基于UGNX后處理葉片四軸加工程序優(yōu)化

吳根紅

摘要：在數(shù)控加工自動編輯過程中，后置處理是其中不可或缺的重要組成部分。通過處理前置數(shù)控加工過程中所生成的新的刀位文件來組成新的可識別的特定數(shù)控的系統(tǒng)指令。再通過有序的后置處理，對已經(jīng)生成的新的數(shù)控程序進(jìn)行優(yōu)化，從而達(dá)到充分提高加工效率的關(guān)鍵目的。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)葉片;曲率;進(jìn)給速度;四軸加工;后置處理

在數(shù)控加工中切削用量的重要參數(shù)主要是指進(jìn)給速度。進(jìn)給速度在加工工件過程中的運(yùn)行速度會影響到加工表面質(zhì)量和刀具的使用壽命。因此，在對數(shù)控加工系統(tǒng)的優(yōu)化方面，首先要保證進(jìn)給速度的恒定。只有充分保證進(jìn)給速度的恒定，才能夠有效保證數(shù)控系統(tǒng)的四周聯(lián)眾加工的平穩(wěn)運(yùn)行，才能夠提高加工表面質(zhì)量和刀具的使用壽命。在數(shù)控加工的進(jìn)給速度中，要引進(jìn)的新概念是伺服控制速度，伺服控制速度主要是以對應(yīng)軸的位移來確定的，在文中我們用F表示伺服控制速度。

伺服控制速度的作用主要體現(xiàn)在三軸聯(lián)動的加工編程中。一方面，在三軸聯(lián)動的加工編程中，刀具的平面運(yùn)動僅僅是相對于工件而言，在這個(gè)平面運(yùn)動中，只需要一個(gè)刀位點(diǎn)就能夠顯示出刀具在平面上的整個(gè)運(yùn)動軌跡。而伺服控制速度則表示刀具相對于工件而言的合成速度。另一方面，不同于三軸聯(lián)動的加工編程，四軸聯(lián)動的加工編程由于加入了回轉(zhuǎn)軸，不能像三軸聯(lián)動編程一樣顯示整個(gè)刀具的運(yùn)動軌跡，而是還需要添加一個(gè)刀軸矢量來詳細(xì)描述刀具的運(yùn)動軌跡，而此時(shí)，刀軸上的實(shí)際速度都各不相同，將這些運(yùn)動軌跡合成后，會顯示出刀具的實(shí)際進(jìn)給速度和程序中的指定進(jìn)給速度不一致，不是固定的運(yùn)動軌跡，而是隨刀具位置的變化發(fā)生變化。

綜上所述，對進(jìn)給速度的指令修正不僅能夠充分保證工件表面的橫切削速度，同時(shí)還需要保持刀位進(jìn)給速度的平穩(wěn)。但在編程過程中，需要著重注意對每段程序求出所需要的進(jìn)給速度的指令值。

通過上文中的分析可以得出葉片型線的曲率變化規(guī)律，即：刀具在內(nèi)背弧時(shí)，刀具模型面較為平坦，則曲率變化的速度較慢;反之，在進(jìn)出汽邊型面中變化劇烈，則曲率變化速度較快。（圖1）

針對上文中所描述的三軸聯(lián)動與四軸聯(lián)動的進(jìn)給速度的不斷變化問題，通過結(jié)合相應(yīng)的數(shù)控系統(tǒng)指令，推導(dǎo)出了實(shí)際加工進(jìn)給速度f和編程進(jìn)給速度F的關(guān)系，用UG POST 對其進(jìn)行后置處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工進(jìn)給速度的有效控制。

在UG POST 中通常以G94來控制加工進(jìn)給速度的，數(shù)控加工程序段中的F值表示進(jìn)給速度，即F=？駐S/？駐T，四軸加工時(shí)，在刀位文件中相鄰兩個(gè)刀位點(diǎn)距離和后處理后NC代碼在機(jī)床中的實(shí)際移動距離不一致（見圖2），在葉片型線內(nèi)背弧曲率變化緩慢，？駐S=？駐S′，近似于三軸加工，而在進(jìn)出汽邊，曲率變化劇烈，實(shí)際加工中刀尖在機(jī)床中移動？駐S′較大，而刀尖相對于工件的移動距離？駐S很小，實(shí)際切削速度緩慢，刀具在進(jìn)出汽邊型面的停留時(shí)間相對較長，這就需要在對編程控制西永進(jìn)行設(shè)置時(shí)，對NC代碼的設(shè)置添加動態(tài)速度，以此來滿足機(jī)床的恒功率加工。

根據(jù)以上對刀位文件和NC代碼的分析，推導(dǎo)出動態(tài)速度計(jì)算公式如下：

F=|S′/S|f

式中：S： 刀具相對于工件的實(shí)際運(yùn)動距離;

S′：刀具在機(jī)床中實(shí)際運(yùn)動距離;

f：實(shí)際進(jìn)給速度（按照工藝要求選擇確定）。

在優(yōu)化四軸加工程序中，需要計(jì)算出每段程序所需要的固定伺服控制速度的指令值，從而保證實(shí)際切削恒定速度，在上文的共識中，假設(shè)兩個(gè)連續(xù)到位的坐標(biāo)不發(fā)生改變，刀軸隨著坐標(biāo)而移動，這是所計(jì)算出的刀具的伺服控制速度相對于工件的實(shí)際運(yùn)動之間的距離是零。但這個(gè)代入公式所能提供的伺服控制速度可以達(dá)到無窮大，實(shí)際加工中的速度是無法達(dá)到無窮的，這就要求在對相關(guān)程序運(yùn)算時(shí)，首先要清楚該程序的最大極限值，在得到相關(guān)的最大無限值后，才能夠在區(qū)間范圍內(nèi)選擇合適的進(jìn)給速度。

而現(xiàn)有的UG系統(tǒng)則提供了一定的后處理模塊，相較于四軸聯(lián)動中的前置處理模塊而言，UG系統(tǒng)的內(nèi)部數(shù)據(jù)經(jīng)過相關(guān)信息技術(shù)手段的處理后，更能夠清晰的識別NC代碼。另外，UG系統(tǒng)具有較強(qiáng)的用戶化能力，能夠極快的適應(yīng)從簡單到復(fù)雜的各種機(jī)床及其控制系統(tǒng)的后處理。

UG/Post通過加工輸出管理器（MOM）來管理UG/CAM模塊的輸出，從存儲在UG/CAM內(nèi)的數(shù)據(jù)提取數(shù)據(jù)，加載事件處理器和定義文件，對各種事件進(jìn)行處理，最后格式化輸出到指定的文件中。

在UG/Post中，用來定義事件處理器指令的計(jì)算機(jī)語言是TCL（Tool command language），每一個(gè)動作對應(yīng)相應(yīng)的MOM變量。

？駐S′=sqrt（Σ[$mom_mcs_goto（i）- $mom_prev_mcs_goto（i）]2）

？駐S=sqrt（Σ[$mom_pos（i）- $mom_prev_pos（i）]2） ? （i=0，1，2，）

f=$mom_feed_cut_value

變量說明：

$mom_mcs_goto（i）為刀位文件中當(dāng)前點(diǎn)對應(yīng)X，Y，Z;

$mom_prev_mcs_goto（i）為刀位文件中前一點(diǎn)對應(yīng)X，Y，Z;

$mom_pos（i）為NC代碼中刀具當(dāng)前點(diǎn)對應(yīng)X，Y，Z;

$mom_prev_pos（i）為NC代碼中刀具前一點(diǎn)對應(yīng)X，Y，Z;

$mom_feed_cut_value為UG/CAM文件中設(shè)置進(jìn)給值。

事件處理器可以通過編寫TCL語言，采用上面推導(dǎo)出的動態(tài)速度公式，在UG/Post定制命令來設(shè)置F指令值輸出。

綜上所述，優(yōu)化后的NC程序（圖3）在實(shí)際加工過程中要始終保持進(jìn)給速度的恒定。在葉片試切過程中，刀具能夠保持平穩(wěn)運(yùn)行，并且機(jī)床震動較小，尤其是在葉片的進(jìn)出汽邊加工，更能夠有效避免了機(jī)床以前可能會出現(xiàn)的周期性震動現(xiàn)象。

在四軸聯(lián)動加工中，進(jìn)給速度僅僅作為程序中的參考數(shù)值存在，而實(shí)際的切削進(jìn)給速度則需要結(jié)合相關(guān)的數(shù)控系統(tǒng)后處理才能夠得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)值。在本文中，首先提供了四軸聯(lián)動中實(shí)際的加工切削速度和NC編程之間的進(jìn)給速度關(guān)系，因此，在UG/POST中實(shí)現(xiàn)四軸聯(lián)動加工進(jìn)給速度的控制，首先要保證實(shí)際切削進(jìn)給速度平穩(wěn)，以此來避免出現(xiàn)葉片出汽邊以前存在的過切現(xiàn)象，其次提高葉片質(zhì)量，只有充分提高葉片的加重質(zhì)量，才能夠有效提高加工效率，降低對刀具的磨損，從而延長刀具的使用壽命。

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