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为ug配五坐标龙门铣MDF文件4 ]; Z* k7 Q' v
一、 引言. G- M" ?3 {7 i Z. T& S t+ }
由于五坐标数控机床比三坐标机床多了二个旋转轴，因而更适合于具有变斜角的飞机零件的加工和各种斜孔的加工。五坐标加工技术是航空工业机械加工的关键技术之一。为提高数控加工能力，笔者所在公司于1997年购进了公司第一台五坐标龙门铣。该机床的数控系统采用法国的NUM1060系统。机床引进之后，要使机床能在生产中发挥作用，必须能生成五坐标联动的机床数控代码。由于飞机零件的复杂性，手工编程显然难以满足生产需要。为此急需一个五坐标机床的后置处理程序。考虑到公司已经广泛使用的UG（Unigraphics）软件来编程这一实际情况。为UG软件配一个五坐标机床兵团处理用的机床信息文件（MACHINE DATE FILE简称MDF）便成为当务之急。
- t3 t" b4 ]7 V; u二、UG的刀位源文件简介
2 p5 }7 p% [8 Y; p8 O- tUG在用于计算机辅助制造（CAM）的过程中需经过三个步骤。首先以APT格式产生一个刀位源文件（CUTTER LOCATION SOURCE FILE）—CLSF文件，它包括刀具坐标数据和后处理语句。然后对CLSF文件由APT进行编译，产生一个二进制的中间文件——CLS文件。最后经UG利用机床数据文件MDF和GPM（GRAPHICS POSTPROCESSOR MODULE）对CLF进行处理，得到一个机床直接可用的PTP文件，它就是机床数控代码文件，送入机床数控系统即可执行零件加工（UG已经做好GPM文件，一般不需改动。一般情况下用户只需为不同机床配置不同的MDF文件）。
6 q- B# r0 r+ R5 y" K {* S* KCLSF文件包括所有选用刀具的几何信息语句、加工坐标系与几何体绝对坐标系的坐标变换关系语句、刀具显示语句、刀具位置点定义语句、机床的各种准备功能与辅助功能定义语句和进给速率语句等组成。2 i& |' g, S3 |( i
下面是一个CLSF的例子
( Q; O0 J- _( p! ~( h10 TOOL PATH/T5，MILL，6.0000，0.0000，25.4000，0.0000，0.0000，P1" S) G- j t5 c+ }! \# @
20 MSYS/0.0000000，0.0000000，0.0000000，1.0000000，0.0000000，0.0000000，0.0000000，1.0000000，0.0000000
' z ~/ ?) U% {$ S6 T( A Q' S30 FEDRAT/MMPM，100.0000
9 L" S8 G' R& ^/ u; O6 F40 GOTO/-124.3808，-20.5514，-19.3216，1.0000000，-0.0000004，-0.0000001: W6 }' d! m3 r
45 GOTO/-124.3808，20.6714，-19.2215
x, s' u9 I( m- e8 x4 r……% ~" @9 {* F3 T" Q. \% g
100 END-OF-PATH
: D7 L j. j0 W8 \第10语句表示所定义的铣刀名为T5，后跟的五个数字为铣刀参数，P1为操作名。
k. D0 ?+ N) q. Z第20语句描述了加工坐标系（MCS）与几何体绝对坐标系之间的变换矩阵。4 v! d A! q6 L2 d* f1 x
第30语句定义了一个进给速率语句。
( L& T3 n5 m& B( \( V. q7 l第40语句定义了一个五轴的GOTO语句，它的前三个数字是该点的X、Y、Z坐标值，后三个数字定义了该点刀具轴线单位矢量。
F3 C+ Q, p' c; |4 `下面是五轴GOTO语句的通用格式
( L! }; W( K; nGOTO/X，Y，Z，I，J，K
7 P/ U' R9 ` F) @6 |. n% aX，Y，Z为刀位点的三维坐标值，I，J，K为刀具轴线单位矢量。1 k) G! w1 h( U1 @3 o
三、UG五轴MDF文件的编制
" @5 C9 G) L1 u& x F( lUG的MDFG主菜单如下
2 ^7 }& u: P# {6 |$ q c6 LMENU STRUCTURE
1 I1 k; ~+ z) f% m$ [- p8 D* MACHINE TOOL TYPE5 v0 T Q7 V) L- n# u# d b( F$ E9 V# i
* MACHINE TOOL COORDINATE AXES VALIDITY
4 h% k5 ]: z) l8 Q+ p; \* PREPARATORY AUXILIARY AND EVENT CODE FORMATS
: l7 }- ~4 f5 x$ b* D* MACHINE TOOL MOTION CONTROL/ u2 a* J' J1 t. l0 \5 O
* POSTPROCESSOR COMMANDS' b. @3 M5 V2 Q; x2 b
* LISTING AND PUNCH CONTROL
! E' l; v# M" P: b' D" y+ ]! J" y: y1 g* LISTING HEADER DATA
; R8 V" x$ C: \) l1 ?2 L. z; Z* LISTING COMMENTARY DATA1 c1 q( t$ g2 O+ M: g! O" Z8 A* q
* RUN TIME OPTIONS6 j" f5 {# {0 o
* EDIT WORD ADDRESS CHARACTER OUTPUT SEQUENCE1 R, x8 k# |. V& s( l
* OUTPUT FILE VALIDATION3 o: J( ?0 r8 @0 q+ X+ ], P
* PRINT MDF SUMMARY
0 |+ H# b O: w1 l, R* RENAME FILE/ _5 U$ u4 P: g% W
* FILE/TERMINATE
6 X# D- z" B4 K2 M- h五轴MDF文件的定义方法与三轴机床相类似，下面仅将几个主要不同点进行描述。& [9 F/ A6 B7 X: y2 X" G+ s5 p `; ?
1．机床类型的选择
/ m) h2 y }) g4 X) @在MACHINE TOOL TYPE中我们选择MILL，2 OR MORE AXIS选项 ]7 D( I! a7 y4 B4 t
在这选项的线性运动参数定义中我们再选择FIVE，X，Y，Z AND 2 ROTARY的选项，可以产生X，Y，Z和两个旋转轴的五轴联动的NC程序。
+ I6 i4 ]- c* _9 Z2．MDFG POSTPROSESSOR COMMANDS中旋转轴的定义
3 S* X7 |3 |: v# f/ s( a在这里我们将定义如何将GOTO语句中的I，J，K刀轴矢量转换成旋转的角度。
( `. X8 R% r/ C: j4 n/ R1）机床旋转轴的定义方法
8 s+ F8 s7 ^" c4 v& g如图一所示，绕X轴的旋转定义为A轴，绕Y轴的旋转定义为B轴，绕Z轴的旋转定义为C轴。V12000M2T五坐标龙门铣，铣头具有A、B两个摆角，B摆装在A摆上，其摆动范围为A轴：-30(至30(；B轴：-30(至30(。
4 Q5 ?/ N$ O/ f8 v3 t& g& l2）转动轴类型的定义
$ C8 W/ A T; D$ F& q( T我们的龙门铣是A、B摆类型，旋转运动仅仅引起刀具的摆动。故而选择Contouring Swiveling Head类+ v% { l- H. O, |
3）第4轴第5轴的确定" r5 U, `7 m! Y8 z+ m2 w
根据机床的A、B两轴的结构特点，我们确定第4轴为B轴，第5轴为A轴。! e, n! C: k1 z1 Z
4）A、B轴转动方向的确定3 M( S* O1 z7 T7 @
A、B轴的转动方向按右手定则，逆时针为正，顺时针为负。; x- Q* f. x! V, C, y4 t
3．旋转轴进给速率的定义
! j/ e8 e, C0 K h: h一个五轴机床刀具的运动，当它是由X、Y、Z三个线性轴加上A、B两个转动轴的联动来实现时，需要采用时间的倒数来表示进给速率。因为线性轴的进给速率为毫米/分，而转动轴的速率是以度/分来表示的，在程序段中采用时间的倒数1/分来表示进给速率，适合于直线运动和旋转同时存在的场合。
6 j% K/ I. `/ V数控系统用G93代码来表示时间的倒数。这时F=V/L=1/time
9 c4 D; z0 S4 O3 v. o+ z$ t3 rV为给定的进给速率，单位是毫米/分。
5 f) w- ]1 S& z+ G) o( a1 E# b! P/ qL为刀具轨迹长度（刀具移动的路程）。: D+ z* p' U2 l j- U
四、 DF文件的调试及试加工4 m" I0 F+ _ u% y: `& D8 z3 Q- w& X
1． 调试MDF文件" B4 S) ]; o! q0 i0 @
1）编辑一个刀位源文件$ k3 }& k% @3 N1 x
如图二所示OP为刀位源文件GOTO/X，Y，Z，I，J，K语句中的刀具轴线单位法矢。刀具轴线OP在X、Y、Z三个方向的分量为I，J，K。该V12000M2T五轴龙门铣的B轴是安装在A轴上的，A、B转角的原理描述见图二。
" y8 P/ M' \, Z3 ]由此可得出：
/ j; q N( w! I! T4 i8 _tgA=j/k3 y; E& e/ B$ v6 I2 X
tgB=
6 U/ x/ }' q* U! l1 q+ R如果我们想获得A=30(，B=30(的转角，I，J，K值应为多少？
' j& J# |* a \因为OP=1（单位矢量）) }5 ?+ m% R" u+ W& E8 ?7 X; i2 y5 _ D
SinB=/ Z( l- O/ A, F4 F( Z0 E
CosB= V1 ]' W1 ~, W5 w. |5 R( a- g
SinA=( J" K" M2 ~& p+ y% A! J
CosA=% a7 Q3 f7 _7 X7 [
因此可以写出一条GOTO语句
2 k- l) V/ s) |5 @' Q# f; OGOTO/0，0，0，0.5，0.433，0.75
* u1 e) J H1 @1 O我们还可以算出其他A、B角度组合下的I，J，K值，写出一系列GOTO语句。把这一系列的GOTO语句编辑成一个CLS文件，再加上头尾，便可通过UG的后置处理程序（POSTPROCESSOR）进行试算。如果算出来的A、B转角的角度值为我们所计算出来的值便为正确。否则再重新调MDF文件。使之所产生的PTP文件的A、B角正确为止。用类似的方法再调试A、B角的符号，即转动方向。如果A、B转动方向不符合我们所设想的则调整MDF文件，重新设定旋转方向（DIRECTION OF ROTATION）直到符合正确的旋转方向为止。. Z" R; w/ ]) Y( B% s- s! h
2．试切 t8 q' d- P# v! G* d/ u% z5 g W; p
用所生成的MDF文件，我们对一个园台（机床验收的试切件）的加工程序作了后置处理。试切工件经三坐标测量机测量，符合园台NAS件机床验收标准。' ^. |" c2 e; o* {; [6 L7 c H
五、试用及结论
+ X1 d1 a* x, z4 d" H) ]该五轴MDF文件投入运行后，在南京14所雷达罩金属条钻模板法向孔的加工，金属条法向轮廓及法向孔的加工编辑中进行了试用，所加工零件通过三坐标测量机测量完全符合图纸要求。目前该钻孔保形工装及金属条已交付用户。该MDF文件可以用于生产 |
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狗仔卡
发表于 2007-11-9 20:34
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