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五轴数控技术发展和后置处理的发展

我们一般性的将精工编程整个过程分为前置处理和后置处理两个部分,将刀具路径 规划以及刀轨计算过程称之为前置处理;而将前置处理计算所得到的刀位数据转换成具 体机床的程序代码来驱动具体精工机床进行精工加工,该过程称为后置处理。

2.1加工中心概述

加工中心,简称CNC,是由机械硬件设备与精工系统组成的用于加工复杂形状工件 几何体的高效率自动化机床。加工中心必须备有刀库,具备换刀功能,对工件进行一次 装夹后可进行多个工序加工的机床。加工中心是高度机电一体化的设备,工件在装夹之 后,精工系统能控制机床按不同工序自动选择、更换刀具、自动对刀、进给量、自动改 变主轴转速等,可连续完成镗、铣、钻、铰等多种工序,因而可以大大减少工件的装夹 时间、机床调整和测量等辅助工序时间,对加工形状比较复杂,精度要求较高,品种更 换频繁的零件具有良好的经济效果[16]。

2.2五轴加工中心类型

随着机械工业的发展,机械零部件的复杂程度也不断加大,像一些模具类或一些复 杂曲面造型的零件用三轴加工中心实现起来就会更困难。而对于特别复杂,或是形位公 差等要求比较苛刻的复杂零件加工,甚至要求一次装夹来完成加工的的话,四轴加工中 心也不能完全满足要求,这样就需要使用五轴精工加工中心。五轴加工中心有高精度、 高效率的特点,工件的一次装夹就可以完成五个自由度的加工。若配以五轴联动的高档 精工系统,还可以对复杂的空间曲面进行高精度加工,更能够适应像飞机结构件、汽车 零部件等模具的加工[21]。五轴精工机床的使用,更容易实现工件的装夹,无需特殊的夹 具酒可把工件按照要求安装在合适的位置,避免多次重复装夹,同时也提高了工件加工 的精度[22]。此外,由于五轴精工机床在加工中对刀具无特殊要求,所以刀具成本也进一 步降低。这样采用五轴精工机床加工工件可以很快的完成模具加工,交货快,更好的保 证模具的加工质量,使模具加工变得更加容易,并且使模具修改变得容易。尽管五轴数 控机床的结构千差万别,而其最常见、最基本的形式却可以按照结构特点的不同大致分 为三大类。

4.4后置处理使用实例

本章主要介绍了 UG的后置处理模块以及机床控制系统的参数,并且根据加工中心 的相关参数制定了特定机床专用的后置处理器。为了验证后置处理器的可用性,本文采 用对具有复杂空间曲面的叶轮进行CAM编程加工,设定一系列工序并生成刀位位置源 文件,通过刚制定的专用后置处理器对刀位位置源文件进行后置处理,生成能够直接运 用到精工机床进行机械加工的精工G代码文件。

5.2VERICUT的优势与特色

VERICUT软件与一般CAM软件的区别:VERICUT是仿真加工软件,不能生成数 控程序,但是可以模拟G代码程序,包括子程序、宏程序、循环、跳转、变量等;一般 CAM软件只是模拟刀轨或中间文件[46]。此外VERICUT软件能仿真机床加工,进行碰 撞检查,仿真后能对切削模型进行尺寸分析,还能对切削速度进行优化,并输出仿真模 型文件,以及生成工艺文件报表,这些都是一般CAM软件无法完成的任务。

5.5数控G代码仿真验证

本章介绍了机床仿真技术常用到的相关软件VERICUT的基本功能,调研V255 加工中心的结构及其相关参数。并且根据加工中心的相关参数用VERICUT构建了机床 的虚拟仿真加工环境,通过对叶轮的仿真加工验证后置处理器生成的精工G代码的可用 性,进而验证后置处理器的可靠性。

五轴加工中心后置处理技术

在UG中加工模块的主要功能是创建工件几何体加工的刀具路径[23]。但是在加工模 块中生成的刀具轨迹路径如果不经后置处理就无法直接应用到精工机床上进行工件加工 [24]。这是因为不同的机床厂家生产的各种机床运行条件是不完全相同的,有些机床的旋 转轴是水平放置,而另一些机床的旋转轴为竖直放置,还有的一些机床在进行加工时却 可以实现多轴联动等。并且各种机床所使用到的控制系统也不尽相同,对于同一功能, 在不同的精工系统中其精工代码也不完全相同。这些与特定的机床相关的信息,却并不 包含在刀具位置源文件中。因此刀具位置源文件在进行加工之前必须进行相关的后置处 理,以适应不同机床和控制系统的特殊要求。这种根据各种机床的参数格式化前置处理 生成的刀具位置源文件,并生成可以直接应用于机床加工的NC代码的过程称之为后置 处理[25]。

基于UG的V255加工中心后置处理

在各种CAM软件中的前置处理中都可以生成用于零件加工的刀轨,刀轨文件中主 要包含切削点刀心数据的GOTO语句,还有可以控制机床的其他各种指令信息。但是因 为每台机床的控制系统对程序格式和指令的要求都有所不同,比如对同一行中的不同G 代码的输出顺序可能有所不同,这样,在前置处理过程中生成的刀轨文件就不能直接用 于机床的驱动,所以,刀轨文件必须经过处理计算,才能符合某一机床的控制系统的要 求。这个处理计算过程就是“后处理”[3(5]。后处理的过程要具备两个基本的要素:第一是 要有刀轨文件,一般由CAM软件生成,本文是应用UG的CAM功能生成UG的内部刀 轨[31]。第二是后处理器,它是一个包含机床以及控制系统相关信息的处理程序,它的主 要作用是读取刀轨文件中的刀轨数据,再转化为能直接用于驱动机床的精工代码。

5.4刀具库的建立

刀柄的建立就要棍据机床所使用的不同规格的套筒,按照具体的尺寸,在VERICUT 刀具库中进行定义。一般先在常规的三维软件中构建结构比较复杂的刀柄的模型,再通 过STL.等格式文件导入VERICUT中方式,在VERICUT软件中定义。另外角度头也可 以在刀具库中定义,这时要勾选跟主轴旋转选项,用来控制角度头模型是否和主轴一起 旋转。