái)的角度位置，代 數(shù)符號僅僅表明工作臺(tái)到達(dá)該位置的旋轉(zhuǎn)方向，正號為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，負(fù)號為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。 第四旋轉(zhuǎn)軸參數(shù)的設(shè)置，如圖 3示。機(jī)床參數(shù)設(shè)定結(jié)束后，單擊 鈕，顯示出雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸銑床簡圖（圖 3 圖 3義機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸配置 圖 3設(shè)定第四旋轉(zhuǎn)軸參數(shù) 圖 3轉(zhuǎn)臺(tái)五軸銑床簡圖 置程序的格式 一個(gè) 序分成五個(gè)序列，即程序開始、程序結(jié)束、操作開始、操作結(jié)束和刀軌路徑事件。序列由一系列有序的事件組成。在序列的對話框中有一些標(biāo)記（ 在標(biāo)記下面可以添加一系列程序段（ 以決定所輸出 序的內(nèi)容和組成。 ? 程序開始序列（ 定義程序開始時(shí)需要輸出的程序行，一個(gè) 序只有一個(gè)程序開始事件，如圖 3 18 ? 操作開始序列（ 采 用 X 軟件數(shù)控編程時(shí)，把每一道加工工序稱為一項(xiàng) “操作 ”。操作開始序列定義了從操作開始到第一個(gè)切削運(yùn)動(dòng)之間的事件，包括自動(dòng)換刀（ 手動(dòng)換刀（ 接近運(yùn)動(dòng)（ 初始運(yùn)動(dòng)（ 進(jìn)刀運(yùn)動(dòng)（ 首次切削（ ，如圖 3示。 圖 3 程序開始序列 圖 3 操作開始序列 ? 刀具路徑事件（ 刀具路徑事件包括 床控制事件）、 工運(yùn)動(dòng)）和 循環(huán)）三項(xiàng)內(nèi)容。機(jī)床控制事件主要定義如進(jìn)給、換刀、冷卻液、公英制等事件的格式 [34]，如圖 3示。加工運(yùn)動(dòng)定義后處理如何處理刀位軌跡源文件中的 圖 3示。當(dāng)進(jìn)給速度大于 0 或大 于最大進(jìn)給速度時(shí)，系統(tǒng)采用 速移動(dòng)）來處理；當(dāng)進(jìn)給速度不為 0 或小于最大進(jìn)給速度時(shí)，系統(tǒng)采用 性移動(dòng)）來處理；當(dāng)出現(xiàn)圓弧插補(bǔ)或圓弧運(yùn)動(dòng)事件時(shí)，系統(tǒng)采用 弧運(yùn)動(dòng)）來處理。鉆循環(huán)定義當(dāng)進(jìn)行孔加工循環(huán)時(shí)，系統(tǒng)如何處理這類事件，并定義輸出格式。 ? 操作結(jié)束序列（ 操作結(jié)尾定義從最后退刀運(yùn)動(dòng)到操作結(jié)束之前的事件。在每個(gè)操作結(jié)尾處出現(xiàn)的程序行應(yīng)放在這里，如果只出現(xiàn)一次應(yīng)放在程序結(jié)尾位置。 操作尾 添加 消 消 軸停轉(zhuǎn)）， 卻液關(guān)閉）， L 91（抬刀）， L 0 F B、 C 回零） ,如圖 3 19 圖 3 圖 3 加工運(yùn)動(dòng)設(shè)置 ? 程序結(jié)束序列（ 程序結(jié)尾定義程序結(jié)束時(shí)需要輸出的程序行，一個(gè) 圖 3 圖 3操作結(jié)束序列 圖 3程序結(jié)束序列 20 置程序段格式 在 需要設(shè)置 工程序段格式。 ? 準(zhǔn)備功能代碼 它是使機(jī)床準(zhǔn)備好某種工作方式的指令，如命令機(jī)床走直線或圓弧運(yùn) 動(dòng)、固定循環(huán)運(yùn)動(dòng)、刀具補(bǔ)償、指定坐標(biāo)平面或坐標(biāo)偏置等。 30 數(shù)控系統(tǒng)除 準(zhǔn)格式外，還有自定義格式，例如用 L、 C C 別代替 因此，定義準(zhǔn)備功能代碼時(shí)要根據(jù)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的具體規(guī)定。當(dāng)它具備有兩種或更多格式時(shí)，在一個(gè) 工程序中，它只允許使用一種格式。 ? 輔助功能代碼 它是控制機(jī)床某一輔助動(dòng)作的指令，如主軸開、停，冷卻液開、關(guān)等。 30 常用的輔助功能代碼，除 準(zhǔn)規(guī)定的之 外，還有許多是自定義的，例如， 小量潤滑液和吹塵三項(xiàng)功能