SIEMENS802D数控车床操作 三亿文库
SIEMENS802D数控车床操作
移动要输入的位置按“数字键”输入数据，然后按输入键 或移动光标到其它位置来确认输入。也可利用“搜索”软键，输入要搜索的R参数的索引号，按“确认”或输入键进行确认查找R参数。
图8-5-5-1 注：R参数从R0－R299共有300个 输入数据范围：±(0.999999) 若输入数据超过范围后，自动设置为允许的最大值。 1.4.6坐标系切换 用此功能可以改变当前显示的坐标系。 当前界面不是“加工”操作区，按按“加工操作区域键”，切换到加工操作区。 切换机床坐标系，按软键，系统出现如图8-7-1-1的界面；
图8-7-1-1 点击软键点击软键点击软键，可切换到相对坐标系； ，可切换到工件坐标系； ，可切换到机床坐标系； 1.5数控程序处理 数控程序可以通过记事本或写字板等编缉软件输入并保存为文本格式文件，也可直接用SIEMENS802D系统内部的编辑器直接输入程序。 1.5.1新建一个数控程序 1．在系统面板上按下，进入程序管理界面如图8-8-1-1所示 按下新程序键，则弹出对话框，如图8-8-1-2所示：
图8-8-1-2 2．输入程序名，若没有扩展名，自动添加“.MPF”为扩展名，而子程序扩展名“.SPF”需随文件名起输入。 3．按“确认”键，生成新程序文件，并进入到编辑界面。 4．若按软键“中断”，将关闭此对话框并到程序管理主界面。 注：输入新程序名必须遵循以下原则： 开始的两个符号必须是字母 其后的符号可以是字母，数字或下划线 最多为16个字符 不得使用分隔符 1.5.2删除程序 1．进入到程序管理主界面的“程序”界面如图8-8-1-1 2．按光标键选择要删除的程序。 3．按软键“删除”，系统出现如图8-8-5-1所示的删除对话框。 按光标键选择选项，第一项为刚才选择的程序名，表示删除这一个文件，第二项“删除全部文件”表示要删除程序列表中所有文件。 按“确认”键，将根据选择删除类型删除文件并返回程序管理界面。 若按软键“中断”，将关闭此对话框并到程序管理主界面。 注：若没有运行机床，可以删除当前选择的程序，但不能删除当前正在运行的程序。 1.5.3重命名程序 1．进入到程序管理主界面的“程序”界面如图8-8-1-1 2．光标键选择要重命名的程序。 3．按软键“重命名”，系统出现如图8-8-6-1所示的重命名对话框。 输入新的程序名，若没有扩展名，自动添加“.MPF”为扩展名，而子程序扩展名“.SPF”需随文件名起输入。
图8-8-6-1 4．按“确认”键，源文件名更改为新的文件名并返回到程序管理界面。 若按软键“中断”，将关闭此对话框并到程序管理主界面。 注：若文件名不合法（应以两个字母开头）、新名与旧名相同、或名与一已存在的文件相同，弹出警告对话框。 若在机床停止时重命名当前选择的程序，则当前程序变为空程序，显示同删除当前选择程序相同的警告。可以重命名当前运行的程序，改名后，当前显示的运行程序名也随之改变。 1.5.3程序编辑 1）编辑程序 1．在程序管理主界面，选中一个程序，按软键“打开”或按 “INPUT”，进入到如图8-8-7-1所示的编辑主界面，编辑程序为选中的程序。在其它主界面下，按下系统面板的键，也可进入到编辑主界面，其中程序为以前载入的程序。 2．输入程序，程序立即被存储。 3．按软键“执行”来选择当前编辑程序为运行程序。 4．按下软键“标记程序段”，开始标记程序段，按“复制”或“删除”或输入新的字符时将取消标记 5．按下软键“复制程序段”，将当前选中的一段程序拷贝到剪切板。 6．按软键“粘贴程序段”，当前剪切板上的文本粘贴到当前的光标位置。 7．按软键“删除程序段”可以删除当前选择的程序段。 8．按软键“重编号”将重新编排行号。 注：软键“钻削”，“车削”及铣床中的“铣削”暂不支持 若编辑的程序是当前正在执行的程序，则不能输入任何字符。 2）搜索程序 1．切换到程序编辑界面，参考编辑程序。 2．按软键“搜索”，系统弹出如图8-8-7-2所示的搜索文本对话框。若需按行号搜索，按软键“行号”，对话框变为如图8-8-7-3所示的对话框。
图8-8-7-3 3．按“确认”后的若找到了要搜索的字符串或行号，将光标停到此字符串的前面或对应行的行首。
搜索文本时，若搜索不到，主界面无变化，在底部显示“未搜索到字符串”。搜索行号时，若搜索不到，光标停到程序尾。 3）程序段搜索 使用程序段搜索功能查找所需要的零件程序中的指定行，且从此行开始执行程序。 1．按下控制面板上的自动方式键切换到如图8-8-7-4所示的自动加工主界面 2．按软键“程序段搜索”切换到如图8-8-7-5所示的程序段搜索窗口，若不满足前置条件，此软键按下无效。
图8-8-7-5 3．按软键“搜索断点”，光标移动到上次执行程序中止时的行上。 按软键“搜索”，弹出如图8-8-7-2所示的搜索对话框，可从当前光标位置开始搜索或从程序头开始，输入数据后，确认，则跳到搜索到的位置。 4．按“启动搜索”软键，界面回到自动加工主界面下，并把搜索到的行设置为运行行。 使用“计算轮廓”可使机床返回到中断点，并返回到自动加工主界面， 注：若已使用过一次“启动搜索”，则按“启动搜索”时，会弹出对话框，警告不能启动搜索，需按RESET键后才可再次使用“启动搜索”。 1.6插入固定循环 点击进入程序管理面版如图8-8-8-1所示 注：界面右侧为可设定的参数栏，点击键盘上的方位，点击进入如图8-8-8-2所示界面 软键，
图8-8-8-2 在程序界面中可看到示的钻削程序 在钻削界面中包括点击我们可以看到、、进入如图所示的车削程序界面，在此界面中、、等等，不同程软键确认，即可调 与软键，点击进入如图8-8-8-3所序类型对应的软键，若想调用某类型的程序则点击相应的软键，即可进入相应的固定循环程序参数设置界面界面，输入参数后，点击用该程序。例如，若调用钻中心孔程序，则点击软键进入如图2-5-8-4界面，在此界面的左上角，可看到为实现钻中心孔操作，系统自动调用的程序的名称：“CYCLE81”。 界面右侧为可设定的参数栏，点击键盘上的方位键参数栏中移动，输入参数后，点击和，使光标在各软键确认，即可调用该程序。
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&&&&赣西学院论文1 绪论1.1 选题的依据及意义数控加工技术是指高效、 优质的实现产品零件特别是复杂形状零件加工的有关理 论、方法与实现的技术，它是自动化、柔性化、敏捷化和数字化制造加工等现代制造 业的重要基础与关键技术 ，也是发展军事工业的重要战略技术，是衡量一个国家工 业化水平的重要标志[2][3] [1]<&&&&br />。数控加工技术涉及的范围很广，涉及数控机床加工工艺和数控编程技术两方面， 其中数控编程技术是最能明显发挥效益的环节之一， 尤其是对于复杂形状的零件如叶 轮、叶片、复杂精密模具等应用效果更为明显。数控编程多采用自动编程系统，最初 现在编程系统向cad/cam一体化方 的自动编程系统是麻省理工学院开发的apt系统 ， 向发展，多采用图形交互式自动编程系统，如ug、pro/e、 catia等cad/cam集成软件 系统。 cad/cam一体化技术作为一种高新技术，己经广泛应用到机械、电子、航空航天、 化工、建筑等领域。在cad/cam一体化技术的应用过程中，一般的产品设计与制造流 程如图1-1所示， 由该流程图可见后置处理器是衔接cad/cam集成系统与数控加工设备 的 纽 带 。 由 cad/cam 自 动 编 程 系 统 产 生 刀 位 轨 迹 的 计 算 过 程 为 前 置 处 理 (preprocessing)，前置处理产生中性刀位源文件，所包含的是数控机床进行加工控 制所要经过的各加工点的坐标值以及刀轴矢量等，它采用相对运动原理，将刀位轨迹 的计算统一在工件坐标系中进行，而不考虑具体的机床结构及指令格式，从而简化系 统软件 。[5] [4]后置处理(postprocessing)是指将前置处理产生的刀位源文件和加工工艺参数 与特定的机床特性文件和定义文件相结合， 生成指定数控加工设备能够识别的数控加 工程序的过程。能够执行后置处理过程的程序称为后置处理器（postprocessor)。 可见没有后置处理器， 前置处理产生的中性刀位源文件就无法转化成数控加工设1赣西学院论文备能够识别的数控加工程序进行加工。因此，后置处理是将理论设计转化到实际生产 的关键环节 应用效果。 目前，现代的cad/cam集成系统能实现从设计到制造过程的高度集成，国内不少 企业或高校购置了各种不同层次的cad/cam集成软件系统(如ug、 pro/e等)和高效的加 工设备(如五轴联动加工中心等)[9] [8] [6][7]，也是产品顺利实现的重要保证，它直接影响到cad/cam的集成及其，例如我国2002年已是世界上最大的机床消费国和世界上最大的机床进口国，仅加工中心我国在2003年就进口了5132台，达6.31亿美 元 。另一方面我国数控机床平均利用率仅为40%，而日本的数控机床利用率约在80% 以上， 国外数控机床在两班制工作下开动率达到60%-70%， 但在国内却只能达20%-30%， 问题的关键原因在于我们的编程“效率低”。据国外资料统计，手工编程时，一个零 件的编程时间与机床实际加工时间之比约为30:1[10]，而数控机床不能开动的原因中有20%-30%是由于加工程序一时编制不出而耽搁的。因此高效的编程技术成为目前我 们亟待解决的问题，为此国内购置了各种不同层次的数控自动编程cad/cam集成软件 系统。 但是目前国内许多cad/cam软件用户的应用还只停留在cad上，对cam的应用效率 不高，数控机床还采用手工编制程序，致使对高质量的加工设备无法提出高要求，造 成了设备资源的闲置或低层次的使用，这是极大的浪费[11]。究其原因关键就在于没有解决好后置处理这一关键技术，这是因为数控机床的种类繁多、规格各异、指令格 式又不统一， 要使后置处理产生的数控代码不需要手工修改就能直接传输到数控加工 设备进行加工，必须针对具体的加工设备，配备专用的后置处理器；或者是在配备的 通用后置处理器的基础上根据机床特点进行必要的二次开发[12] [11]。随着制造业面对的制造对象更新频率加快，加工对象个性化突出，因而对机床工 业同样提出了产品品种多样化 。五轴数控机床是加工复杂零件的现代化设备，由于五轴加工的复杂性，后置处理器的开发越来越复杂，近年来考虑到机床结构和便于 排屑等因素又出现了一些带倾斜转台或者倾斜摆主轴头的特殊结构的五坐标数控机 床，这都对后置处理器的开发提出了新的要求，后置处理问题解决不好，轻则不能发 挥加工设备的新功能和加工效率上的优势，造成大材小用，重则由于程序问题造成生 产事故。 后置处理(post processing)是数控加工自动编程中需要考虑的一个重要问题。 将刀位数据文件转变成指定机床能执行的数控程序的过程称为后置处理。实践表明， 直接利用pro/e、ug等通用后置处理器生成的nc代码一般与用户使用的数控机床和系2赣西学院论文统的要求不符，导致数控加工不能安全、可靠地进行。通常，通用后置处理生成的加 工程序还需要做大量的手工修改才能执行，影响了数控设备的使用效率。为提高自动 编程效率，充分发挥加工设备优势，本课题在ug/post builder通用后置处理器的基 础上，针对mikronucp 600 vario五轴加工中心和配置的heidenhain it．nc530数控 系统开发了专用后置处理程序，并通过产品加工验证了该程序的正确性[13]。1.2 国内外研究概况及发展趋势（含文献综述） 国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）后置处理技术的发展是随着数控技术以及cad/cam技术的发展而发展起来的。最 早的数控程序都是手工编制，不存在后置处理问题。自从成熟的自动编程cad/cam软 件取代手工编程后， 由于cad/cam软件采用类计算机的高级语言(如apt语言等)编制的 刀位源文件不为机床所识别，需要将刀位源文件转换成数控指令代码，才带来了后置 处理问题 。随着高档数控加工中心和高端cad/cam集成软件系统应用的不断增多， 尤其是特殊结构数控机床的不断增多，为其配置和开发合适的后置处理器愈显重要， 这对提高数控编程效率、扩大cad/cam一体化技术的应用范围等具有重要的工程应用 价值和实际意义，目前后置处理技术已经成为cad/cam技术领域的一个研究热点。 1.2.1 1.2.1 国外对于后置处理技术的研究 后置处理系统分为专用后置处理系统和通用后置处理系统。 最初的后置处理程序多来自cad/cam供应商，人们花费了大量的劳动，配置了数 量众多、各种类型的后置处理器。例如apt系统就配置了一千多个针对各种不同类型 数控系统的后置处理程序[13] [7]。此种方法的优点是无需用户自己开发，方便使用；缺[14]点是当用户购买新的数控机床或者更换新的数控系统时， 需要补充订购新的专用后置 处理程序，而后置处理器价格昂贵，这样用户就受制于后置处理器软件开发商[15]。专用后置处理器的另外一种获得方法就是用户自己开发，用高级计算机语言例如 fortran来直接编写后置处理器 ，从刀位源文件中读取刀轨数据并转换输出。此种方法的优点是由于具有针对性，因此输出的数控程序不需要额外的手工修改；缺点是 开发工作量大，编制困难，开发周期长，对设计好的后置处理程序修改困难，需要有 经验的专门的软件编程人员修改。 很显然专用后置处理器的开发过程是智力密集和劳动密集兼而有之的过程， 当面 临的cad/cam系统、数控机床及其数控系统众多的情况下，从头开发专用后置处理器 的工作就相当繁重，因此通用后置处理技术是今后后置处理技术发展的方向。 一般来说 ，通用后置处理器都是某编程系统的一个子系统，要求输入的刀位源 文件是该数控编程系统经刀轨计算生成的。国外的cad/cam软件都提供通用后置处理3赣西学院论文器，如美国ug、pro/engineer、mastercam、法国的euclid-is等，部分软件厂家还采 用捆绑式专业后置处理系统，如surfcam采用spost,cimatron的imspost等，加拿大 icam的cam-post等[16] [17][18]。ug提供通用的后置处理器ug/ post，它提供常见二轴到五轴数控加工机床的后置 处理器。其后置处理器主要由三部分组成:事件生成器、事件处理器和定义文件，它 们一起将刀具路径转换成为一系列数控机床能够直接读取和执行的数控程序[19]。mastercam系统的后置处理分主处理程序和后置处理程序两大部分，该系统后置 处理程序内定成适应日本faunc控制器的通用格式，该系统的后置处理文件定义了切 削加工参数、nc程序格式、辅助工艺指令，设置了接口功能参数等。 1.2.2 1.2.2 国内方面对于后置处理技术的研究 国内对后置处理技术做过一些深入的探索研究，取得了一定的研究成果。在专用 后置处 理器 方面 多采 用计算 机高 级语 言自 主编写 开发 ，例 如韩 建军用 c语 言对 anvil5000开发的针对数控加工中心sagem的后置处理程序 发catia软件专用的nc后置处理软件等一些实例[22] [21] [20]，王启富等用turbo c开。在通用后置处理系统方面， 华中理工大学的张利波等提出了一种基于配置文件的 开放式数控编程通用后置处理模型 ，应用效果比较好，但对于多轴数控加工其后置处理还是不能达到通用；北京航空航天大学的曾爱华等人，以通用化、结构化、模 块化的基本设计思想对通用后置处理系统作了总体的分析， 并对系统结构和程序实现 作了具体描述，并为系统的通用化、实用化和商品化提供了必要的条件 系统只能满足一般的两轴半和三轴数控铣加工自动编程的需要。 国产cad/cam系统中caxa制造工程师是目前应用最为广泛的，它采用通用后置处 理器，可以提供常见的数控系统后置处理格式，而且用户还可以自定义专用数控系统 的后置处理格式[23] [14]，但是该。 caxa制造工倒币无需生成刀位源文件就可直接输出g代码指令，[24]但其局限性在于其后置处理只适用于一般的铣削加工，不适于孔加工。[25]综上所述:通用后置处理系统是今后发展的方向，但在目前无论是国外还是国内 真正能够做到完全通用的完美的通用后置处理系统几乎没有 ，因为通用后置处理[3]是在以标准刀位数据以及通用的数控指令为前提的基础上进行考虑的 。 国际标准化 组织(iso)、美国国家标准协会(ansi)和电子工业协会(eia)对刀位源文件、后置处理 语句和数控指令都有相应的标准，但各数控系统生产厂商采用不尽相同的标准，数控 系统的指令格式多样，由于竞争需要还会应用一些非标准的内容[13]，有些数控系统的扩展功能己经超出了前置处理刀位数据的规定格式，如样条曲线、渐开线等，而目4赣西学院论文前的通用后置处理系统还只是考虑直线和圆弧 ，多数采用离散直线来逼近工件轮 廓，零件形状越复杂，数控程序量越大，有时甚至是巨量 非线性运动误差[27] [26][3]，多轴加工时还会产生，而且科技发展日新月异，各种新型的数控系统和特殊结构机床不断的更新换代，通用后置处理系统总是很难做到及时的更新换代，这就使得新机床 特性的利用大打折扣。 因此本课题针对特殊结构或采用特殊数控系统的数控机床开发 专用后置处理器具有重要的现实意义和工程应用价值。1.3 研究内容1. 通过 ug 后置处理器设置机床参数、 加工程序格式和输出文件格式， nc 生成 mikron 五轴加工中心的特性数据文件。 2. 利用 ug 后置处理器，实现模态辅助功能指令 m126、m128 的输出和非模态辅助功 能指令循环 32 的输出。 3. 通过用户自定义功能，以 tcl 语言为开发语言，实现在生成 nc 程序的同时输出总 加工时间、每道工序的加工时间和刀具信息。 4. 专用后置处理程序与 ug 集成5赣西学院论文第二章 ug后处理器介绍 ug后处理器介绍ug提供的后置处理方法 2.1 ug提供的后置处理方法unigraphics nx是美国eds公司推出的面向制造行业的cad/cae/cam一体的高 端软件。它功能强大、内容丰富，为用户提供了集成最先进的技术和一流实践经验的 解决方案，能够把任何产品构想付诸于实际。ug nx涵盖了工业设计的造型、装配、 加工、仿真和分析等领域的操作功能。ug nx软件广泛应用于通用机械、模具、电 器、汽车、化工及航天领域[28]。[29]ug提供了两种后置处理方法:图形后置处理模块gpm (graphics postprocessor module)和ug后置处理器ug/post builder。目前应用最多的是ug/post builder 图形后置处理模块gpm 2.1.1 图形后置处理模块gpm 用 图 形 后 置 处 理 模 块 gpm 对 刀 位 源 文 件 进 行 后 置 处 理 需 要 机 床 数 据 文 件 (*.mdf )，机床数据文件包含对刀位源文件进行后置处理时所需的机床数据。gpm和 *.mdf文件相互依赖，gpm必须根据*.mdf文件中的数据来设置其开关量，同时 *.mdf文件也只能用于gpm进行后置处理。 采用图形后置处理模块gpm进行后置处理，首先需要将ug的刀具路径输出生成 刀具位置源文件，并用机床数据文件生成器建立机床数据文件，然后运行gpm，指 定刀位源文件和机床数据文件， 系统根据机床数据文件中的指令对刀位源文件进行后 置处理，最后输出数控加工程序[28]。 ug后置处理器 后置处理器ug/post 2.1.2 ug后置处理器ug/post builder ug提供了一个优秀的后处理工具— ug/post builder，它以ug cam中生成的零 件加工刀路轨迹作为输入，输出符合机床控制系统要求的nc代码。用户可以通过 ug/post builder建立和机床控制系统相关的事件处理文件和事件定义文件，然后通过 ug整合在一起，完成任意复杂机床的后处理 ug/post builder包括以下几部分: (1)event generator（事件生成器）－将事件传给post builder。事件是后置处理的 一个数据集，用来控制机床的每一个动作。事件生成器提取零件的刀具路径信息，并 将其作为事件和参数传递到加工输出管理器。 (2)event handle 事件处理文件.tcl） （ －这个文件是用tcl tool command language） （ 语言写成，定义了每一个事件的处理方式。它可以通过post builder建立。 (3)definition file（事件定义文件.def）－定义事件处理后输出的数据格式。它可[30]。，图2-1为ug后处理的流程图。6赣西学院论文以通过post builder建立。 (4)manufacturing output manager 加工输出管理器） （ －简称mom， 是post builder 后置处理器的核心。 post builder用它来启动后处理， 将内部刀轨数据加载给解释程序， 并打开.tcl和.def文件。 (5)output file（输出文件）－post builder输出的nc程序。 (6)post user interface file（后处理用户界面文件.pui）－通过它用户可利用post builder来修改事件处理文件和事件定义文件。图2-1 后处理流程图事件生成器、事件处理器和事件定义文件是相关联的，它们结合在一起把ug刀轨 源文件处理成机床可以接受的文件[31]。采用 ug/post builder 建立后处理文件的过程，如图 2-2 所示。 后置处理必须具备两个要素:ug刀轨数据和后置处理器文件，刀轨数据在ug cam中自动生成；后置处理器由事件管理器和定义文件构成。 ug/post builder进行后置处理的过程为:首先由事件生成器提取刀轨信息，并将 刀轨信息整理成事件和变量后，传递到加工输出管理器进行处理，加工输出管理器把 带有相关数据信息的事件传递到事件管理器，由事件管理器对事件进行处理，处理结 果再返回到加工输出管理器， 加工输出管理器再根据定义文件来决定要输出的加工程 序的输出格式并输出，直到结束。 采用ug/post builder建立后处理，系统会产生三个文件。一个是事件定义文件 (*.def)，包含了指定机床控制系统的静态信息和程序格式；一个是事件处理文件 (*.tcl)，定义了每一个事件的处理方式，决定导轨源文件中每个事件如何处理，并7赣西学院论文决定反馈什么变量和数据给加工输出管理器，事件处理文件结构是由tcl（tool command language）语言编写而成的；还有一个是后处理用户界面文件(*.pui)，通 过它用户可利用post builder来修改事件处理文件和事件定义文件， 并可进行用户化 后处理。查阅机床/控制系统手册 ug/post 不能满足要求时 生成/编辑 tcl 文件 ug/post buildererror 测试生成/编辑 def 文件ok 测试 机床类 型 特殊机床 error铣、车、车 线切割 铣、 执行后处理ok图 2-2 ug/post builder 建立后处理文件的过程图ug/post builder主要参数 2.2 ug/post builder主要参数使用 post builder 建立后处理时，post builder 用户界面分成 5 个大项，分别是： machine tool（机床参数）、program & tool path（程序和刀轨参数）、n/c data definition（nc 数据格式）、output setting（输出参数）和 post files preview（后处 理文件预览）。当一个大项选定后，里面还有许多小项参数需要设定。 （1）机床参数属性项 在机床参数项中，选择合适的机床类型，设置机床坐标轴行程、机床回零点位置、 直线轴插补最小分辨率（控制系统可分辨的最小长度） 、机床快速移动速度等。由 于机床类型不同，机床参数项的内容也会不同，甚至机床轴数不同、旋转轴方式有 差异，机床参数项的内容也不同。 （2）程序和刀轨参数属性项 在程序和刀轨参数项中可以定义、修改和用户化与数控加工程序相关的参数，机 床所具有的 g、m 代码，同一行中字地址的输出顺序。程序项由五个序列组成，分 、 （operation start sequence） 刀轨 、 （tool 别是程序头 （program start sequence） 操作头8赣西学院论文path） 、操作尾（operation end sequence）和程序尾（program end sequence） 。用户 可以在除刀轨序列外的四个序列中加入用户自定义特殊后置处理输出命令程序行 等，它既可以是用户命令，也可以是操作信息，还可以是自定义的程序行对于用户 自定义程序行可以在用户命令项添加自定义的后置处理代码，从而形成特殊的后置 处理命令。图 2-3 所示为用户自定义命令部分，左侧是用户自定义程序行，用户在 右侧添加代码。图 2-3 所示为用户自定义命令（3）n/c 数据格式定义属性项 在 n/c 数据 格式 定 义属性 项主 要是定 义 n/c 输出 格式 ， 它包括 程序行 （block）、字（word）、格式（format）和其它数据（other data elements）。 在程序行项主要定义在每一个程序行中有哪些字，以及它们之间的顺序，可以在这 里编辑、新建程序行或删除不用的程序行；在字项可以定义后处理中每个字的相关 参数，如最大值、最小值、模态等；在格式项定义采用相应格式的字类型是实数、 整数或字符串等，一旦更改其中参数，所有采用这种格式的字地址都会更改；在其 它数据项可以定义一些与程序本身无关的数据格式，如：程序行号、字间隔、行结 束符号等。 （4）输出参数项 输出参数项共有两个子参数项， 分别是 listing file （列表文件） other options 和 （其他控制） 。在输出参数项中允许用户生成控制列表文件，该文件包含了整个后 处理过程的 x、y、z 坐标值，第 4 轴角度，第 5 轴角度，进给和主轴转速等信息。 用户还可以定义控制列表文件的后缀名。 （5）后处理文件预览 后处理文件预览允许用户在保存后处理之前检查定义文件和事件处理文件的改 动。新的内容显示在上面的窗口中，旧的内容显示在下面的窗口中。9赣西学院论文mikron五轴加工中心及配置的数控系统介绍 2.3 mikron五轴加工中心及配置的数控系统介绍mikron ucp 600 vario五轴联动高速加工中心是面向中小型复杂零件的精 密加工的机型，如图2-4所示。它采用最新的材料和技术，保证了多轴部件大功 率高速度加工时的动态特性，并结合了米克朗高速主轴技术的成果，mikron ucp 600 vario的主轴转速范围可从用于传统切削的12000r/min到用于高速切削 各种材料的20000r/min。高性能主轴配合圆形回转/摆动工作台，可以满足多种类 型的切削任务。机床主要参数如下： 主轴：x－y－z—b－c 结构：双转台结构 工作行程：x 轴:600mm 工作台面：φ450 mm 旋转轴范围：-115°～+30°（b 轴） ，双向 360°（c 轴） 主轴转速：20 - 20000 转/分 主轴最大功率：30 千瓦 刀库容量：30 把/hsk 63a y 轴:450 mm z 轴:450mm图 2-4mikron ucp600 vario 双转台五轴加工中心mikron ucp 600 vario 五轴联动高速加工中心与heidenhain itnc 530数控系 统相结合实现高速切削工艺， itnc530采用heidenhain对话式编程语言编写常规 加工程序，在系统中配有三维的交互式编程环境，可以及时对代码进行动态仿真 和刀路验证， 交互式的图形显示可将编程轮廓的每个加工步骤图形化地显示在屏 幕上。在运行一个程序的同时，还能输入或测试另一个程序。系统同时也支持用10赣西学院论文iso格式（即g代码）和dnc模式的编程。heidenhain itnc 530提供了刀具中心 3d刀具补偿功能、 支持倾斜面以及圆柱表面加工等功能。 heidenhain 点管理控制、 itnc 530最多可以控制12个轴，也可由程序来定位主轴。itnc530数控系统的数控程序格式 2.4 heidenhain itnc530数控系统的数控程序格式heidenhain itnc 530 数控系统支持 heidenhain 对话编程格式 （h 代码） iso 和 编程格式（g 代码） ，其中前者是 heidenhain 的特有格式。本课题的数控程序的输 出格式选取 h 代码格式，数控程序通常都是以字母和数字表示其文件名，以.h 为 扩展名，但默认的记事本格式仍可以识别，即记事本格式也可以输入到加工中心进 行加工。 mikron 五轴加工中心的数控格式主要有以下几个部分： （1）程序头：主要包括加工中心数控系统规定的一些特定的格式和控制主轴及 冷却液的相关程序行，如图 2-5 所示。 mikron 五轴加工中心数控加工程序须以“begin pgm 文件名”开头，如图 中的第一行。第二、三行是设定毛坯的尺寸，以“blk form”开头。以下是调用 刀具、控制主轴等程序行。图2-5mikron五轴加工中心程序头格式（2）程序主体 程序主体主要是刀心点的坐标值，如图 2-6 所示。11赣西学院论文图2-6mikron五轴加工中心程序的主体（3）程序尾 程序尾主要包括主轴停转（m5） 、冷却液关闭（m9） 、停止程序运行（m2） ， 以“end pgm 文件名”结束，如图 2-7 所示。图 2-7mikron 五轴加工中心程序尾格式2.5 双转台五坐标后置处理算法从刀位计算方法可以看出，对于五坐标数控加工，刀位文件中刀位的给出形式 为刀心坐标和刀轴矢量，在后置处理过程中，需要将它们转换为机床的运动坐标。 对于不同类型运动关系的数控机床，其运动方式不一致，故其后置处理算法也各不 相同。 一般来说，五坐标联动是指数控机床的 x、y、z 三个移动坐标和绕 x、y、z 轴 旋转的的三个转动坐标 a、 c 中的任意五个坐标的线性插补运动， b、 如图 2-8 所示。 双转台五坐标机床运动的运动是由 x、y、z、b、c 这五个自由度方向上的运动组成 的，其中 b、c 轴的旋转运动都是通过机床的工作台旋转来实现，故称为双转台。 如图 2-9 所示工件坐标系为 ow xyz ； 工件可绕坐标轴 y 摆动 b 角； 工件可绕坐标轴 z 转动 c 角；工作台回转与 z 轴一致；机床运动坐标系为 ow xyz ， owor = d ，刀心12赣西学院论文中为 ( ax , a y , az )c0 在工件坐标系中的位置为 xc0 , yc0 , zc0 ；刀轴矢量 a（单位矢量）在工件坐标系[32]()。图 2-8 机床运动坐标图 2-9 五坐标加工刀轴矢量转动关系本文结合 mikrion ucp600vario 型双转台五坐标加工中心的特点来介绍 x、y、 z、b、c 这五个坐标运动的机床后置处理算法。由于带 b、c 轴的五轴机床特点之一 便是：其刀轴既可以绕 z 轴逆时针转到（+x） （+z）平面上，也可以绕 z 轴顺时针 转到（-x） （+z）平面上，如图 2-10 所示。所以这种运动关系如果处理不当，容易 导致“y 坐标负向超程问题”的出现。所谓 y 坐标的负向超程是指 y 坐标的负向运 动（指刀具相对于工作台的运动）超越了工作台台面的限制极限值 ymin (ymin & 0 ) 。 负向超程问题的出现容易导致刀具与工作台面的干涉及报废零件等不良后果。所以 在做后置处理算法分析时，将两种转动关系分开讨论有助于解决 y 坐标的负向超程 问题。下面分别给出这两种不同转动关系下的两种坐标转换计算公式：a）刀轴矢量绕 z 轴顺时针转动b）刀轴矢量绕 z 轴逆时针转动图 2-10 五坐标加工刀轴矢量绕 z 轴的两种转动关系13赣西学院论文令刀轴矢量a为自由矢量，首先将刀轴的起点移到工件坐标系的原点，然后将刀 轴矢量绕z轴顺时针转到（+x） （+z）平面上，再将刀轴矢量绕y轴顺时针转到与z 坐标方向一致。 （1）在求解的第一步中，将刀轴矢量绕 z 轴顺时针转到（+x） （+z）平面上2 2
b = arctan az&&&&b = 90° 2 2
b = 180° + arctan az
(a z &0) (a z =0) (a z &0)
（2-1） ay c = arctan ax
c = 180° + arctan
c = 360° + arctan
ay ax ay ax ay ax（2-2）（当 ax = 0 时，令 arctanay ax= 90° ）求刀心 c0 经工件转动后在机床坐标系 or xyz 中的位置，即机床的运动坐标值 x、y、z。 ①先将工件坐标系 ow xyz 平移到机床坐标系 or xyz ，变换矩阵为： 1 t1 = 0 0 0
0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 d 1
0 0 0 1 ②工件绕 z 轴旋转-c 角，变换矩阵为：
sin c t2 = sin c cos c 0 0 0 0
③工件绕 y 轴旋转-b 角，变换矩阵为： cos b t3 = 0
则： 0 1 0 0 sin b 0 cos b 0 0 0 1 0(xyz 1) = xc0(yc0zc01 t1t2t3)将其展开得：14赣西学院论文 x = xc0 cos b cos c + yc0 cos b sin c
xc0 sin c + yc0 cos c
z = xc0 sin b cos c + yc0 sin b sin c + zc0 cos b + d cos b （2-3）（2）在求解的第一步中，将刀轴矢量绕 z 轴逆时针转到（-x） （+z）平面上2
arctan x az&&&&b = 90° 2
arctan x az
(a z &0) (a z =0) (a z &0)
（2-4） ay c = 180° + arctan ax
ay c = arctan
a c = 180° + arctan y ax
（当 ax = 0 时，令 arctan（2-5）ay ax= 90° ） x = xc0 cos b cos c + yc0 cos b sin c
y = xc0 sin c
z = xc0 sin b cos c + yc0 sin b sin c + zc0 cos b + d cos b
从式2-3、式2-6可以看出，两种计算方法求得的y值正好相反。（2-6）15赣西学院论文第三章 mikron五轴加工中心后置处理的研究 mikron五轴加工中心后置处理的研究利用post builder建立机床特性数据文件 3.1 利用post builder建立机床特性数据文件3.1.1 设置机床参数 启动 ug/post builder 新建五轴后处理文件（图 3-1） ，在新建对话框中从 library 中选择双转台五轴（5-axis with dual rotary tables）铣床类型，控制 系统选择 heidenhain_conversational，然后系统显示 machine tool 属性页面，通 过该页面设定参数以符合机床参数的要求。 在 machine tool 页面的左面结构窗口中单击 general parameters、 fourth axis 和 fifth axis 节点，分别设置机床参数。general parameters 节点的机床参数， 如图 3-2 所示。图3-1 建立新的后处理图3-2 设定机床行程极限fourth axis 和 fifth axis 的参数设置是重点。第四旋转轴参数的设置，需要 在旋转轴配置（rotary axis configuration）中，设置两根旋转轴的旋转主体、 旋转平面和代号。mikron 五轴加工中心的第四轴代号为 b，第五轴代号为 c，旋转 主体为工作台，旋转平面分别为 zx 平面和 xy 平面，如图 3-3 所示。 下面，需要设置旋转精度（rotary motion resolution） 、最大旋转速度（max feed rate） 、枢轴距离（pivot distance） 、轴旋转方向（axis rotation） 、轴方 向（axis rotation） 、旋转轴转动范围（rotary axis limits） 、旋转轴旋转中心 相对于机床原点的位置（machine zero to rotary axis center）等参数[33]。枢轴距离是两根旋转轴线之间的距离。轴旋转方向定义是否采用右手螺旋法则， 是则设置为正转（nomal） ，否设置为反转（reverse） 。轴方向（axis direction）16赣西学院论文定义工作台转动的方向，可以用下面两种方法[34]：绝对位置法（magnitude determines direction）用代数值表示工作台的角度 位置。位置角度增大时工作台顺时针旋转，减小时逆时针旋转。相对位置法（sign determines direction）用绝对值表示工作台的角度位置，代数符号仅仅表明工作 台到达该位置的旋转方向，正号为顺时针旋转，负号为逆时针旋转。 第四旋转轴参数的设置，如图 3-4 所示。机床参数设定结束后，单击 display machine tool 按钮，显示出双转台五轴铣床简图（图 3-5） 。图 3-3 定义机床旋转轴配置图 3-4设定第四旋转轴参数图 3-5 双转台五轴铣床简图3.1.2 设置程序的格式 post builder 将一个 nc 程序分成五个序列，即程序开始、程序结束、操作开始、 操作结束和刀轨路径事件。序列由一系列有序的事件组成。在序列的对话框中有一 些标记（markers） ，在标记下面可以添加一系列程序段（block） ，以决定所输出 nc 程序的内容和组成。 a、程序开始序列（program start sequence）17赣西学院论文定义程序开始时需要输出的程序行，一个 nc 程序只有一个程序开始事件，如 图 3-6 所示。 b、操作开始序列（operation start sequence） 采用 ug nx 软件数控编程时，把每一道加工工序称为一项“操作”。操作开始 序列定义了从操作开始到第一个切削运动之间的事件，包括自动换刀（automatic tool change） ，手动换刀（manual tool change） ，接近运动（approach move） ， 初始运动（initial move） ，进刀运动（engage move） ，首次切削（first cut）等， 如图 3-7 所示。图3-6程序开始序列图3-7操作开始序列c、刀具路径事件（tool path event） 刀具路径事件包括 machine control（机床控制事件） 、motion（加工运动）和 canned cycles（钻循环）三项内容。机床控制事件主要定义如进给、换刀、冷却 液、公英制等事件的格式[35]，如图 3-8 所示。加工运动定义后处理如何处理刀位轨迹源文件中的 goto 语句，如图 3-9 所示。当进给速度大于 0 或大于最大进给速度 时，系统采用 rapid move（快速移动）来处理；当进给速度不为 0 或小于最大进给 速度时，系统采用 linear move（线性移动）来处理；当出现圆弧插补或圆弧运动 事件时，系统采用 circle move（圆弧运动）来处理。钻循环定义当进行孔加工循 环时，系统如何处理这类事件，并定义输出格式。 d、操作结束序列（operation end seqnence） 操作结尾定义从最后退刀运动到操作结束之前的事件。在每个操作结尾处出现 的程序行应放在这里，如果只出现一次应放在程序结尾位置。操作尾添加 m129（取 消 m128） ，m127（取消 m126） ，m05（主轴停转） ，m09（冷却液关闭） z1000 f max ，l18赣西学院论文m91（抬刀） ，l b0 c0 f max（b、c 回零）,如图 3-10。图 3-8post builder 中机床控制事件图 3-9加工运动设置e、程序结束序列（program end sequence） 程序结尾定义程序结束时需要输出的程序行， 一个 nc 程序只有一个程序结束事 件。如图 3-11 所示。图 3-10操作结束序列图 3-11 程序结束序列3.1.3 设置程序段格式 在 post build 还需要设置 nc 加工程序段格式。 a、准备功能代码 它是使机床准备好某种工作方式的指令，如命令机床走直线或圆弧运动、固定 循环运动、刀具补偿、指定坐标平面或坐标偏置等。heidenhain itnc 530 数控系19赣西学院论文统除 iso 标准格式外，还有自定义格式，例如用 l、c dr－、c dr＋分别代替 g01、 g02、g03。 因此，定义准备功能代码时要根据机床数控系统的具体规定。当它具备有两种 或更多格式时，在一个 nc 加工程序中，它只允许使用一种格式。 b、辅助功能代码 它是控制机床某一辅助动作的指令， 如主轴开、 冷却液开、 停， 关等。 heidenhain itnc 530 常用的辅助功能代码，除 iso 标准规定的之 外，还有许多是自定义的，例如，m07 有打开冷却液、最小量润滑液和吹尘三项功 能，而 m18 打开润滑脂、m126、m128 等指令，在 iso 标准中没有定义。 在 post builder 中，设置 m 代码与 g 代码的操作方法类似。 a、定义功能代码格式 除了 g、m 代码之外，heidenhain itnc 530 数控系统还规定了其它功能代码的 格式。这里改变 x、y、z 的数据格式为 6.3，改变 d 的数据格式为 3.0，并把刀补 最大值改为 999。如图 3-12 所示。图 3-12功能代码格式定义b、定义功能代码顺序 为了检查程序方便，需要规定功能代码排列顺序。排列顺序将贯彻于生成的 nc 加工程序中，在整个后处理过程中都有效。调整后的代码顺序如图 3-13 所示。20赣西学院论文图 3-13功能代码顺序定义c、nc 数据格式定义 在 nc 数 据 定 义 项 中 首 先 选 择 程 序 行 （ block ） 项 ， 选 择 直 线 运 动 事 件 linear_move，在添加字（add word）选项中选择第四轴下的 b 自定义表达式，将 字拖到程序行中字 z 后面，在表达式定义中输入“$mom_out_angle_pos(0)”代表 第四轴旋转角度值，设置 b 为模态，最大值-115°和最小值+30°。同样的方式也 可以将第五轴代码 c 添加到 b 后面。设定程序起始序号从 1 开始，增量为 1。 3.1.4 设置输出文件 刀位文件经过后置处理，可以用车间工艺文件和 nc 加工程序的形式输出，后 缀名分别为.lpt 和.ptp。前者包括 nc 程序中使用的刀具、操作和加工方法清单等[36]。通过在图 3-14 所示的窗口中进行勾选，可以确定车间工艺文件和 nc 加工程序的内容。a)图 3-14 设置输出文件选项窗口b)21赣西学院论文3.2 输出辅助功能指令heidenhain itnc 530 数控系统除了 iso 标准辅助功能（如 m00、m03、m04 等） 以外，还具备很多特有的辅助功能。例如，辅助功能 m126 可以实现旋转轴的短路 径行程，m128 可以在倾斜轴定位时保持刀尖位置不变。但是 ug 软件提供的后置处 理无法在 nc 程序中输出这些辅助功能代码，因此需要在 program 子参数中进行相 应的设置来实现输出。 后置处理可以在 nc 程序中输出辅助功能指令，但是这些功能的实现依赖与相 应的数控系统。例如，运行一段包含 m126 辅助功能代码的 nc 程序，如果数控系统 不具备该功能，就无法实现旋转轴的短路径行程。 heidenhain itnc 530数控系统的辅助功能分成模态辅助功能和非模态辅助功能 两类。前者是一组可相互注销的辅助功能，一旦被执行则一直有效，直至被同一组 辅助功能注销为止；后者只在当前程序段有效，程序段结束时则被注销 3.2.1 模态辅助功能指令的应用 1.m114 和 m128 指令 heidenhain itnc530 数控系统的 m114 和 m128 指令是模态功能指令，是特殊的 可变轴指令，使用这两种指令时，机床 tnc 自动计算旋转轴旋转时的偏置误差，并 进行有效补偿，从而既降低了编程和后置处理工作的难度，也提高了 nc 多轴加工 编程的安全性。 （1）m114—用倾斜轴自动补偿机床几何特征[38] [37]。tnc 将刀具移到工件程序中的给定位置。若程序中倾斜轴位置改变，则后置处 理器应计算线性轴的有效补偿值，并插入到定位程序块中。在五轴加工过程中,由 于机床各旋转轴之间存在偏置，或加工原点的定义不在转盘中心，此时当 nc 程序 中存在旋转轴的变化，势必引起直线轴真实位置的变化。 m114 的作用就是在编程时不考虑偏置值， 而是让机床去自动计算此偏置值引起 的直线轴的偏移。如图 3-15 所示，当刀具轴旋转角度 db 后,为使刀尖仍保持在工 件的同一点上,机床旋转中心点须移动 dx 和 dz。22赣西学院论文图 3-15m114 功能图[39]图 3-16m128 功能图（2）m128—用倾斜轴定位时保持刀尖位置tcpm(tool center point management 刀具中心点管理)功能支持在多种可选操 作模式下用倾斜轴定位功能保持刀尖位置。传统意义上的后置处理软件，必须输入 刀轴的转心距(刀轴摆动式)或转台两轴线(转台摆动式)的位置关系，由后置处理程 序来完成坐标转换，这样的后置处理生成的加工程序适用范围可能就是一台设备和 特定的工件坐标系与刀具的组合。随着控制系统技术的发展，越来越多的控制系统 厂家在其高端产品中都加入了上述坐标转换的功能，如 heidenhain 的 m128 指令。 打开 m128，工件的坐标原点可以任意设置，由控制系统计算工件坐标和各转轴轴线 的关系，加工准备更为方便，还可以在程序中保证刀尖的进给速度恒定。如图 3-16 所示，在加工过程中，随着旋转轴的角度变化，nc 程序中的直线轴坐标值为当前坐 标系下未进行坐标系旋转的真实值，旋转轴坐标值为当前坐标系计算所得的角度 值。对于后置处理软件来说，可以略去上述的坐标转换的计算，后置处理软件的开 发难度降低，生成的加工程序在同类型设备中具有相对更大的通用性。 需要注意的是，五轴加工时应在换刀前取消tcpm(m129)，各摆轴复位，换刀后打 开m128。 （3） m114 与 m128 两种指令的算法推导与坐标值对比 由于 m114 和 m128 指令可以由机床自动计算偏置补偿，所以在当加工坐标系的 旋转中心与机床坐标系中心不重合时，偏置由机床 tnc 自动进行计算。设工件坐标 系与机床坐标系在 x、y、z 轴三个方向上的偏置距离分别为： x d 、 yd 、 z d ；回转 轴 b、c 之间的 xz 平面上的偏置距离为 dx 和 dz。计算机床的运动坐标系 x、y、z23赣西学院论文值，即： ①将工件坐标系 ow xyz 平移到机床坐标系 or xyz ，变换矩阵为： 1 t1 =
0 xd 0 1 0 yd0 0 1 zd0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 ②工件绕 z 轴旋转-c 角，变换矩阵为：
sin c t2 = sin c cos c 0 0 0 0
0 0 0 1 ③将工件坐标系平移 dx 和 dz 的补偿偏置距离，变换矩阵为： 0 0 1 0 0 1 0 dz④工件绕 y 轴旋转-b 角，变换矩阵为：
cos b t4 =
0 1 0 0 sin b 0 cos b 0⑤将工件坐标系平移- dx 2 + dz 2 sin b 和- dx 2 + dz 2 cos b 的补偿偏置距离，变 换矩阵为：1
dx 2 + dz 2 sin b
0 0 1 0 0 1 0
dx 2 + dz 2 cos b 0 0 0 1 则：(xyz 1) = xc0(yc0zc01 t1t2t3t4t5) x =
xc + x d cos c + (y + yd ) sin c + dx
zc + z d + dz sin b 0
dx + dz sin b
y = y + y cos c
x + x sin c
c0 d c0 d （3-1）
xc0 + x d cos c + (y + yd ) sin c + dx
zc0 + z d + dz cos b
dx 2 + dz 2 cos b
()()()()()()下面通过对简单零件加工的代码进行对比来说明 m114 和 m128 编程的区别，加 工位置是球冠柱体零件上部半圆上的七个点，如图 3-17 所示，加工原点到定位底24赣西学院论文面距离为 100mm，为说明方便，xy 坐标原点设置在 c 轴旋转中心，加工示意图如图 3-18 所示。图 3-17 刀具路径及驱动点的位置标识图 3-18 加工示意图ug nx 编程输出的刀位源文件坐标点如下： goto/50.0,0.0000 goto/43.0,25.9982 goto/25.0,43.0265 goto/0.0,50.0000 goto/0.0,43.0265 goto/0.3,25.9982 goto/0.0,0.0000 在 m114 下编程，如上说明，m114 为机床自动计算偏置距离，则 nc 程序的坐标 值为绕加工坐标系来旋转 l x0.000 y0.000 z50.000 b-90 c-180 l x0.000 y0.000 z50.000 b-60 c-180 l x0.000 y0.000 z50.000 b-30 c-180 l x0.000 y0.000 z50.000 b0 c-180 l x0.000 y0.000 z50.000 b0 c-90 l x0.000 y0.000 z50.000 b-30 c-90 l x0.000 y0.000 z50.000 b-60 c-90 l x0.000 y0.000 z50.000 b-90 c-90 m128 下编程，就是 apt 编程，所以 nc 程序最为简单，xyz 坐标值就是上面 刀位源文件中的坐标值。 l x50.0 z0.0000 b-90 c-180 l x43.0 z25.0000 b-60 c-18025赣西学院论文l x25.0 z43.3013 b-30 c-180 l x0.0 z50.0000 b0 c-180 l x0.0 z50.0000 b0 c-90 l x0.0 z43.3013 b-30 c-90 l x0.3 z25.0000 b-60 c-90 l x0.0 z0.0000 b-90 c-90 2.旋转轴以较短路径移动（m126） 应用 m126 可以使旋转轴以较短路径移动[40]。在旋转轴定位时，如果没有使用m126 特征，当定位旋转轴显示的角度小于 360 时，tnc 系统只考虑名义位置和实际 位置之差，不会选择较短路径，如表 3－1 所示。如果使用 m126 特征，当定位旋转 轴显示的角度小于 360 时，tnc 将用 m126 功能沿最短路径移动旋转轴，如表 3-2 所 示。m126 在程序段开始处生效，要取消 m126，输入 m127。表 3-1 旋转轴的移动（不使用 m126） 表 3-2 旋转轴的移动（使用 m126）实际位置 350 10名义位置 10 340移动 -340 +330实际位置 名义位置 350 10 10 340移动 +20 -30模态辅助功能指令的输出 3.2.2 模态辅助功能指令的输出 m128 指令一般出现在机床开始加工的所有运动之前， 即当加载在操作序列的开 始位置。 因为当机床加工结束时， 停止程序运行指令无法对 m128 进行模式复位， m02 所以必须在程序或者操作结束之前利用 m129 专用复位指令对相应的 m128 模式进行 复位，否则会造成一定的安全隐患。 由于 m128/m129 是一种较为先进的数控系统中才带有的指令功能，所以在通用 的后处理编辑器中一般没有现成的代码模块，需要用户根据需求自行创建该代码 行。在创建该代码时先在指定的位置引入一条空的指令行，然后在创建栏中建立一 条用户自定义 m 代码指令自定义代码行，在 expression 空格中写入 129 完成创建， 该指令格式为 digit_3，数据输出格式为数字型，输出最大为三位的正整数。创建 过程如图 3-19 所示，m129 的添加如图 3-20 所示。 前面提到的 m126 特征， 用于旋转轴以较短路径移动， 输入 m127 可以取消 m126。 其代码的创建过程与 m128/m129 相同。图 3-21 为程序开始项的定义。26赣西学院论文图 3-19m129 代码的创建格式图 3-20m129 的添加非模态辅助功能指令的应用与输出 3.2.3 非模态辅助功能指令的应用与输出 应用循环 32，tnc 会自动地使两个路径之间的轮廓平滑过渡（无论补偿与否） ， 刀具与工件表面保持接触（如图 3-21） 。必要时，tnc 会自动降低编程的进给速率， 这样既可以提高表面质量，而且机床也可以得到保护。 循环32是由def激活的，这意味着它只要在零件程序中一经定义就生效。可以再 次定义循环32并在公差值之后用no ent（不输入）确认对话提问。复位将导致再次启 动预设公差。如果用循环32传输程序，其中只有循环参数公差值t，则tnc将在必要时 用0给其它两个参数赋值。 后处理中需要加入以下的程序段： cycl def 32.0 tolerance cycl def 32.1 t 0.05 cycl def 32.2 ta 0.8图 3-21循环 32 功能图27赣西学院论文公差（循环 32）需要用户根据需求自行创建该代码行，首先将 add block 添加 到 initial move 标记中，在弹出的 text entry 对话框中的 text 文本框中先后输 入 cycl def 32.0 tolerance、cycl def 32.1 t 0.05、cycl def 32.2 ta 0.8， 如图 3-22 所示。 initial move 定义如图 3-23 所示。图 3-22 输入 text 内容图 3-23initial move 定义3.3 实现用户自定义功能在后置处理中，除了输出辅助功能代码外，还可以编写一些子程序，输出用户 需要的辅助信息。例如：在 nc 程序中，可以输出每道工序所用刀具的信息，输出 每道工序的加工时间和总加工时间，避免繁琐的手工计算。 子程序是由 tcl 语言的编写而成的，tcl（tool command language）语言是一 个交互式解释性计算机语言。它几乎在所有的平台上都可以解释运行，具有强大的 功能。 由于自定义功能完全由用户编辑， 所以一般通过文本状态下修改 tcl 文件实现， 部分程序能需要在 def 文件中定义变量格式。 用户自定义功能通过后置处理实现，所输出的内容属于 nc 中辅助信息部分，数控 系统不运行。 3.3.1 输出每道工序的加工时间 加工时间是机床加工中的一个重要的参数，是加工效率的体现。 对于加工时间，事件处理器已定义变量 mom_machine_time，此变量表示总加工 时间，包括切削时间，等待时间，辅助加工时间（如换刀等） 。由于要求得到每道28赣西学院论文工序的加工时间，所以需要定义另外一个变量 mom_accumulated_time，表示不包括 当前工序的加工时间，初始值设定为 0。另外，将每道工序的加工时间变量定义为 mom_op_time，它等于$mom_machine_time 与$accumulated_time 之差。用 tcl 语言 表达为： set mom_op_time [expr $mom_machine_time-$mom_accumulated_time] 程序开头首先要定义变量的有效范围，由于每道工序都要输出加工时间，所以 要定义全局变量，即： global mom_machine_time global mom_accumulated_time 输出加工时间的语句为： mom_output_literal &operation machineop_time:& [format %f $mom_op_time] 另外，由于加工时间为辅助信息，不能编写编程序号，否则会引起程序混乱。 为了避免这种情况发生，必须在输出加工时间内停止输出程序序号，并且在输出后 继续。这就要用到两条系统命令：mom_set_seq_off 和 mom_set_seq_on，即： mom_set_seq_off mom_output_literal &operation machine time:[format %f $mom_op_time]& mom_set_seq_on 由于工序加工时间在工序结束后才能得出，所以该程序必须定义到 tcl 文件得 proc mom_end_of_path 中。 3.3.2 输出总加工时间 事件处理器已定义变量 mom_machine_time 来表示总加工时间， 所以实现输出该 事件只需一个简单得输出指令： mom_output_literal&operation $mom_machine_time]& 该变量定义为全局变量： global mom_machine_time 总加工时间只能在整个加工程序得结尾处输出。因此，该程序必须定位到 tcl machine time:[format %f29赣西学院论文文件得 proc mom_end_of_programm 中。 3.3.3 输出刀具信息 mikron 五轴加工中心进行曲面加工时一般采用球头铣刀，所以定义以下全局 变量：刀具名称、刀具直径、球头半径、刀具工作长度以及刀具长度。 global mom_tool_name global mom_tool_diameter global mom_tool_corner_radius global mom_tool_flute_length global mom_tool_length 程序代码如下： mom_set_seq_off (toolname=$mom_tool_name d=[format %f $mom_tool_diameter] r=[format %f $mom_tool_corner_radius] f=[format %f $mom_tool_flute_length] l=[format %f $mom_tool_length] mom_set_seq_on由 于 刀 具 信 息 在 工 序 开 始 处 输 出 ， 所 以 该 程 序 要 定 位 到 tcl 文 件 的 proc mom_start_of_path 中。mikron五轴加工中心后置处理程序与ug 五轴加工中心后置处理程序与ug集成 3.4 mikron五轴加工中心后置处理程序与ug集成为了在 ug 后置处理菜单中找到新做的机床定义文件，必须把新产生的文件加 入到 template_post.dat 文件中，编辑 template_post.dat 文件，在最下一行加入 “mikron_ucp600,${ugii_cam_post_dir}mikron_ucp600.tcl,$ {ugii_cam_post_ dir}mikron_ucp600.def”如图 3-24 所示。30赣西学院论文图 3-24 templat_post.dat 模板生成的数控程序如下所示：0 begin pgm propeller mm 1 blk form 0.1 z x0.0 y0.0 z-20. 2 blk form 0.2 x100. y100. z0.0 3 m127 4 m129 5 tool call t0 z s6 7 l b-32.207 c244.101 f max 8 m128 f5000. 9 cycl def 32.0 tolerance 10 cycl def 32.1 t0.05 11 cycl def 32.2 ta0.8 (toolname=mill d=5.00 r=2.50 f=75.00 l=100.00) 12 l x99.119 y-17.764 z-13.655 m8 f400. 13 l x99.746 y-17.12 z-13.37 b-32.132 c244.171 14 l x100.301 y-16.419 z-13.064 b-32.055 c244.22......998 l x19.902 y4.011 z-8.069 b-35.642 c225.922 999 l x19.547 y5.311 z-7.277 b-35.629 c225.665 (operation machine op_time:20.25)......19936 l x17.934 y9.2 z-4.685 b-35.654 c224.8 19937 l x17.2 y10.475 z-3.841 b-35.678 c224.482 19938 l x16.397 y11.674 z-3.106 b-35.706 c224.165 1940 m127 19941 cycl def 32.0 tolerance 19942 cycl def 32.1 144 m9 19945 l z100. f max m91 19946 l b0.0 c0.0 f max 148 end pgm propeller mm31赣西学院论文(operation machine time:61.15)ug中数控加工程序的生成 3.5 ug中数控加工程序的生成在 ug 中数控加工程序的生成过程如下所示： （1）将要输出的程序节点下各个操作的排列顺序重新检查整理一遍，保证符 合加工顺序； （2）从操作导航器中选择要输出的程序节点； （3）单击后处理图标弹出 postprocess 对话框，如图 3-25 所示； （4）在机床列表中选择指定加工机床的后置处理程序； （5）通过 browse 按钮选取存放数控加工程序的文件夹，输入程序名； （6）在 output units 下拉菜单中选取输出单位为公制或英制； （7） 如果希望在输出过程中通过信息窗口显示输出的数据， 选取 list output， 但是这样会降低输出速度； （8）单击 apply，完成输出，生成数控加工程序文件。图 3-25 ug 后处理对话框32赣西学院论文第四章 基于 vericut 的五轴数控加工通过对复杂曲面零件的数控自动编程和数控加工仿真，验证针对 mikronucp600 vario 五轴加工中心和配置的 heidenhain itnc 530 数控系统所开发的专用后置处理程序的正确性。4.1 采用的加工对象加工对象为三元整体叶轮， 因为其形状复杂，约束条件多，所以加工难度很 大，加工过程中容易发生干涉，是五轴数控加工中具有代表性的复杂零件。 整体叶轮的加工难点主要表现在：一是三元整体叶轮的形状复杂，其叶片为非 可展扭曲直纹面，整体叶轮相邻叶片的空间较小，而且在径向上随着半径的减少通 道越来越窄。 因此， 加工叶轮叶片曲面时， 除了刀具与被加工叶片之间发生干涉外， 刀具极易与相邻叶片发生干涉。为了避免干涉，有的曲面要分段加工，因此保证加 工表面的一致性也有一定困难；二是前缘圆角曲率半径变化很大，加工过程中机床 角度变化较大，并且实现环绕叶片加工较难；三是刀位规划时的约束条件多，自动 生成无干涉刀位轨迹较困难；此外，由于叶轮加工过程中弹塑性变形和叶轮材料的 难加工性，使整体叶轮的加工更加困难。 采用数控方法加工整体叶轮的 cad/cam 系统结构如图 4-1 所示。整体叶轮 cad/cam 主模块叶轮 cad 造型刀位轨迹生成加工仿真后置处理轮毂叶片叶 片沟 槽 刀具 运动 轨迹 加工 过程 动态 仿真 三 轴 五 轴数 据 点曲曲线面 图 4-1仿真整体叶轮的 cad/cam 系统结构图4.2 vericut 软件的功能介绍vericut是美国cgtech公司开发的数控加工仿真系统，由nc程序验证模块、机 床运动仿真模块、优化路径模块、多轴模块、高级机床特征模块、实体比较模块和33赣西学院论文cad/cam接口等模块组成，可仿真数控车床、铣床、加工中心、线切割机床和多轴 机床等多种加工设备的数控加工过程，也能进行nc程序优化，缩短加工时间，延长 刀具寿命，改进表面质量，检查过切、欠切，防止机床碰撞、超行程等错误。具有真 实的三维实体显示效果，可以对切削模型进行尺寸测量，并能保存切削模型供检验、 后续工序切削加工。具有cad/cam接口，能实现与ug、catia及mastercam等软件 的嵌套运行。 vericut软件目前已广泛应用于航空航天、汽车、模具制造等行业，其最大特 点是可仿真各种cnc系统，既能仿真刀位文件，又能仿真cad/cam后置处理的nc 程序，其整个仿真过程包含程序验证、分析、机床仿真、优化和模型输出等。 本课题采用vericut软件主要是为了解决如下问题： 1）避免由于选择的加工方式不理想或后置处理程序有缺陷而产生的加工问题。 2）进行干涉检查，及时对干涉的地方进行修改甚至重新编程，以保证提供正确 的加工程序。 3）模拟零件装夹与加工过程中机床的真实运动情况，以避免机床部件与夹具和 零件的碰撞。 4）检测零件加工后是否存在过切、欠切现象，测量加工后的零件与设计图纸之 间的差别等。4.3 仿真系统的构建1)工艺系统分析 确定数控机床 cnc 系统型号和功能、机床结构形式和尺寸、机床运动原理、各 坐标轴行程、机床坐标系统以及所用到的毛坯、刀具库和夹具库等。 2)建立部件的 3d 模型 使用 ug/cad 建立机床运动部件和固定部件的实体，并转换成 vericut 软件可 以识别的 stl 格式。建模不考虑机床各轴及主轴内部传动机构，只按照运动模块建 立外形模型，底座及不运动部件简化为整体建模，在 vericut 中实现装配，构建的 工作台模型如图 4-2 所示。图 4-2构建的工作台模型34赣西学院论文3)建立机床部件树 首先，床身的建立。选取菜单中“configuration”→“component tree”，弹出部件 树对话框，如图 4-3 所示。选取菜单中“project”→“setup models” →“define”，按图 4-4 所示的顺序操作，选取相应的 stl 格式文件，正确设置位置参数，点击 add 和 ok 选项后返回部件树菜单。图 4-3部件树图 4-4 模型建立对话框然后，坐标轴x、y、z、b、c的建立。在部件树中右键单击base→在光标菜单 选append→选xlinear，添加x轴；右键单击x（0，0，0）→在光标菜单选append→ 选ylinear，添加y轴；右键单击y（0，0，0）→在光标菜单选append→选zlinear， 添加z轴；按照同样的方法，添加其他部件。 4)添加机床几何模型 添加各部件的 stl 模型时应注意将模型 type 选择为 model files 类型，按 browse找到相应stl格式文件。 (1)双击部件树中x（0，0，0），选取相应的stl格式文件，在position栏和angles 栏内输入位置坐标。 (2)依照同样的方法，完成其他坐标和部件的装配，得到完整的机床部件树，如 图4-5所示。35赣西学院论文图 4-5 机床部件树5)机床参数设置 单击菜单“project”→”procession options” →“g－code” →“settings”， 在弹出对话 框中， 选择“tables”选项卡， table name 列表框中设置机床参数： 在 如机床初始位置、 机床参考点、程序原点、机床行程、换刀方式、nc 程序类型等。 6)建立机床刀具库 选取菜单中“project”→ “tools”，弹出刀具管理对话框，如图 4-6 所示。在菜单 中选取“add”→“new tool”→“mill”， 弹出图中 1 号刀具， 右键单击“1”， 选取 cutter， 弹出增加刀具对话框，如图 4-7 所示，按图选择所需建立的铣刀类型，设置刀具几 何参数，确定后返回刀具管理对话框。依照上述方法，建立一系列常用的刀具库， 并在 description 栏中描述刀具的类型和规格等。图4-6刀具管理对话框图4-7 添加刀具对话框7)设置cnc系统文件 选取菜单中“configuration”→“control”→“open”，弹出打开控制文件对话框，36赣西学院论文选取“itnc530.ctl” ,选取菜单中“configuration”→“word/address”，在弹出的对话框 中，根据机床的控制系统功能和指令格式，对准备功能 g 代码、辅助功能 m 代码、 寄存器地址和状态指令等进行设置，并保存该文件。 8)机床控制及机床原始位置的定义 在vericut 软件中选取setup/ control/ itnc530.ctl,该文件是heidenhain 控 制系统的程序文件。 定义机床的初始位置是以刀柄下表面中心点为基准, 在vericut 软件中选取setup/machine/ setting 选项, 定义机床初始位置为: values ( x y z a b c u vw a b c) = 0 0 270。 9)各轴行程的设置 根据mikron ucp600 vario型机床各轴行程参数定义各轴运动行程。 setup/machine/ setting 选取overtavel direction on 项 travel limits tab 分别选取 x 、y、z 、b、c 轴, 对它们各自的 minnum 和 maxinum 值进行 modify , 然后 ok。 10.保存文件 将建立的文件分别保存为用户文件.usr、控制系统文件.ctl、机床文件.mch 和刀具库文 件.tcl。构建的机床模型如图 4-8 所示。图 4-8构建的机床模型4.4 整体叶轮的加工仿真整体叶轮的加工仿真具体操作步骤如下： 1）在vericut环境下，调用所需的用户文件、机床文件、cnc控制文件和刀具库 文件。 2）引入毛坯零件和设计零件。将叶轮毛坯零件和设计零件的 stl 模型文件引37赣西学院论文入部件树。 3）设置工件原点。x、y 轴零点在回转工作台的中心，z 轴零点为主轴端面到 工件坐标系的距离。 4）调入 nc 程序，并定义刀具列表以建立 g 代码中所指定的刀具号和主刀具 库文件中的刀具号的映射关系。 5）检查数控程序的正确性，设置碰撞、超程、干涉等识别颜色，单击工具条 上的“单步仿真”或“连续仿真”键，开始加工仿真。 6）仿真结果分析。对仿真结果模型，可通过缩放、旋转和截切剖面等操作并 结合 log 日志文件，观察工件的加工。精确地测量切削模型，选择菜单 analysis －x－caliper 测量工件尺寸。选择菜单 analysis－auto-diff 比较工具，检查零件有 无过切、欠切等现象。 7）若切削模型不理想，只需调整和更换 nc 程序，继续零件的加工仿真，直至 切削模型与设计原型一致。4.5 仿真流程仿真流程如图 4-9 所示，主要步骤如下： 1、根据给定的叶轮设计图纸，利用 b 样条插补等方法，在 ug 系统中构造叶 轮实体模型； 2、将建立的 cad 参数化实体模型转入 ug/cam 模块进行工序的设计及具体 刀路规划并计算生成刀路及刀位源文件； 3、 根据 mikron ucp600 vario 型五坐标机床的主要参数及 heidenhain i530 数控系统的特点， 利用 ug/post builder 后置处理编辑器制作专用的后置处理文件， 并导入 ug 后置处理模版； 4、利用专用后置处理程序将刀位源文件转制生成机床能识别的 nc 代码文件。38赣西学院论文整体叶轮实物五坐标加工 y nvericut 仿真n机床能识别的格式代码cam 工艺设计及刀路编程编制后处理整体叶轮加工 专用夹具设计cad 叶轮实体模型生成机床几何及 运动参数 离散点 数据 机床几何及 运动参数设计图纸 图 4-9 整体叶轮加工总流程图5、采集机床的各项尺寸及加工参数，在 vericut 中建立机床的模型并配置 heidenhain i530 系统文件，进行刀具路径的动态仿真以验证刀路的正确性及合 理性。如图 4-10 所示的是 vericut 环境下的整体叶轮仿真加工。图 4-10整体叶轮仿真加工39赣西学院论文参考文献[1] 周济，周艳红.数控加工技术.北京:国防工业出版社，2002 [2] 刘雄伟，张定华等.数控加工理论与编程技术北京:机械工业出版社，2000 [3] matsuhaar.a computer numerically controlled dieless incremental fo- rming of sheet metal.proceedings of the instituiton of mechanical en- gineers,partb :jounral of engineering manufacture,)959-966 [4] 邓奕.基于 mastercam 的后置处理技术研究与实现:〔硕士论文〕.长沙:湖南大学，2003 [5] 徐树滋.2003 年我国加工中心进口分析.世界制造技术与装备市场，2004 [6] 邹树国，许鹤峰等.通用后置处理中生成固定循环加工指令.工程图学学报，-25 [7] 张永贵，暴志刚等.生命周期法在通用后置处理系统开发种的应用.甘肃工业大学学报， ):39-42 [8] 李发致，卫原平等.加工中心nc编程及cam后置处理研究.机械工艺师，1998, (12):5-6 [9] 毕飞.我国数控机床使用率低的原因分析.机电新产品导报，2003,(6): 59-60 [10] 王建强.基于在线测量工艺参数的数控加工程序后置处理算法的研究.计算机辅助设计与制 造，-28 [11] 张丽英，孙家墩.数控加工后置处理技术.计算机辅助设计与制造,1999, (9):12-15 [12] 梁训瑄.我国机床工业己跨入世界行列第一方阵.组合机床与自动化加工技术，-5 [13] 于斐,王细洋. 基于 ug 的 mikron 五轴加工中心后置处理的研究.制造技术与机床，2008 [14] 曾 爱 华 . 数 控 加 工 系 统 中 通 用 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15:50:29 15:35:07 15:29:16 15:20:50 15:19:57 15:05:28 15:03:27 15:03:26 14:46:08 14:39:47