基于UG 的特殊零件加工及專用后置處理器的開發

陶華，許明恒

(1.西南交通大學，四川成都 610031;2.四川工程職業技術學院，四川德陽 618000)

數控技術是現代制造技術的基礎。隨著科學技術的發展，機械產品的形狀和結構不斷改進，對零件加工質量的要求也越來越高［1］。一些形狀特殊的零件，需要與之相適應的特殊方法來實現。文中以彎頭管道的兩個接頭加工為例，根據彎頭管道接頭的位置特點，對普通數控銑床進行了改造。改造后得到一個雙主軸銑床，用UG CAM 對其進行編程得到刀具軌跡。在編程中使用的坐標系為以接頭端面圓中心為原點的正交坐標系，這與改造后機床的物理軸不相符合，必須對機床進行運動學求解、刀軸矢量分解轉換，并進行了后置處理器的開發和刀位文件的后置處理等操作。

1 零件加工方案的確定與機床結構及運動方式分析

該管道連接一壓力容器，本身也要承受極大的熱壓，所以加工中，接頭部分不能用焊接完成。零件彎頭角度為56.4°，同時，兩接頭不在同一平面，相交45°，彎頭管道三維模型如圖1 所示，零件圖如圖2所示，一般三軸機床難以實現加工。由于五軸機床價格昂貴，于是另辟蹊徑，對普通數控銑床實施改造，做成一個雙主軸的數控銑床，讓它能適應零件加工的要求。圖3 為加工時的情況。

改造后的數控銑床，其中一個為普通臥式數控銑床，用以加工接頭B，另一個主軸則與彎頭上的接頭A 相一致。為了適應旋轉后的接頭加工，在原來的銑床上加上了一個主軸，這個主軸上裝刀具，充當變化后的Z 軸，與接頭上表面垂直。即相當于在原來的數控機床上，將Z 軸在ZX 平面旋轉45°，在YZ 平面上旋轉56.4°。這樣就形成了一個非正交軸數控銑床。如圖4 所示。

圖1 彎頭管道三維模型

圖2 彎頭管道零件圖

圖3 加工情況

圖4 彎頭坐標合成

2 UG CAM 編程得到刀位文件

用UG CAM 進行編程。在編程中，按照正交坐標進行編程。用CAM 模塊中的固定輪廓銑(FIXED_CONTOUR)進行編程，“驅動方法”選用“曲面”方式，“切削模式”選用“螺旋”，“步距”為“殘余高度”，最大殘余高度為1，“投影矢量”選用“垂直于驅動體”。可得刀軌如圖5、6、7、8所示。

圖5 粗加工刀軌

圖6 粗加工切削仿真圖

圖7 焊接坡口1 粗加工刀軌

圖8 焊接坡口2 粗加工刀軌

3 刀軸矢量轉換及后置處理算法

前置處理得到的刀位文件中的刀位數據是基于編程坐標系的刀心坐標和刀軸矢量［2］，在后置處理過程中需要將它們轉換成為機床的運動坐標。不同類型運動關系的數控機床需要的轉換方法是不同的。但是，從數學角度來看，其實質就是通過圖形的坐標變換，把工件坐標系下的刀軸矢量繞機床坐標系中的旋轉軸旋轉后，把刀位文件中在工件坐標系下的刀心點坐標變換成機床坐標系下的坐標。即將Z'軸矢量，用平行四邊形法則，分解到X'軸和Y'軸上，如圖9 所示。

作如下設定:工件坐標系OXY，刀具繞坐標軸X旋轉56.4°，繞坐標軸Y 旋轉45°，如圖6 所示。刀軸矢量可表示為:

圖9 坐標系的變換

變換后得

刀心點在工件坐標系合成矢量得

4 后置處理程序的開發并生成NC 代碼

TCL 是工具控制語言(Tool Control Language)的縮寫，是一種交互式解釋性計算機語言，幾乎可以在所有的平臺上解釋運行，有強大的功能和簡單的語法，具有很強的可擴充性和可移植性，嵌入UG NX系統中，通常用于CAM 中后置處理程序和加工文檔處理程序［3］。

利用TCL 語言編制后處理程序有兩個任務:(1)完成定義文件的編寫;(2)完成事件處理文件的編寫。事件后處理輸出的數據格式是由事件定義文件控制的，加工過程中每個事件的處理方式是由事件處理文件控制的。可以通過NX/Post Builder 建立事件定義文件和事件處理文件的程序框架，這樣來快速地搭建后處理程序框架。根據實際情況，在程序框架中通過TCL 語言，添加用戶化的內容。

此次加工中，TCL 部分代碼如下:

5 結束語

文中的彎頭零件，是一個典型的特殊形狀的零件。在不具備五軸機床的條件下，改造出雙主軸數控銑床。非正交坐標軸機床，機床坐標軸的結構及運動分析很關鍵，通過分析后將刀軸矢量分解轉換，做成后置處理器，將編程得到的刀位軌跡轉換成機床可以識別的NC 代碼。這為人們在加工過程中廣開思路，靈活多變地應對越來越復雜、特殊的工件提供了很好的參考。

［1］孫國平.基于UG 的五軸加工中心的后處理［D］.無錫:江南大學，2009:23 -25.

［2］唐清春.基于UG 四軸聯動專用后置處理軟件開發［J］.機床與液壓，2010，38(22):29 -30.

［3］劉東杰.應用TCL 語言實現非正交五軸聯動數控機床后置處理［J］.光電技術應用，2010，25(1):76 -77.

［4］曾強.基于UG 的Heidenhain 系統五軸專用后置處理器研究［J］.科學技術與工程，2012，8(12):1914 -1915.

［5］JOURANI A，DURSAPT M.Effect of the Belt Grinding on the Surface Texture:Modeling of the Contact and Abrasive Wean［J］.Wear，2005，259:1137 -1143.

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