基于UG NX的DTM數(shù)控車后處理程序的開發(fā)應(yīng)用

郭世帥

(湖北開放職業(yè)學(xué)院，湖北 武漢 430074)

基于UG NX的DTM數(shù)控車后處理程序的開發(fā)應(yīng)用

郭世帥

(湖北開放職業(yè)學(xué)院，湖北 武漢 430074)

為提高數(shù)控機(jī)床的功能及安全性，以UG NX4.0為開發(fā)平臺、用UG/POST Builder后處理構(gòu)建器為開發(fā)工具，開發(fā)出在UG NX系統(tǒng)加工模塊中實現(xiàn)自動編程的后處理程序，以及仿真加工運(yùn)動模型。通過對零件進(jìn)行模擬加工驗證分析和實際加工對比，證明開發(fā)的后置處理器和機(jī)床運(yùn)動模型的正確性和實用性。

數(shù)控加工； UG NX； 后處理程序； 仿真加工； 數(shù)控車； 刀軌

常用編程技術(shù)有手工編程和自動編程。手工編程效率低，容易出錯，安全性和工藝性也不好，且受到機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的制約[1]；自動編程效率高，不易出錯，安全性和工藝性都好。對于復(fù)雜零件，手工編程無法做到，只能用自動編程。采用高效自動編程技術(shù)是保證安全生產(chǎn)、提高產(chǎn)品質(zhì)量和加工效率的最有效的方法。自動編程用計算機(jī)輔助設(shè)計和輔助加工CAD/CAM軟件系統(tǒng)實現(xiàn)。在加工模塊中，自動編程系統(tǒng)產(chǎn)生刀軌文件的計算過程為前置處理。前置處理文件包含有刀具運(yùn)動等信息，它不考慮具體的機(jī)床結(jié)構(gòu)及指令格式，從而簡化系統(tǒng)軟件[2]。后置處理器是把CAM生成的刀軌文件轉(zhuǎn)成數(shù)控機(jī)床所能識別的數(shù)控加工程序。不同的數(shù)控系統(tǒng)其指令格式不盡相同，不同的數(shù)控系統(tǒng)要有與之相適應(yīng)的后置處理器。目前，國內(nèi)有針對3軸或多軸機(jī)床的后處理程序的開發(fā)研究。本文主要研究2軸DTM SYSTEM 5T V系統(tǒng)數(shù)控車的后處理器開發(fā)問題，用UG NX4.0平臺的后處理構(gòu)建器開發(fā)，可適用于新版Siemens NX及以前的各種版本。

1 基于UGNX數(shù)控車后處理程序的開發(fā)和應(yīng)用

1.1 后置處理程序的開發(fā)步驟

后處理技術(shù)就是把中性的刀位源文件轉(zhuǎn)化為數(shù)控機(jī)床可識別的加工程序的一種技術(shù)，目前應(yīng)用最多的是UG/POST后置處理[1]。

后置處理程序的開發(fā)主要有4個步驟：機(jī)床參數(shù)設(shè)置、程序和刀軌參數(shù)設(shè)置、N/C數(shù)據(jù)定義設(shè)置、后置處理文件列表設(shè)置。

1.2 DTM后置處理器的開發(fā)過程

北京DTM 5T數(shù)控車床，系統(tǒng)名稱DTM SYSTEM 5T V。該機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)為低檔系統(tǒng)，沒有粗加工復(fù)合指令，沒有刀補(bǔ)功能，不支持宏程序，因此手動編程效率低，不能編寫非圓曲線復(fù)雜零件的加工程序。由于沒有刀補(bǔ)功能，無法解決錐面、圓弧面的尺寸精度問題。因此，要提高編程效率和加工精度，采用自動編程是最佳選擇，實現(xiàn)自動編程的前提是要開發(fā)與數(shù)控系統(tǒng)相適應(yīng)的后處理程序。

1.2.1 新建DTM后處理程序 啟動UG后處理構(gòu)建器，新建名為“DTM_post”的后處理文件，設(shè)置如下參數(shù)：機(jī)床類型為車床，公制單位；以Fanuc法蘭克為藍(lán)本建立文件；按機(jī)床要求設(shè)置各軸最大行程；設(shè)置直徑編程方式。

1.2.2 設(shè)置程序和刀軌參數(shù) 該選項設(shè)置從程序開始到結(jié)束的指令格式。

1)程序頭設(shè)置。設(shè)置程序開始最上幾行指令格式。設(shè)置程序開頭符%；設(shè)置程序段行號；設(shè)置系統(tǒng)單位和進(jìn)給率單位。

2)程序開始序列設(shè)置。設(shè)置程序序列開始部分指令格式；設(shè)置換刀T代碼屬性，指令格式為2位數(shù)；創(chuàng)建源程序表達(dá)式

10*$mom_tool_number+$mom_tool_adjust_register，

該表達(dá)式表示指定十位上刀號數(shù)值和個位上刀補(bǔ)號數(shù)值[3]。

3)刀具軌跡運(yùn)動設(shè)置。該項設(shè)置有3個環(huán)節(jié)：Machine Control、Motion和Canned Cycles，即機(jī)床控制、運(yùn)動控制和定制循環(huán)。機(jī)床控制選項主要控制主軸開停，刀補(bǔ)功能，系統(tǒng)暫停停止等，其中多數(shù)代碼和DTM系統(tǒng)指令一樣，不作修改，只是取消了M01、G40、G41、G42這些指令,因為DTM系統(tǒng)沒有這些功能；運(yùn)動控制設(shè)置快速移動、直線插補(bǔ)格式、園弧插補(bǔ)格式及進(jìn)給單位格式，編輯源程序$mom_sys_feed_rate_mode_code($feed_mode)定義進(jìn)給單位格式為mm/min，設(shè)置螺紋加工移動等指令；定制循環(huán)因DTM系統(tǒng)沒有鉆孔循環(huán)功能，在此不作設(shè)置。

4) 程序尾設(shè)置。該選項設(shè)置程序最后結(jié)束指令格式和程序行中各指令排序規(guī)則。設(shè)置M30程序結(jié)束，返回程序開頭，設(shè)置結(jié)束程序段行號，設(shè)置程序尾標(biāo)志%，最后按DTM系統(tǒng)規(guī)則排列指令順序。

1.2.3 N/C數(shù)據(jù)定義設(shè)置 該選項設(shè)置程序行屬性、程序字屬性和其它指令元素屬性。修改屬性符合機(jī)床系統(tǒng)的指令要求。

1.2.4 后置處理文件列表設(shè)置 設(shè)置程序輸出格式和輸出內(nèi)容。

1.2.5 保存文件輸出后處理程序 生成3個后處理程序文件：一個是定義文件，后綴是.def，另一個是事件處理文件，后綴是.tcl，最后是后置處理構(gòu)建器的參數(shù)文件，后綴是.pui，可以用后置處理構(gòu)建器打開.pui文件，對后置處理程序進(jìn)行修改和開發(fā)。

2 基于UG NX數(shù)控機(jī)床加工仿真研究

2.1 DTM機(jī)床運(yùn)動模型的開發(fā)

碰撞仿真的重點是面向機(jī)床各個運(yùn)動部件的空間位置關(guān)系進(jìn)行的仿真，以檢查機(jī)床各運(yùn)動部件是否出現(xiàn)碰撞、干涉等現(xiàn)象。特定機(jī)床運(yùn)動模型由用戶自己開發(fā)。

2.1.1 機(jī)床零件建模與模型裝配 在UG NX系統(tǒng)中啟動CAD模塊和裝配功能，在零組件模式下混合建模，按機(jī)床真實大小1∶1構(gòu)建如下模型：機(jī)床的床身文件“machine_base.prt”，機(jī)床的Z軸運(yùn)動組件文件“z_slide.prt”，機(jī)床的X軸運(yùn)動組件文件“x_slide.prt”，機(jī)床刀架文件“Toolk.prt”，機(jī)床尾座組件文件“tailstock.prt”，機(jī)床卡盤組件文件“chuck.prt”，最后完成總裝配文件“DTM_lathe.prt”(圖1、圖2)。

圖 1 機(jī)床模型總裝

圖 2 導(dǎo)航器中顯示的零組裝配關(guān)系

2.1.2 機(jī)床運(yùn)動部件的定義 啟動機(jī)床構(gòu)建器模塊，加載DTM_lathe.prt機(jī)床模型總裝配文件和全部組件模型，打開機(jī)床導(dǎo)航器，將導(dǎo)航器內(nèi)機(jī)床名字段NO_NAME改名為DTM_2_AX_XZ，建立機(jī)床仿真模型。

2.1.3 機(jī)床運(yùn)動模型聯(lián)接點的建立 該機(jī)床需要創(chuàng)建聯(lián)接點主要有：機(jī)床坐標(biāo)系原點MACHINEZERO、刀具裝配聯(lián)接點TOOL_MOUNT_JCT，裝配工件組聯(lián)接點PART_MOUNT和X軸組件聯(lián)接點T_ROT。

2.2 運(yùn)動模型與UGNX系統(tǒng)集成

建立好的機(jī)床運(yùn)動模型需要將其集成到UGNX系統(tǒng)的機(jī)床庫中，才能夠在仿真系統(tǒng)中可調(diào)用。

2.2.1 系統(tǒng)的機(jī)床運(yùn)動模型庫的數(shù)據(jù)內(nèi)容 機(jī)床運(yùn)動模型相關(guān)數(shù)據(jù)存放目錄為：…machine。此目錄下有4個子目錄：ascii、genius、graphics和inclass，主要存放事件處理器文件、機(jī)床運(yùn)動模型和數(shù)據(jù)庫的定義文件。

2.2.2 機(jī)床運(yùn)動模型與UGNX系統(tǒng)的集成步驟 首先把創(chuàng)建的DTM機(jī)床模型全部放在名稱為DTM_lathe的文件夾內(nèi)，再把DTM_lathe文件夾放入graphics目錄內(nèi)。為了在系統(tǒng)中調(diào)用自建的機(jī)床運(yùn)動模型，必須修改系統(tǒng)的機(jī)床運(yùn)動模型模板文件，將自建的機(jī)床運(yùn)動模型加入機(jī)床運(yùn)動模型庫中，該文件為：machine_database.dat，用記事本打開該文件，添加代碼如下：

DATA|DTM_lathe|2|2-AxLathe(MM)(Horw/Turret)|None|Ex:|${UGII_CAM_POST_DIR}DTM_lathe.dat|1.000000

此代碼可以讓UGNX系統(tǒng)識別到DTM_lathe機(jī)床

2.2.3 創(chuàng)建DTM_lathe.dat文件 在UG后置處理器存放目錄中創(chuàng)建DTM_lathe.dat文件，DTM_lathe.dat文件用于指定DTM_lathe機(jī)床運(yùn)動模型所用的后置處理文件。

2.2.4 啟動后處理構(gòu)建器程序 重新打開DTM_lathe.pui后處理文件，設(shè)置輸出選項，再輸出后處理文件，生成4個文件(DTM_lathe.tcl、DTM_lathe.def、DTM_lathe.pui和DTM_lathe_vnc.tcl)，把這4個文件放在UGSNX4.0MACH esourcepostprocessor目錄下，完成全部設(shè)置。

2.3 仿真加工分析

仿真加工分為刀軌切削仿真和機(jī)床碰撞仿真分析。完成加工編程后，選擇全部編程操作，再啟動切削仿真命令，選擇刀軌仿真方式，完成刀軌切削仿真；選擇3D動態(tài)仿真，完成切削仿真(圖3)。切削仿真可以判斷出加工過程中刀具與零件材料的干涉情況，檢驗工藝的合理性，但不能檢測出刀具與機(jī)床其他物體(如卡盤、中心架、尾座、雞心夾等工具)的碰撞。用機(jī)床碰撞仿真，可對加工過程進(jìn)行進(jìn)一步分析，檢驗程序加工的安全性。

圖 3 切削仿真

首先雙擊機(jī)床導(dǎo)航器中的機(jī)床名稱，切換到系統(tǒng)機(jī)床庫中，加載DTM_lathe機(jī)床類型，再選取全部編程操作，啟動機(jī)床碰撞仿真命令，設(shè)置碰撞類型與碰撞關(guān)系，設(shè)置完后開始仿真(圖4)，系統(tǒng)檢測到切削中刀具與卡盤發(fā)生碰撞，機(jī)床回參考點時與尾座發(fā)生碰撞，由此可以看出，機(jī)床碰撞仿真分析發(fā)現(xiàn)在前面切削仿真中沒有檢測到的問題。找出碰撞的原因后，加以修正，從而可以保證程序的安全性。

圖 4 機(jī)床碰撞仿真

3 加工實驗綜合分析

以圖5零件說明加工實驗的過程。為安全起見，在實驗中采用?45mm×65mm的PVC棒料試驗。

圖 5 加工的零件

1)先在UGNX的CAD模塊中創(chuàng)建模型，再轉(zhuǎn)換到CAM模塊，系統(tǒng)初始化后，進(jìn)行CAM數(shù)據(jù)模型建立，建立編程座標(biāo)系，定義對象父節(jié)點。

2)再定義刀具組、程序組等，根據(jù)工藝路線建立編程加工操作。

3)生成如圖6所示刀軌。

圖 6 刀軌

4 )生成加工程序。選擇右端加工操作，進(jìn)行后處理，使用自定義DTM后處理程序生成加工程序，同樣地生成左端加工程序(圖7)。

5)UGNX機(jī)床仿真分析。先進(jìn)行切削仿真分析，程序通過后再進(jìn)行機(jī)床仿真分析，切換到系統(tǒng)機(jī)床庫中，加載DTM_lathe機(jī)床類型，選取右端加工的編程操作，啟動機(jī)床碰撞仿真，設(shè)置碰撞類型，建立刀具與相關(guān)部件的碰撞關(guān)系，設(shè)置完后開始仿真，系統(tǒng)檢測通過，同樣地對左端進(jìn)行仿真分析。

6)DTM數(shù)控機(jī)床實際加工驗證。加工程序經(jīng)上面機(jī)床仿真通過后，將程序輸入機(jī)床，試運(yùn)行；通過后，加工零件，經(jīng)檢測零件達(dá)圖紙要求。

4 結(jié)束語

本文針對北京DTM數(shù)控系統(tǒng)車床，運(yùn)用UGNX后處理構(gòu)建器開發(fā)了其專用的后處理程序，用于生成適合該機(jī)床運(yùn)行的數(shù)控程序，并開發(fā)了該機(jī)床的運(yùn)動仿真模型，用于進(jìn)一步驗證程序的安全性，通過完成對一個零件的加工實例，全流程論述了零件建模、數(shù)控編程、切削碰撞仿真直到實際加工的全過程，通過后處理程序的反復(fù)測試，對生成的加工程序在仿真機(jī)床上反復(fù)驗證和在實際機(jī)床的反復(fù)試驗，最終得到正確結(jié)果，驗證了所開發(fā)的DTM后處理程序和仿真機(jī)床模型的正確性和實用性。

[1] 趙世田.基于UGNX后處理五軸加工中心后處理器研發(fā)與應(yīng)用[D].濟(jì)南：山東理工大學(xué)，2005.

[2] 周 濟(jì)，周艷紅．?dāng)?shù)控加工技術(shù)[M]．北京：國防工業(yè)出版社，2002.

[3]UGNX4.0DOCUMENTATION[Z].

[責(zé)任編校： 張 眾]

Development and Application of Postprocessor for DTM CNC Lathe based on UG NX

GUO Shishuai

(HubeiVocationalOpeningUniv.,Wuhan430074,China)

To improve the function and security of CNC machine tool, the study developed a postprocessor that can realize the automatic programming and construct a simulating manufacturing model during the UG NX system processing module, based on the platform of UG NX4.0, using the UG/POST Builder as researching tool. It also demonstrated the validity and practicability of the machine tool motion model by validating the analysis simulation machining and comparing of the practical machining.

numerical control machine; unigraphics NX; postprocessor; Simulation machining; CNC lathe；tool path

2015-04-20

郭世帥(1963-)，男，湖北武漢人，湖北開放職業(yè)學(xué)院工程師，研究方向為數(shù)控車自動編程

1003-4684(2015)04-0108-03

TH16

A