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
+ h8 y4 t  k4 ]$ }, p7 m一、 引言
7 i' j! F$ Z) O! q6 y$ z# m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。
8 A- H' u. i+ \2 j8 C! @. O0 \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）。
; Q) l9 y5 F) k( W5 W+ h1 K: A5 ACLSF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。
下面是一个CLSF的例子
# w" ]! E6 a5 I% l6 L; Z. F1 s10 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
30 FEDRAT/MMPM，100.0000
+ D; e' J) v# S+ Q' z" j. ]1 G40 GOTO/-124.3808，-20.5514，-19.3216，1.0000000，-0.0000004，-0.0000001
" X! c* }$ x8 ^& W/ `, p1 ^% M45 GOTO/-124.3808，20.6714，-19.2215
……
2 y! Q8 |2 Y5 o' {2 o100 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。
3 o' w" e. v' O7 c- [4 b, B  i  w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。
8 r5 n+ t% [: V第30语句定义了一个进给速率语句。
+ }( x. K# A& T8 @: {* P1 m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
GOTO/X，Y，Z，I，J，K
X，Y，Z为刀位点的三维坐标值，I，J，K为刀具轴线单位矢量。
: i, ~" u9 O( R' Y- ^( S三、UG五轴MDF文件的编制
UG的MDFG主菜单如下
8 b* R% h! r0 F1 _% C# cMENU　　　 STRUCTURE
* MACHINE TOOL TYPE
* MACHINE TOOL COORDINATE AXES VALIDITY
* PREPARATORY AUXILIARY AND EVENT CODE FORMATS
9 Q: q7 t+ s9 E& S* MACHINE TOOL MOTION CONTROL
( U2 b1 S) a: j8 }8 {  d* POSTPROCESSOR COMMANDS
* LISTING AND PUNCH CONTROL
" }3 V& [8 d2 U' U" e* LISTING HEADER DATA
4 n" n( B4 |* M+ z- I& c/ B* LISTING COMMENTARY DATA
* RUN TIME OPTIONS
. s8 _* T# F8 m- C, _* EDIT WORD ADDRESS CHARACTER OUTPUT SEQUENCE
* OUTPUT FILE VALIDATION
* PRINT MDF SUMMARY
5 y9 O# s5 v2 x* m3 U+ O* RENAME FILE
* FILE/TERMINATE
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。
* J2 c  v. B" x1．机床类型的选择
! |$ f8 j6 k' ^! `. f! l/ W/ |* V在MACHINE TOOL TYPE中我们选择MILL，2 OR MORE AXIS选项
4 T; q* m% V3 ?/ @; V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。
2．MDFG POSTPROSESSOR COMMANDS中旋转轴的定义
8 q6 M5 u8 G+ c" e# a- ]$ y0 t% h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。
* z, d$ Y! T3 n' I6 o6 J9 z6 W+ I1）机床旋转轴的定义方法
: w5 G# g% c0 w' I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(。
) B! L% n7 T; G$ b9 h/ d2）转动轴类型的定义
* Y4 F' N3 t8 \8 C- P" l# ?! 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
3）第4轴第5轴的确定
% k$ N" @4 m$ A; r0 G; l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
A、B轴的转动方向按右手定则，逆时针为正，顺时针为负。
& G& B0 F5 R: D  R3．旋转轴进给速率的定义
+ c- Y( Q, M. o/ D5 R1 |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。
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。
L为刀具轨迹长度（刀具移动的路程）。
3 U4 J! T, F& n四、 DF文件的调试及试加工
1． 调试MDF文件
1）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：
tgA=j/k
; i# J5 X* P5 D$ F# ]3 `; BtgB=
/ V0 g  F  U# i  y5 E8 `如果我们想获得A=30(，B=30(的转角，I，J，K值应为多少？
1 B' M& J9 ]( K7 ?因为OP=1（单位矢量）
SinB=
& C! y4 a8 [$ }, |9 G+ S% }, W5 gCosB=
- c2 R1 v0 G. S3 K6 ~SinA=
+ z; n+ V' ]! V6 k( N1 wCosA=
因此可以写出一条GOTO语句
GOTO/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。
2．试切
9 l$ s: s9 C% R" W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。
' i" [3 J( S" F' X& v7 B五、试用及结论
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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