我們一般性的將精工編程整個(gè)過程分為前置處理和后置處理兩個(gè)部分,將刀具路徑 規(guī)劃以及刀軌計(jì)算過程稱之為前置處理;而將前置處理計(jì)算所得到的刀位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成具 體機(jī)床的程序代碼來驅(qū)動(dòng)具體精工機(jī)床進(jìn)行精工加工,該過程稱為后置處理。
加工中心,簡(jiǎn)稱CNC,是由機(jī)械硬件設(shè)備與精工系統(tǒng)組成的用于加工復(fù)雜形狀工件 幾何體的高效率自動(dòng)化機(jī)床。加工中心必須備有刀庫(kù),具備換刀功能,對(duì)工件進(jìn)行一次 裝夾后可進(jìn)行多個(gè)工序加工的機(jī)床。加工中心是高度機(jī)電一體化的設(shè)備,工件在裝夾之 后,精工系統(tǒng)能控制機(jī)床按不同工序自動(dòng)選擇、更換刀具、自動(dòng)對(duì)刀、進(jìn)給量、自動(dòng)改 變主軸轉(zhuǎn)速等,可連續(xù)完成鏜、銑、鉆、鉸等多種工序,因而可以大大減少工件的裝夾 時(shí)間、機(jī)床調(diào)整和測(cè)量等輔助工序時(shí)間,對(duì)加工形狀比較復(fù)雜,精度要求較高,品種更 換頻繁的零件具有良好的經(jīng)濟(jì)效果[16]。
隨著機(jī)械工業(yè)的發(fā)展,機(jī)械零部件的復(fù)雜程度也不斷加大,像一些模具類或一些復(fù) 雜曲面造型的零件用三軸加工中心實(shí)現(xiàn)起來就會(huì)更困難。而對(duì)于特別復(fù)雜,或是形位公 差等要求比較苛刻的復(fù)雜零件加工,甚至要求一次裝夾來完成加工的的話,四軸加工中 心也不能完全滿足要求,這樣就需要使用五軸精工加工中心。五軸加工中心有高精度、 高效率的特點(diǎn),工件的一次裝夾就可以完成五個(gè)自由度的加工。若配以五軸聯(lián)動(dòng)的高檔 精工系統(tǒng),還可以對(duì)復(fù)雜的空間曲面進(jìn)行高精度加工,更能夠適應(yīng)像飛機(jī)結(jié)構(gòu)件、汽車 零部件等模具的加工[21]。五軸精工機(jī)床的使用,更容易實(shí)現(xiàn)工件的裝夾,無需特殊的夾 具酒可把工件按照要求安裝在合適的位置,避免多次重復(fù)裝夾,同時(shí)也提高了工件加工 的精度[22]。此外,由于五軸精工機(jī)床在加工中對(duì)刀具無特殊要求,所以刀具成本也進(jìn)一 步降低。這樣采用五軸精工機(jī)床加工工件可以很快的完成模具加工,交貨快,更好的保 證模具的加工質(zhì)量,使模具加工變得更加容易,并且使模具修改變得容易。盡管五軸數(shù) 控機(jī)床的結(jié)構(gòu)千差萬別,而其最常見、最基本的形式卻可以按照結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的不同大致分 為三大類。
本章主要介紹了 UG的后置處理模塊以及機(jī)床控制系統(tǒng)的參數(shù),并且根據(jù)加工中心 的相關(guān)參數(shù)制定了特定機(jī)床專用的后置處理器。為了驗(yàn)證后置處理器的可用性,本文采 用對(duì)具有復(fù)雜空間曲面的葉輪進(jìn)行CAM編程加工,設(shè)定一系列工序并生成刀位位置源 文件,通過剛制定的專用后置處理器對(duì)刀位位置源文件進(jìn)行后置處理,生成能夠直接運(yùn) 用到精工機(jī)床進(jìn)行機(jī)械加工的精工G代碼文件。
VERICUT軟件與一般CAM軟件的區(qū)別:VERICUT是仿真加工軟件,不能生成數(shù) 控程序,但是可以模擬G代碼程序,包括子程序、宏程序、循環(huán)、跳轉(zhuǎn)、變量等;一般 CAM軟件只是模擬刀軌或中間文件[46]。此外VERICUT軟件能仿真機(jī)床加工,進(jìn)行碰 撞檢查,仿真后能對(duì)切削模型進(jìn)行尺寸分析,還能對(duì)切削速度進(jìn)行優(yōu)化,并輸出仿真模 型文件,以及生成工藝文件報(bào)表,這些都是一般CAM軟件無法完成的任務(wù)。
本章介紹了機(jī)床仿真技術(shù)常用到的相關(guān)軟件VERICUT的基本功能,調(diào)研V255 加工中心的結(jié)構(gòu)及其相關(guān)參數(shù)。并且根據(jù)加工中心的相關(guān)參數(shù)用VERICUT構(gòu)建了機(jī)床 的虛擬仿真加工環(huán)境,通過對(duì)葉輪的仿真加工驗(yàn)證后置處理器生成的精工G代碼的可用 性,進(jìn)而驗(yàn)證后置處理器的可靠性。
在UG中加工模塊的主要功能是創(chuàng)建工件幾何體加工的刀具路徑[23]。但是在加工模 塊中生成的刀具軌跡路徑如果不經(jīng)后置處理就無法直接應(yīng)用到精工機(jī)床上進(jìn)行工件加工 [24]。這是因?yàn)椴煌臋C(jī)床廠家生產(chǎn)的各種機(jī)床運(yùn)行條件是不完全相同的,有些機(jī)床的旋 轉(zhuǎn)軸是水平放置,而另一些機(jī)床的旋轉(zhuǎn)軸為豎直放置,還有的一些機(jī)床在進(jìn)行加工時(shí)卻 可以實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動(dòng)等。并且各種機(jī)床所使用到的控制系統(tǒng)也不盡相同,對(duì)于同一功能, 在不同的精工系統(tǒng)中其精工代碼也不完全相同。這些與特定的機(jī)床相關(guān)的信息,卻并不 包含在刀具位置源文件中。因此刀具位置源文件在進(jìn)行加工之前必須進(jìn)行相關(guān)的后置處 理,以適應(yīng)不同機(jī)床和控制系統(tǒng)的特殊要求。這種根據(jù)各種機(jī)床的參數(shù)格式化前置處理 生成的刀具位置源文件,并生成可以直接應(yīng)用于機(jī)床加工的NC代碼的過程稱之為后置 處理[25]。
在各種CAM軟件中的前置處理中都可以生成用于零件加工的刀軌,刀軌文件中主 要包含切削點(diǎn)刀心數(shù)據(jù)的GOTO語(yǔ)句,還有可以控制機(jī)床的其他各種指令信息。但是因 為每臺(tái)機(jī)床的控制系統(tǒng)對(duì)程序格式和指令的要求都有所不同,比如對(duì)同一行中的不同G 代碼的輸出順序可能有所不同,這樣,在前置處理過程中生成的刀軌文件就不能直接用 于機(jī)床的驅(qū)動(dòng),所以,刀軌文件必須經(jīng)過處理計(jì)算,才能符合某一機(jī)床的控制系統(tǒng)的要 求。這個(gè)處理計(jì)算過程就是“后處理”[3(5]。后處理的過程要具備兩個(gè)基本的要素:第一是 要有刀軌文件,一般由CAM軟件生成,本文是應(yīng)用UG的CAM功能生成UG的內(nèi)部刀 軌[31]。第二是后處理器,它是一個(gè)包含機(jī)床以及控制系統(tǒng)相關(guān)信息的處理程序,它的主 要作用是讀取刀軌文件中的刀軌數(shù)據(jù),再轉(zhuǎn)化為能直接用于驅(qū)動(dòng)機(jī)床的精工代碼。
刀柄的建立就要棍據(jù)機(jī)床所使用的不同規(guī)格的套筒,按照具體的尺寸,在VERICUT 刀具庫(kù)中進(jìn)行定義。一般先在常規(guī)的三維軟件中構(gòu)建結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的刀柄的模型,再通 過STL.等格式文件導(dǎo)入VERICUT中方式,在VERICUT軟件中定義。另外角度頭也可 以在刀具庫(kù)中定義,這時(shí)要勾選跟主軸旋轉(zhuǎn)選項(xiàng),用來控制角度頭模型是否和主軸一起 旋轉(zhuǎn)。
V255屬于雙轉(zhuǎn)臺(tái)類型的立式加工中心,其具有五個(gè)可以自由移動(dòng) 的軸分別為沿X、Y、Z三個(gè)方向直線運(yùn)動(dòng)的直線軸X軸Y軸Z軸以及沿X、Z軸線旋 轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸A軸和C軸,其工作臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖2.5所示。
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