五坐標(biāo)加工技術(shù)是航空工業(yè)機(jī)械加工的關(guān)鍵技術(shù)之一。為提高數(shù)控加工能力,筆者所在公司于1997年購進(jìn)了公司第一臺五坐標(biāo)龍門銑,該機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)采用法國的NUM1060系統(tǒng)。由于飛機(jī)零件的復(fù)雜性,手工編程顯然難以滿足生產(chǎn)需要,為此急需一個五坐標(biāo)機(jī)床的后置處理程序。考慮到公司已經(jīng)廣泛使用UG(Unigraphics)軟件來編程這一實(shí)際情況。為UG軟件配一個五坐標(biāo)機(jī)床兵團(tuán)處理用的機(jī)床信息文件(MDF:MACHINE DATEFILE)便成為當(dāng)務(wù)之急。
一、UG的刀位源文件簡介
UG在用于計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)的過程中需經(jīng)過三個步驟。首先以APT格式產(chǎn)生一個刀位源文件(CUTTER LOCATION SOURCE FILE)-C LSF文件,它包括刀具坐標(biāo)數(shù)據(jù)和后處理語句。然后對CLSF文件由APT進(jìn)行編譯,產(chǎn)生一個二進(jìn)制的中間文件——CLS文件。最后經(jīng)UG利用機(jī)床數(shù)據(jù)文件MDF和GPM(GRAPHICSPOSTPROCESSOR MODULE)對CLF進(jìn)行處理,得到一個機(jī)床直接可用的PTP文件,它就是機(jī)床數(shù)控代碼文件,送入機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)即可執(zhí)行零件加工(UG已經(jīng)做好GPM文件.一般不需改動 ,一般情況下用戶只需為不同機(jī)床配置不同的MDF文件)。
CLSF文件包括所有選用刀具的幾何信息語句、加工坐標(biāo)系與幾何體絕對坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換關(guān)系語句、刀具顯示語句、刀具位置點(diǎn)定義語句和機(jī)床的各種準(zhǔn)備功能與輔助功能定義語句和進(jìn)給速率語句等組成。
下面是一個CLSF的例子。
第10語句表示所定義的銑刀名為T5,后跟的五個數(shù)字為銑刀參數(shù),Pl為操作名。第2O語句描述了加工坐標(biāo)系(MCS)與幾何體絕對坐標(biāo)系之間的變換矩陣。第3O語句定義了一個進(jìn)給速率語句。第40語句定義了一個五軸的GOTO語句,它的前三個數(shù)字是該點(diǎn)的X、Y、Z坐標(biāo)值,后三個數(shù)字定義了該點(diǎn)刀具軸線單位矢量。
下面是五軸GOTO語句的通用格式。
GOTO/X,Y.Z,I.J.K
X,Y,Z為刀位點(diǎn)的三維坐標(biāo)值,I,J,K為刀具軸線單位矢量。
二、UG五軸MDF文件的編制
UG的MDFG主菜單如下。
五軸MDF文件的定義方法與三軸機(jī)床相類似,下面僅將幾個主要不同點(diǎn)進(jìn)行描述。
1 機(jī)床類型的選擇
在MACHINE TOOL TYPE中我們選擇MILL,2 OR MORE AXIS選項(xiàng),在這選項(xiàng)的線性運(yùn)動參數(shù)定義中我們再選擇FIVE ,X,Y,Z AND 2 ROTARY的選項(xiàng),可以產(chǎn)生X、Y,Z和兩個旋轉(zhuǎn)軸的五軸聯(lián)動的NC程序。
2. MDFG POSTPBOSESSOB COMMANDS中旋轉(zhuǎn)軸的定義
在這里我們將定義如何將GOTO語句中的I,J,K刀軸矢量轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)的角度。
(1)機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸的定義方法如圖1所示,繞x軸的旋轉(zhuǎn)定義為A軸,繞Y軸的旋轉(zhuǎn)定義為B軸,繞Z軸的旋轉(zhuǎn)定義為C軸。VI2000M2T五坐標(biāo)龍門銑,銑頭具有A、B兩個擺角,B擺裝在A擺上,其擺動范圍為A軸:-30[sup]。[/sup]至30[sup]。[/sup];B軸:-30[sup]。[/sup]至30[sup]。[/sup].
(2)轉(zhuǎn)動軸類型的定義我們的龍門銑是A、B擺類型,旋轉(zhuǎn)運(yùn)動僅僅引起刀具的擺動。故而選擇Contouring Swiveling Head類。
(3)第4軸第5軸的確定根據(jù)機(jī)床的A、B兩軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),我們確定第4軸為B軸,第5軸為A軸。
(4)A、B軸轉(zhuǎn)動方向的確定A、B軸的轉(zhuǎn)動方向按右手定則,逆時(shí)針為正,順時(shí)針為負(fù)。
3.旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)給速率的定義
一個五軸機(jī)床刀具的運(yùn)動,當(dāng)它是由X、Y、Z三個線性軸加上A、B兩個轉(zhuǎn)動軸的聯(lián)動來實(shí)現(xiàn)時(shí),需要采用時(shí)間的倒數(shù)來表示進(jìn)給速率。因?yàn)榫€性軸的進(jìn)給速率為毫米/分,而轉(zhuǎn)動軸的速率是以度/分來表示的,在程序段中采用時(shí)間的倒數(shù)l/分來表示進(jìn)給速率.適臺于直線運(yùn)動和旋轉(zhuǎn)同時(shí)存在的場合數(shù)控系統(tǒng)用G93代碼來表示時(shí)間的倒數(shù) 這時(shí)F=V/L=1/time。
V為給定的進(jìn)給速率,單位是毫米/分。L為刀具軌跡長度(刀具移動的路程)。
三.MDF文件的調(diào)試及試加工
1 調(diào)試MDF文件
編輯一個刀位源文件,如圖2所示,OP為刀位源文件GOTO/X,Y,Z,I,J,K語句中的刀具軸線單位法矢。刀具軸線OP在X、Y、Z三個方向的分量為I,J,K。該V12000M2T五軸龍門銑的B軸是安裝在A軸上的,A、B轉(zhuǎn)角的原理描述見圖2。
如果我們想獲得A=30[sup]。 [/sup],B=30[sup]。[/sup]的轉(zhuǎn)角,I,J,K值應(yīng)為多少?
我們還可以算出其他A、B角度組合下的I,J,K值,寫出一系列GOTO語句。把這一系列的GOTO語句編輯成一個CLS文件,再加上頭尾,便可通過UG的后置處理程序(POSTPROCESSOR)進(jìn)行試算。如果算出來的A、B轉(zhuǎn)角的角度值為我們所計(jì)算出來的值便為正確。否則再重新調(diào)MDF文件,使之所產(chǎn)生的PTP文件的A、B角正確為止。用類似的方法再調(diào)試A、B角的符號,即轉(zhuǎn)動方向。如果A、B轉(zhuǎn)動方向不符合我們所設(shè)想的則調(diào)整MDF文件,重新設(shè)定旋轉(zhuǎn)方向(DIRECTION OF ROTATION)直到符合正確的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)橹埂?
2. 試切
用所生成的MDF文件,我們對一個圓臺(機(jī)床驗(yàn)收的試切件)的加工程序作了后置處理。試切工件經(jīng)三坐標(biāo)測量機(jī)測量,符臺圓臺NAS件機(jī)床驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。
四.試用及結(jié)論
該五軸MDF文件投人運(yùn)行后,在南京14所雷達(dá)罩金屬條鉆模板法向孔的加工,金屬條法向輪廓及法向孔的加工編輯中進(jìn)行了試用,所加工零件通過三坐標(biāo)測量機(jī)測量完全符合圖紙要求。目前該鉆孔保形工裝及金屬條已交付用戶。該MDF文件可以用于生產(chǎn)。