为UG配五坐标龙门铣MDF文件

东莞孙师师

为ug配五坐标龙门铣MDF文件
一、 引言
2 y' x7 o8 d. T) }  H' M7 [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。
二、UG的刀位源文件简介
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）。
CLSF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。
8 m4 `) t8 _  q! k! m下面是一个CLSF的例子
4 h9 M5 T( p( `10 TOOL PATH/T5，MILL，6.0000，0.0000，25.4000，0.0000，0.0000，P1
20 MSYS/0.0000000，0.0000000，0.0000000，1.0000000，0.0000000，0.0000000，0.0000000，1.0000000，0.0000000
: L- K2 o( f# x7 ^  y30 FEDRAT/MMPM，100.0000
40 GOTO/-124.3808，-20.5514，-19.3216，1.0000000，-0.0000004，-0.0000001
* M$ j- w$ J4 F6 q" D' J3 N45 GOTO/-124.3808，20.6714，-19.2215
9 N$ F: j* {$ O8 j……
& Q( A% Y2 Y, z1 ]100 END-OF-PATH
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。
+ F8 W& U/ x6 a; U$ K. T, p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。
" m' [9 w: ^  B. {% |第30语句定义了一个进给速率语句。
' O6 N5 {# W$ g; L3 d& i! {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。
下面是五轴GOTO语句的通用格式
- `) F  q+ p' ]2 z2 CGOTO/X，Y，Z，I，J，K
3 o3 m/ v; _8 U* N$ c( q8 @: y& W+ ~0 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。
三、UG五轴MDF文件的编制
UG的MDFG主菜单如下
MENU　　　 STRUCTURE
9 H% F, P4 W% A3 \+ O% e' f! h) X* MACHINE TOOL TYPE
/ C$ R6 c7 r* N4 E, U; l. w: ?* MACHINE TOOL COORDINATE AXES VALIDITY
* PREPARATORY AUXILIARY AND EVENT CODE FORMATS
* MACHINE TOOL MOTION CONTROL
* POSTPROCESSOR COMMANDS
; t6 `5 p0 h8 d% I& w1 T) E* LISTING AND PUNCH CONTROL
* LISTING HEADER DATA
* {, D* j' Y' e& s1 z: k* LISTING COMMENTARY DATA
* RUN TIME OPTIONS
* EDIT WORD ADDRESS CHARACTER OUTPUT SEQUENCE
* OUTPUT FILE VALIDATION
* PRINT MDF SUMMARY
0 P. K% {* {" r: m8 A: x$ K  a* RENAME FILE
; X. T' E) R/ S! i3 W7 l* FILE/TERMINATE
2 ]7 I8 ^& W, p9 x+ }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。
4 W: e7 h& Z; ]/ H5 y/ E1．机床类型的选择
在MACHINE TOOL TYPE中我们选择MILL，2 OR MORE AXIS选项
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。
1 @1 N. w0 z4 C# e2．MDFG POSTPROSESSOR COMMANDS中旋转轴的定义
# `; s- f2 x# A: F! z4 Y$ [. [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。
1）机床旋转轴的定义方法
9 E; ^4 ?# E: g5 X2 l! |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(。
. E  m7 H% Y$ w, g: K9 T! l. u2）转动轴类型的定义
7 A$ ^% N4 w& n) K. N$ d2 `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
3）第4轴第5轴的确定
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。
4）A、B轴转动方向的确定
7 ^6 Z, M7 O. @) E4 sA、B轴的转动方向按右手定则，逆时针为正，顺时针为负。
; T7 d+ K4 y, |3．旋转轴进给速率的定义
5 }) f( |3 V; i9 V5 O/ d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。
7 |" a7 J9 B, O$ G数控系统用G93代码来表示时间的倒数。这时F=V/L=1/time
V为给定的进给速率，单位是毫米/分。
0 l2 g2 k  d4 kL为刀具轨迹长度（刀具移动的路程）。
四、 DF文件的调试及试加工
. n& i( u6 U- `: R* P1． 调试MDF文件
# l8 T: z# }7 G- X% M7 R1）编辑一个刀位源文件
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。
由此可得出：
' W7 }! k; a* u0 G4 ctgA=j/k
" E& ~- i$ |5 q! R4 B+ m5 {: c4 [/ s3 _  c+ wtgB=
如果我们想获得A=30(，B=30(的转角，I，J，K值应为多少？
7 I$ Q  |, @6 o; ?) F因为OP=1（单位矢量）
SinB=
3 {9 y- P8 x6 C1 ZCosB=
SinA=
2 B. j, u8 L6 X) ?CosA=
因此可以写出一条GOTO语句
) Q+ ~, r" M: r6 L1 EGOTO/0，0，0，0.5，0.433，0.75
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。
# x% e( b* W$ a0 y4 g# _2．试切
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。
五、试用及结论
2 A2 l% o& D' C- V) A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

yahuo20032001

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