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广西工学院2010届本科毕业生毕业论文基于UG/POST和VB的BV1005轴后置处理开发1第一章绪论1.1课题研发背景数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，其技术范围覆盖很多领域：(1)机械制造技术；(2)信息处理、加工、传输技术；(3)自动控制技术；(4)伺服驱动技术；(5)传感器技术；(6)软件技术等。1.2数控技术的发展20世纪50年代，美国麻省理工学院(MIT)设计了一种专门用于零件数控加工程序编制的语言APT(AutomaticallyProgrammedT00Ls)。其后MIT组织美国各大飞机公司共同开发了APTII。到了60年代，在APTII的基础上研制的APTIII已经到了应用阶段。以后又几经修改和充实，发展成为APT一Ⅳ，APT—AC和APT一Ⅳ／SS。APT能处理二维、三维铣削加工，但较难掌握。为此，在APT的基础上，世界各国发展了带有一定特色和专用性更强的APT衍生语言。1972年,美国洛克西德加里福尼亚飞机公司首先研究成功采用图像仪辅助设计、绘图和编制数控加工程序的一体化系统CADAM系统。1975年，法国达索飞机公司引进CADAM系统，为已有的二维加工系统CALIBRB增加二维设计和绘图功能，1978年进一步扩充，开发了CATIA系统。随着计算机处理速度的发展和图形设备日益普及，数控编程系统进入了CADCAM一体化时代。目前应用较为广泛的数控编程系统有APT一Ⅳ／SS、CADAM、CATIA、EUKLID、UGNX、INTERGRAPH、Pro／Engineer、MastercACM，CitatronE等。我国西北工业大学、华中科技大学等开发的图形编程系统如NPu／GNCP和InteCAM也具有两轴半零件加工和雕塑曲面多轴加工等功能，达到了实用化程度。1.3五轴联动数控加工概述五轴联动数控加工需要在五轴联动数控机床上完成。根据[SO的规定，五轴联动数控机床采用右手直角坐标系，其中定义Z坐标轴平行于主轴轴向，绕X、Y,Z轴的旋转轴分别定义为A,B,C轴。通常所谓的五轴联动，是指X,Y,Z三个坐标的直线移动。加上C和A或B产生的两个转动，一共五个坐标的同时运动。其中，通过沿X,Y,Z三根轴方向的直线进给运动，可以保证刀具到达工件上任意空间坐标点进行切削，通过二根旋转轴的运动，可以任意调整刀具轴线相对于工件表面的空间方向。二者结合起来，通过五轴联动，就可以实现对任意复杂曲面的加工。广西工学院2010届本科毕业生毕业论文基于UG/POST和VB的BV1005轴后置处理开发2五轴数控机床二根旋转轴的配置方式，可分为双摆头、双转台、摆头及转台结合三类。双摆头即机床主轴有两个旋转自由度，双转台即机床工作台有两个旋转自由度，摆头及转台结合即机床主轴和工作台各有一个旋转自由度。下图1—1为双转台机床的结构示意图。图1—11.4五轴数控加工中心结构简介：一般五坐标机床由三个平动轴和二个回转轴构成。根据运动轴配置的不同，五坐标数控机床的结构类型有很多种，但按轴的分布可以归为以下三种基本类型(以下称运动中轴线方向不变的回转轴为定轴，反之为动轴:带，的轴为工件转动，否则为刀具摆动)。(1)刀具双摆动这类机床两个回转轴都作用于刀具上。按从定轴到动轴顺序，它可分为A-B、B-A、C-A、C-B四种。但C-A与C-B情况可看成是动轴的初始位置不同，也可归于同一运动变换进行计算。(2)工作台双回转这种类型是两个回转轴都作用于工件上。按从定轴到动轴顺序，它可分为A’一B’、A’一C，、B，一A’、B，一C，四种。(3)刀具与工作台分别回转种结构是一个作用于刀具和另一个作用于工件上。按照工件到刀具的顺序，其回转轴的配置情况有A’一B、B’一A、C’一、c’一B四种。广西工学院2010届本科毕业生毕业论文基于UG/POST和VB的BV1005轴后置处理开发31.5机床的主要规格参数主要技术指标：工作台尺寸1300×610mm行程X轴1050mmY轴510mmZ轴560mm快速移动速度24m/min切削进给速度3—15000mm/min主轴转速60—6000或60-8000r/min主轴电机功率11--15KW主轴锥孔7:24No40刀库容量21把刀刀柄型号：JT40/BT40外形尺寸：3282mmx2347mmx3018mm重量：6500kg主要规格如下图：1.旋台直径255mm2.水平时选择台高度315mm3.90度事总高度395mm4.90度时中心高235mm5.中心空直径40H76.工作台最小空径327.T型槽宽度12H78.导轨宽度18h79.倾斜角度-110度——+100度水平0度时100Kg10.容许承载荷重0到90度各倾斜角50kg倾斜承载可承受力矩16kg.m广西工学院2010届本科毕业生毕业论文基于UG/POST和VB的BV1005轴后置处理开发411.涡轮扭矩48Kg.m12.容许工作转动惯量6.4（Kg/cm/2sec）13.净重300Kg14.伺服马达FANUC3MELDASHA4015.总减数比2个伺服马达都是1/360。16.最小分度2个伺服马达都是0.001度。17.马达最高回转数2个伺服马达都是2000。18.旋台最高回转数2个伺服马达都是5.5.机床M代码功能如表1-5：表1-5：机床M代码功能M00程序停止M01选择停止M02程序停止M03主轴正转M04主轴反转M05主轴停止M06换刀M07气冷开M08液冷开M09气（液）冷开M18解除准停M19准停广西工学院2010届本科毕业生毕业论文基于UG/POST和VB的BV1005轴后置处理开发5M29刚性攻丝M30程序结束M60第四轴松开M61第四轴夹紧M45排屑器启动M46排屑器停止1.6刀位文件(CLSF)刀位文件采用APT(AutomaticallyProgrammedTool)语言格式，是描写按工件加工顺序形成的若干刀轨路径的文本文件115]aCLSF文件中的各条语句，包含加工坐标系(MCS)显示数据和命令两部分。其中的命令，按功能可以分为下面三类:.显示命令包括MSYS,PAINT等。显示语句只影响刀轨在CLSF图形区中的显示.机床设置命令包括FEDRAT,SPINDL,COOLNT等。其中FEDRAT指定进给速度，量纲为mm/min，语句格式如下:.刀具运动命令CLSF文件中最重要的部分或者说核心是刀具运动语句。刀具运动命令和语句举例如下:(1)GOTO其中前三个数字表示刀具进给的MCS终点坐标，后三个数字表示刀轴矢量，用来描述刀具的空间位置。该语句表示刀具从当前坐标运动到目标坐标(92.135136.5641.93.0000)(2)RAPID该语句表示刀轴沿Y方向快速无切削进给。(3)GODLTA该语句表示当前刀具从当前坐标位置，沿X轴运动距离1，沿着Y轴运动距离2。(4)CIRCLE该语句表示圆弧切削。前三个数字表示圆弧中心点坐标，中间三个数字是第2章五轴联动数控加工及后置处理的基本原理广西工学院2010届本科毕业生毕业论文基于UG/POST和VB的BV1005轴后置处理开发6刀轴矢量坐标，后面五个数字分别表示圆弧半径，圆弧内、外公差，刀具半径和刀具拐角半径。完成机床加工过程不仅需要刀具的切削运动，还需要很多辅助操作，例如要保证走刀相对位置的准确，要给定恰当的刀具长度偏置和半径偏置。这些辅助操作，同样通过CLSF文件中的相关信息来驱动完成。CLSF文件中的每一个命令，都对应一个数控程序指令[161。两者表达方式虽然有差异，但实现相同的功能。这种对应关系，是正确进行代码转换的基础。下表列举其中部分对应关系如下表1-3所示：表1-3：刀位文件命令和数控程序指令的对应关系广西工学院2010届本科毕业生毕业论文基于UG/POST和VB的BV1005轴后置处理开发7第二章后处理简介2.1后处理流程机床数控系统不能够识别刀位文件，因为不同机床的配置和要求不同，不同数控系统的规则和功能也不同。将刀位文件转换成能够被指定的机床和数控系统执行的数控加工程序，这个转换过程称为后置处理。后置处理是CAM数控编程的一个重要组成部分，原则上是一个解释执行过程。它每次读出CLSF文件中的一条完整语句，分析其类型，并据此决定进行坐标变换或者代码转换，然后再根据机床参数加以实行，生成数控加工程序的完整一行，并写到程序文件中去。如下图2-1所示。表2-1：后处理流程图2.2通用后置处理器介绍后置处理器分为专用和通用两种。专用后置处理器附属于专用数控编程系统，是针对特定机床开发的。它把后置处理过程固化在各模块中，各模块功能与数控系统的功能一一对应。它能够在专用数控编程系统生成刀具轨迹的同时，直接读取刀位数据，并根据特定的数控指令集及代码格式将其转换成数控加工程序输出。专用后置处理器不要求刀位文件有特殊的格式，也不要求建立机床特性数据文件，而是将机床特性数据直接写入后置处理器中，比较容易实现，但不具备广西工学院2010届本科毕业生毕业论文基于UG/POST和VB的BV1005轴后置处理开发8普遍适应性。通用后置处理器附属于通用数控编程系统，能够针对不同类型的数控系统和机床，把刀位文件转换成NC加工程序[19]。它要求刀位文件格式必须符合IGES(InitialGraphicExchangeSpecification)标准，并要求建立和输入机床特性数据文件[201机床特性数据文件的作用，是告诉后置处理器的控制程序，如何把刀位文件转换成特定机床能执行的NC加工程序。它的内容必需保证能够完成该功能。在后置处理前，编程人员需要按照机床数控系统的规定，在机床特性数据文件中定义NC代码与格式等，以便后置处理器生成符合要求的NC加工程序,通用后置处理器的构成如下图所示表2-2：通用后处理器构成图图中机床特性数据文件生成器提供通用后置处理器的构成一个可视化操作窗口，允许采用人机交互方式设定机床参数，来生成规范化格式的机床特性数据文件，后者包括事件处理器(EventHandler)和定义文件(DefinitionFile)。主控模块包括事件生成器(EventGenerator)和加工输出管理器(ManufacturingOutputManager)，由CAD/CAM软件提供，不需要编程人员介入就可以自动工作。在进行后置处理时，事件生成器首先从刀位文件中读取一条语句传送到加工输出管理器中进行处理，然后把经过处理的事件及其相关参数信息传递到事件处理器中进行处理，最后再返回加工输出管理器，按照定义文件中的有关信息确定输出文件格式，并输出NC加工程序。2.3通用与专用后置处理区别数控加工中的后置处理是指将与机床无关的刀位文件(如APT文件)转换为与机床及控制系统对应的加工指令的过程。由于各个控制系统的指令格式不尽相同，机床结构形式的多种多样，后置处理的过程一般由专门的后置处理程序完成。广西工学院2010届本科毕业生毕业论文基于UG/POST和VB的BV1005轴后置处理开发9尽管已经出现不需后置处理的STEP—NC新技术，但尚未进入实用阶段。目前，后置处理仍然是自动编程到数控加工过程中不可缺少的环节，对于提高数控设备的利用率，早日收回高昂的投资成本具有重要意义。现在，不少机械加工厂中都拥有多台数控加工设备，往往厂家和控制系统都不相同。由于购置机床时，厂家一般都不提供后置处理程序，必须根据所使用的自动编程软件配置或编制相应的后置处理程序，对于多轴机床来说，这项工作的难度颇大。通用后置处理技术的出现基本解决了这一问题，目前商品化的通用后置处理器，如加拿大ICAM公司的CAM—POST软件具有典型性。该软件可以覆盖国内外流行的90％以上的CAD／CAM软件和90％以上的NC系统，功能较强。它可以读取所覆盖的CAD／CAM软件所生成的刀具路径文件，定制所覆盖的NC系统的专用后置处理器。从当前通用后置处理技术的发展来看，处理流程的主干部分应该还是基本一致的。但随着现