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为ug配五坐标龙门铣MDF文件
; h# R9 {7 e4 h5 ] K |一、 引言
4 A! _7 h2 g5 d# T" N, {) h8 [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。9 {0 N% X2 p. @3 N" [9 J
二、UG的刀位源文件简介/ p, d, J3 f: m1 @
UG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)。
! M8 N6 R+ z4 n% i8 B% i# c- }1 oCLSF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。
h" j R* g* c7 w6 h下面是一个CLSF的例子( ?8 G% k! F/ b/ g
10 TOOL PATH/T5,MILL,6.0000,0.0000,25.4000,0.0000,0.0000,P17 D- Q ]: W2 ~) @; f9 D# v
20 MSYS/0.0000000,0.0000000,0.0000000,1.0000000,0.0000000,0.0000000,0.0000000,1.0000000,0.0000000: i9 g) \" c- L# F' I
30 FEDRAT/MMPM,100.0000 Y- h- l! \8 o2 q9 d M4 R
40 GOTO/-124.3808,-20.5514,-19.3216,1.0000000,-0.0000004,-0.0000001
9 E( G7 U4 G5 `2 H& Z3 _2 }45 GOTO/-124.3808,20.6714,-19.2215
, W/ s ~% [3 j! Y. w9 d: i9 U# O7 R……! E/ M- g. L/ m4 y7 B( G
100 END-OF-PATH
! G: \& m. I; u7 m8 o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。# v# w, ?+ J( ^$ n
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。9 p* _) U5 v3 n2 |
第30语句定义了一个进给速率语句。
' h0 H+ K0 X/ o( T* n. ?2 U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。
) ^+ A; }, `, P7 [1 x0 q下面是五轴GOTO语句的通用格式0 ?+ }4 ]2 J. M2 D
GOTO/X,Y,Z,I,J,K
( @. o' L3 |3 Y6 c jX,Y,Z为刀位点的三维坐标值,I,J,K为刀具轴线单位矢量。 E0 r" q' d& c% ~6 u8 a- x, \4 }
三、UG五轴MDF文件的编制/ g7 a3 z7 Y6 f; E, D ~! o! o
UG的MDFG主菜单如下
, K3 |/ H& K) `MENU STRUCTURE( E* h$ K& N' E# q! p
* MACHINE TOOL TYPE
. Y8 o( U: K0 R* MACHINE TOOL COORDINATE AXES VALIDITY4 c7 d6 d9 V. m- _; R0 H3 Y* ]
* PREPARATORY AUXILIARY AND EVENT CODE FORMATS
+ D, b- E" r$ g( k* MACHINE TOOL MOTION CONTROL7 P( @: q, I. I# c
* POSTPROCESSOR COMMANDS
j8 k( x* \. J! [* LISTING AND PUNCH CONTROL1 L- B. k6 Z6 p
* LISTING HEADER DATA) c3 n$ t/ @! s6 J
* LISTING COMMENTARY DATA
/ C/ a4 J9 f2 Q1 D: @4 }( X+ `9 o* RUN TIME OPTIONS. u. {- Q3 | g% T Z
* EDIT WORD ADDRESS CHARACTER OUTPUT SEQUENCE
" n- r+ g- V! C9 A& p* OUTPUT FILE VALIDATION
' Q1 k- s3 Q4 C& ]* PRINT MDF SUMMARY
. u: V: T7 [; o$ s7 Q3 \2 C* RENAME FILE5 Y$ m, l. w, `. T! D: @# d
* FILE/TERMINATE
( o! ]' g& L, U7 E- N4 V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。
: d i! p0 m' p9 H2 ?1.机床类型的选择5 ]8 ]* t8 D" ]% L; x& f
在MACHINE TOOL TYPE中我们选择MILL,2 OR MORE AXIS选项
2 h7 C5 W l$ c# l* x7 w- c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。; P; o$ h$ H) I4 d1 {2 @
2.MDFG POSTPROSESSOR COMMANDS中旋转轴的定义( X [3 z/ n& r3 C8 }( n9 J, A0 \
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。6 g9 g! o: r* n- f
1)机床旋转轴的定义方法
4 }" H/ p# E# I! T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(。7 E2 P' {) b* }2 e$ p
2)转动轴类型的定义1 \2 r) r1 V8 m/ |* U) F# J* _" }
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
. B# C* ^$ Q7 z3)第4轴第5轴的确定
& R! f+ A$ S2 \! Y5 W/ r" s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。% C: T0 W& k) S# c8 Q$ c
4)A、B轴转动方向的确定# o( v. m( T% x2 ^
A、B轴的转动方向按右手定则,逆时针为正,顺时针为负。
3 {" j4 @0 p6 \ J0 w# T, q3.旋转轴进给速率的定义/ D7 r6 l- k7 F% E
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。& j% E0 k* p" L3 u3 j" |2 V8 S, P! e
数控系统用G93代码来表示时间的倒数。这时F=V/L=1/time- S/ Q" w; B* R6 d
V为给定的进给速率,单位是毫米/分。
- E" y" D2 w. y$ Q& cL为刀具轨迹长度(刀具移动的路程)。' r" k* _* {. K6 d8 e
四、 DF文件的调试及试加工5 x; i0 d* u6 q3 O0 q4 a; h6 m2 A
1. 调试MDF文件
2 _: K3 b$ e1 c7 Z9 {. t, D1)编辑一个刀位源文件- u) q" G2 s: @/ _7 Q3 F
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。/ Z3 |# Y; U% ~1 g' }
由此可得出:
7 Q6 |! p O. S' ]tgA=j/k: f# [1 Y/ H* a( a* l0 C4 P; J0 y
tgB=
9 Y2 _" u$ v) b* b& i如果我们想获得A=30(,B=30(的转角,I,J,K值应为多少?
. Y- ~" M- h- c4 Y0 U因为OP=1(单位矢量)7 M4 \0 u9 d0 F2 q
SinB=# }3 E8 H# z+ D7 J, E* C5 T
CosB=
0 H( W0 M8 |9 }SinA=
" R' u$ i" C$ z. LCosA=
3 T! H' W- i2 k4 s/ t因此可以写出一条GOTO语句
+ u$ h) w2 P/ h6 s( f2 ^& n3 Z( bGOTO/0,0,0,0.5,0.433,0.75) J& |8 A' f _
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。
0 t. P# [/ O3 E0 i2.试切9 G% y/ A* X# I3 O/ p1 D# v
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。
6 c# r& @# ]0 }# h4 @五、试用及结论
) F) K4 L" G: R) l, g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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