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】,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 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 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，但是 自動編程經(jīng)過刀具軌跡計算產(chǎn)生的刀位數(shù)據(jù)文件 不能被機床識別 ，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)控機床的數(shù)控系統(tǒng)，才能進行零件的數(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]，因為通用后置處理是以標準刀位數(shù)據(jù)、通用的數(shù)控指令為前提進行考慮的 [4]。雖然國際標準化組織 (美國國家標準協(xié)會 (電子工業(yè)協(xié)會 (刀位源文件、后置處理語句和數(shù)控指令都有相應(yīng)的標準，但各數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠商采用不盡相同的標準，數(shù)控系統(tǒng)的指令格式多樣，由于競爭需要還會采用一些非標準的內(nèi)容 [5]，有些數(shù)控系統(tǒng)的擴展功能己經(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]，而且多軸加工時還要考慮 非線性運動誤差校驗、進給速度的校核、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、可靠地進行 [9]。 專用后置處理器與相應(yīng)的數(shù)控機床和系統(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 材料進行加工。 高速切削相對傳統(tǒng)加工有以下特點：一是提高生產(chǎn)效率。高速切削加工允許使用較大的進給率，比常規(guī)切削加工提高 5～ 10 倍，單位時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，使一些薄壁類精細工件的切削加工成為可能；三是提高加工質(zhì)量。因為高速旋轉(zhuǎn)時刀具切削的激勵頻率遠離工藝系統(tǒng)的固有頻率，不會造成工藝系統(tǒng)的受迫振動，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 逐一完成機床類型及技術(shù)參數(shù)定制、旋轉(zhuǎn)軸超限時的處理、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，當前所有的圖形交互式自動編程 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，允許用戶根據(jù)特定數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)的具體情況，在 而定制出適合該特定數(shù)控機床系統(tǒng)的專用后置處理器。使用 后再對該 改動后的 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)控銑加工自動編程的需要 [21]。正因為如此，專用后處理器開發(fā)已成為數(shù)控自動編程的一個急需解決的熱點問題之一。 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，因為專用后置處理器所面對的各種數(shù)控系統(tǒng)的專用性、特殊性和互不兼容性等特點使得開發(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)用相當重視，加拿大滑鐵盧大學(xué)機械系就以其 實驗室的一臺 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，其缺陷是一般的自動編程軟件中沒有支 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，選擇 開發(fā)平臺，成功地為 610加工中心開發(fā)了專用后置處理器。 韓建軍對 于一個回轉(zhuǎn)軸、三個移動軸的 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)機床后置處理器，用于六軸或七軸并聯(lián)機床的后置處理 [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)于一種或一個系列機床，對于不同的數(shù)控裝置和數(shù)控機床 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 要求輸入標準格式的刀位原文件， 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，由用戶自行定義機床運動結(jié)構(gòu)和控制指令格式，擴充應(yīng)用系統(tǒng)，使其適合于各種機床和數(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，運算時間長。 高速數(shù)控加工中采用 過控制點、節(jié)點矢量和權(quán)三個變量來表達自由曲線，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，但實現(xiàn)難度大。 （ 3）校核與處理非線性運動誤差 6 具運動的包絡(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)動加工時，由于旋轉(zhuǎn)運動的影響，機床各坐標線性插補的合成運動使得實際刀位運動偏離編程直線，產(chǎn)生非線性運動誤差。由于該誤差的大小與機床運動結(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)具體機床結(jié)構(gòu)對非線性運動誤差進行校驗，若誤差超出允許范圍，需對相應(yīng)的刀位點作修正處理。 （ 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)信息通過標準接口的方式傳遞 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)換標準 新定義了 要求 包括幾何數(shù)據(jù)、設(shè)計和制造特征 )，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床，不存在單獨的 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)可以實現(xiàn)的事。 三、研究內(nèi)容及實驗方案： 究內(nèi)容 （ 1）通過 置處理器設(shè)置機床參數(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 ,實現(xiàn)在生成 序的同時輸出總加工時間、每道工序的加工時間和刀具信息 。 (4)專用后置處理程序與 成 。 驗方案 (1）了解 控系統(tǒng) 和 軸加工中心的機床結(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)實際加工過 程和加工結(jié)果，修正理論并總結(jié)方法。 四、目標、主要特色及工作進度 標 針對復(fù)雜曲面零件，基于現(xiàn)有的 統(tǒng)和 統(tǒng)，研究其自動編程技術(shù)、走刀路徑規(guī)劃、后置處理技術(shù) 。 要特色 （ 1）實現(xiàn)了在通用后置處理基礎(chǔ)上快速有效地開發(fā)數(shù)控機床的專用后置處理器，解決了用高級計算機語言從頭編寫專用后置處理器的繁瑣過程。 （ 2）運用 成的數(shù)控加工程序無需手工修改就可以直接輸入數(shù)控機床進行產(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)。 作進度 1. 開題報告、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. 輸出總加工時間、每道工序的加工時間和刀具信息 2 周 G 集成 1 周 7. 撰寫畢業(yè)論文 3 周 8. 答辯準備及畢業(yè)答辯 1 周 五、參考文獻 [1] 周濟 ,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)控編程實用教程 ,北京 :清華大學(xué)出報社 ,2004 [5] 李佳 ,朱心雄 ,通用后置處理系統(tǒng)介紹 ,計算機輔助設(shè)計與制造 ,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 序解釋實現(xiàn)的方法 ,中國機械工程 ,1999,10(6):6738]雷大江 ,周茂書 ,五軸聯(lián)動數(shù)控加工后置處理器的定制 ,工程物理研究院科技年報 ,2004,(1):1269] 梁訓(xùn)塇 ,我國機床工業(yè)已跨入世界行列第一方陣 ,組合機床與自動化加工技術(shù) ,2003,(8):110]1992,41(2):63711] s 12] 實用數(shù)控加工技術(shù)委員會 ,實用數(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 :機械工業(yè)出版社 ,2001 [19] 鐘見琳 ,陳秀梅等 ,機械設(shè)計與制造 ,2002,(2):8820] 張利波 ,周濟 ,開方式數(shù)控編程通用后置處理器 ,機械與電子 ,1996, (4): 321] 曾愛華 ,數(shù)控加工系統(tǒng)中通用后置處理系統(tǒng)的研究與實現(xiàn) ,計算機輔助設(shè)計與制造，1996,(1):2622] 茍琪等編著 ,北京 :機械工業(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 ,天津理工學(xué)院學(xué)報 ,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 ,2002, (5): 839