作者：喻丕珠 周定伍 周 虹
来源：《中国新技术新产品》2009年第14期
摘要:本文根据UG软件生成的CLS刀位文件和企业具体五轴加工中心,从后置处理中关键部分坐标变化入手,给出了特定五轴加工的坐标变换算法,从而大幅度提高CAM软件中NC程序生成的准确性和减轻了数控编程员工作量。
关键词:B轴;刀心坐标;刀轴;坐标变换
1引言
随着CAD/CAM软件技术的发展和推广,现在很多企业多采用计算机辅助编程,特别是发动机企业在对复杂零件(如整体叶轮等)进行数控加工时,都是采用大型的CAD/CAM软件(如CATIA、UG等)进行数控编程生成刀具路径,这样大大提高了生产效率及加工精度。软件通过刀具轨迹计算产生刀位原文件,然后把刀位原文件转换成指定数控机床能执行的NC程序,这样的处理过程就是后置处理。而不同数控机床的控制系统,机床结构形式和运动方式也存在差异,所使用的NC程序格式也是不一样。
后置处理过程原则上是解释执行,即每读出刀位原文件中的一个完整的记录,便分析该记录的类型,根据记录类型确定是进行坐标变换还是进行文件代码转换,然后根据所选数控机床进行坐标变换或文件代码转换,生成一个完整的数控程序段,并写到数控程序文件(NC文件)中去,其中的坐标变换是多轴加工中后置处理的核心技术。本文根据UG中刀位原文件的特点和在南方航空动力机械公司的长期工作经验,经严密理论推导,给出一种较为简单且实用的坐标变换方法。使得编程人员能方便地对特定的数控机床编制后置处理程序,大大减少了设计过程中所需的修改工作量。
2 UG刀位原文件的特点与机床坐标、回转角度的关系
利用UGNX软件进行计算机辅助编程时,按规定均视工件静止由刀具运动来完成加工动作,这样可得到一个不针对具体机床的中性刀位文件(CLS文件),在刀位原文件中记录的是刀心坐标 和刀轴矢量T。下面就是一个典型的CLS文件记录。
在记录中,出现的最多的语句是“GOTO/X,Y,Z,I,J,K”,如GOTO/26.5935, 109.4909, 25.5759,0.8323781,0.0263269,0.5535825。其中刀心坐标点就是(X,Y,Z)值,刀轴单位刀轴矢量在X轴的投影为I、在Y轴的投影为J、在Z轴的投影为K。当I,J,K值为0,0,1时,机床为三轴加工。当I,J,K为其它值时,机床为四轴或五轴加工[2]。不管三轴还是四轴、五轴,这些坐标值和刀轴矢量都是在刀具运动、工件静止情况下的值,也即是在工件坐标系下的值。
实际上,机床运动的实现方式各异,有的运动由工作台实现,有的则由刀具运动来实现。如果在有回转坐标的情况下,情况就更复杂(如有刀具摆动的,有工作台回转的,有采用直角铣头的,还有立卧主轴交替加工的等等),这就要求后处理程序针对不同情形进行不同的坐标变换[1]。需要将刀位文件中刀位轨迹中在工件坐标系下的刀心坐标和刀轴矢量转换为机床坐标及相应的回转角度。
对于不同类型运动关系的数控机床,转换算法是不同的。本文针对公司采购瑞士的UCP600Vario五坐标数控加工中心讨论其转换算法。该机床五轴分别是线性轴X/Y/Z和旋转轴B/C,B角的回转范围是:-115°～+30°;C角的回转范围是:n*360°。
3坐标变换算法
坐标变换就是根据刀位文件中的刀心坐标
在机床坐标系中刀具轴线垂直于平面,为了使刀轴矢量与刀具轴线平行,需将工件坐标系绕Y轴旋转B角,再将工件坐标系绕Z轴顺时针转C角(C角也可以逆时针旋转,同時也受到B的旋转方向影响,在此只讨论B为正,C顺时针旋转的情况)。由转动过程可得:
接下来求出刀心坐标经工件坐标系旋转后在机床坐标系中的位置,即机床运动坐标值X,Y,Z。通过工件坐标系到机床坐标系的齐次变换矩阵可得:
结束语
使用UG软件生成复杂工件加工刀具路径,然后通过C++语言和上述算法编写的后置处理程序生成UCP600Vario加工中心的NC程序加工的整体叶轮完全符合设计要求。经过实践证明该算法能很好解决五轴加工刀具路径后置处理,这不但可以在提高NC程序的准确性,同时满足不同机床对程序的特殊要求,这也是通用大型CAD/CAM软件在多轴加工领域的应用与推广的一个坚实基础。
参考文献
[1] 刘雄伟 张定华等. 数控加工理论与编程技术[M]. 北京:机械工业出版社,2003
[2] Unigraphisc Solutions Inc UG多轴铣制造过程培训教程[M]. 北京:清华大学出版社,2002.
[3] 张继红 高佑芳 王恩俊. 基于CAM的数控加工后置处理方法的研究与实践[J]. 机电产品开发与创新,2007.1
作者简介:喻丕珠(1970-),男,湖南铁道职业技术学院副教授,工程硕士。主要研究方向:CAD/CAM下载本文
