我们知道,数控机床的控制系统不同,机床结构形式和运动方式也存在差异,所使用的NC程序格式也是不一样,因此,数控操作中的刀具轨迹必需经过处理转换成 特定机床控制器能够接受的特定格式的NC程序,这样的处理过程就是后置处理。正是由于机床运动方式的不同,特别是五坐标摆角结构的不同,保证刀位文件通过 后置处理生成NC程序与编程人员在CAD/CAM软件数控操作设计的符合性,便成为后置处理的关键内容。
利用C/C++等计算机语言,按数控机床的运动方式和控制系统的编程规范,归纳出计算空间点坐标的数学公式,通过编制专用的后置处理程序并生成可执行文件,定义数控机床的后置处理。
第①种方法,其特点是操作简单,对后置处理模块定义人员的数控专业技能要求不高,缺点是灵活性较低,满足对程序格式有特殊要求的能力低。
由于加工航空结构件使用的数控机床结构多,控制系统多,前置类型多。开发通用后置平台是解决这种情况的最好办法。通用后置平台需要满足以下几点要求:
可以识别多种CAD/CAM软件产生的前置程序(如UG,CATIA)。
对于不同结构的机床和控制系统,能够输出该机床能够识别的NC代码。
对一些特殊机床,可以满足其对程序运算、程序格式、辅助信息的要求。
可扩展性,用户可以根据自己的需求,定义实现新机床的处理输出。
可升级性,可根据实际需求,不断扩展完善核心处理模块。
下文着重分析论述了利用计算机语言,针对UG软件CLS刀位文件,开发专用后置处理软件的技术要点和解决方法。
CLS刀位文件是UG生成的前置程序,通过对CLS文件不同后置处理,可以生成各种机床系统的NC加工程序。
以下是UG的一个标准CLS刀位文件,现对部分程序段进行解释:
TOOL PATH/PLANAR_MILL, TOOL, FLAT20R2注:为刀轨说明,每个CLS头均有这一语句
TOOL PATH/PLANAR MILL——刀轨名称,名称为“PLANAR MILL”
TOOL,FLAT20R2?——使用刀具,刀具名称为FLAT20R2
TLDATA/MILL,20.0000,2.0000,75.0000,1.0000,1.0000
注:为刀具说明
MILL——表示刀具为立铣刀,其它参数还有 TCUTTER:T型刀; DRILL:钻头等等。
为刀具参数,各参数对应下图(D=20,R1=2,L=75,B=1,A=1)
UG还有很多其它语句,如开关冷却液、锁定主轴、延时等等,需在UG中手动输入,平时使用上较少,这里不一一累述。
在UG的前置文件中,出现的最多的语句是“GOTO/X,Y,Z,I,J,K”,后置的主要工作也就是把这段语句转化为机床能够识别NC语句。
这里我在算法上说明了怎样将I,J,K语句后置为五轴机床的转角A,B,C。
第1种:B为主摆角,A为副摆角,刀具轴在Z轴上;
第2种:A为主摆角,B为副摆角,刀具轴在Z轴上;
第3种:A、B摆角,刀具轴在X轴上。见下图:
第1、2种摆角类型在龙门结构和单柱结构的数控机床上均广泛采用;第3种类型机床主要是卧式结构的机床。
根据GOTO语句中的数据信息,通过数学推导,可以利用单位刀轴矢量在X、Y、Z轴的投影值I、J、K计算出A和B的坐标值。如B为主摆角,A为副摆角的,利用IJK推导AB的运算过程如下,见下图。
同理,推导A为主摆角和刀轴在X轴上的刀轴矢量与坐标角度的计算公式见下表。
根据GOTO语句中的数据信息,通过数学推导,可以利用I,J,K值计算出AC或BC的坐标值,推导的公 第④、第⑤种机床结构的 坐标点计算公式
假定前一段空间点的坐标值为X1、Y1、Z1、A1、C1,按表3公式计算的坐标角度为A2、C2,则当前段坐标角度值A3、C3按如下逻辑运算。
第一步:C3= Min(ABS((n×(±180°))+C2- C1)),确定n和180°的正负号;
第二步:A3=(-1)n×A2
运算结束,将计算得到的值写入NC程序中后,将当前段计算的坐标值X、Y、Z、A3、C3分别赋予X1、Y1、Z1、A1、C1,按上述方法依次优化计算每一段的坐标值并写入NC程序,直至刀位文件结束。
在AC或BC摆角的五轴加工中,由于C角有一定的限程,当C坐标连续插补过大时就会造成C向反向旋转。在加工中C反向旋转,很容易铣伤零件。为了解决这一问题,常用的方法就是采用法向抬刀算法。
法向抬刀指的是当C旋转角度过大时,机床按当前刀轴方向退刀,在空中旋转C角,再进行轴向进刀,继续切削加工。采用这种算法可以有效的防止机床在零件上进行C轴旋转操作。
各种CAM软件提供的通用后置无法做到这一算法,出现这种情况时,有可能会直接跟一个不合适的C值,造成零件过切。
设定前置CLS段为GOTO/X,Y,Z,I,J,K为,设定当前法向抬刀距离为TLPARK。退刀点坐标为:
本文叙述了UG刀位文件的格式与一些基本算法,希望各位程编人员能够深入的了解后置处理,提高程编水平,提高处理NC程序错误的综合能力。
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