五轴加工中心的数控编程后置处理设计
专业名称：
班级学号：
学生姓名：
指导教师：
机械设计制造及其自动化
刘佐虎
填表日期 年 月 日
目 录
引言 ....................................................................................................................... 2
摘要......................................................................................................................... 6 英文摘要................................................................................................................ 7 一．研究内容及实验方案.................................................................................... 8
1.1 研究内容......................................................................................................... 8 1.2 实验方案........................................................................................................ 8 二．目标.主要特色及工作进度............................................................................ 8 2.1 目标................................................................................................................ 8 2.2 主要特色....................................................................................................... 8 三..任务来源.......................................................................................................... 9
四.UCP710 post开发的过程................................................................................. 9 4.1 第一种........................................................................................................... 9 4.2 第二种........................................................................................................... 9 4.3 讨论第一种方法......................................................................................... 10 五.结论................................................................................................................. 21
六.参考文献.......................................................................................................... 21............................................................................................................................... 23
引言（概述）
后置处理技术是随着数控技术、CAD/CAM技术的发展而发展起来的。最早的数控程序都是手工编制，不存在后置处理问题。近年来，自动编程CAD/CAM软件取代了手工编程，它具有编程速度快、精度高、稳定性好、更改方便和易于管理等特点，但是自动编程经过刀具轨迹计算产生的刀位数据文件不能被机床识别，需要设法把刀位数据文件转换成数控指令代码，通过通信的方式输入数控机床的数控系统，才能进行零件的数控加工。因此，要把前置处理产生的刀位数据文件、加工工艺参数与特定的机床特性文件、定义文件相结合，生成指定数控加工设备能够识别的数控加工程序，该过程称为后置处理（post-processing）。后置处理程序将CAM系统通过机床的CNC系统与机床数控加工紧密结合起来。随着高档数控加工中心、特殊结构数控机床的不断出现，为其配置和开发合适的后置处理器愈显重要，这对提高数控编程效率、扩大CAD/CAM一体化技术的应用范围具有重要的工程应用价值和实际意义，目前后置处理技术已经成为CAD/CAM技术领域的一个研究热点。
后置处理系统分为通用后置处理系统和专用后置处理系统。通用后置处理系统是今后发展的方向，但在目前无论是国外还是国内真正能够做到完全通用后置处理系统几乎没有，因为通用后置处理是以标准刀位数据、通用的数控指令为前提进行考虑的。虽然国际标准化组织(ISO)、美国国家标准协会(ANSI)和电子工业协会(EIA)对刀位源文件、后置处理语句和数控指令都有相应的标准，但各数控系统生产厂商采用不尽相同的标准，数控系统的指令格式多样，由于竞争需要还会采用一些非标准的内容，有些数控系统的扩展功能己经超出了前置处理刀位数据的规定格式，如样条曲线、渐开线等，而目前的通用后置处理系统还只是考虑直线和圆弧，多数采用离散直线来逼近工件轮廓，零件形状越复杂，数控程序量越大，而且多轴加工时还要考虑非线性运动误差校验、进给速度的校核、特定数控系统数控加工程序的生成等问题，以保障数控加工的安全、可靠
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[4][3]
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随着产品加工精度及复杂程度的提高，使得数控系统和数控机床技术不断发
展变化，造成通用后置处理器越来越难以适应这种现状。实践表明，直接利用通用后置处理器生成的NC代码一般都与用户使用的数控机床和系统的要求不符，导致数控加工过程不能安全、可靠地进行。专用后置处理器与相应的数控机床和系统完全匹配，能充分发挥数控加工能力。
MIKRON UCP600是瑞士产的高速五轴立式加工中心，它配置了STEP－TEC高速电主轴（主轴最高转速为20000转/分），可以在最佳的切削条件下，对从淬硬钢到塑料的材料进行加工。高速切削相对传统加工有以下特点：一是提高生产效率。高速切削加工允许使用较大的进给率，比常规切削加工提高5～10倍，单位时间材料切除率可提高3～6倍；二是降低切削力。由于高速切削采用极浅的切削深度和窄的切削宽度，因此切削力较小，与常规切削相比，切削力至少可降低30％。这对于加工刚性较差的零件来说可减少加工变形，使一些薄壁类精细工件的切削加工成为可能；三是提高加工质量。因为高速旋转时刀具切削的激励频率远离工艺系统的固有频率，不会造成工艺系统的受迫振动，保证了较好的加工状态。由于切削深度、切削宽度和切削力都很小，使得刀具、工件变形小，保证了尺寸的精确性，实现了高精度、低粗糙度加工；四是加工能耗低。由于单位功率的金属切除率高、能耗低、工件的在制时间短，从而提高了能源和设备的利用率；五是简化加工工艺流程。常规切削加工不能加工淬火后的材料，淬火变形必须进行人工修整或通过放电加工解决。高速切削则可以直接加工淬火后的材料，在很多情况下可完全省去放电加工工序，消除了放电加工所带来的表面硬化问题，减少或免除了人工光整加工
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针对MIKRON UCP600五轴加工中心和Heidenhain ITNC530数控系统，
通过UG/ Post Builder需逐一完成机床类型及技术参数定制、旋转轴超限时的处理、数控系统定制、程序和刀轨参数的设置、NC数据的定义和后置处理文件列表等具体内容，最后获得符合MIKRON UCP600五轴加工中心的后置处理器。
五轴加工中心是加工复杂零件的现代化设备，由于五轴加工的复杂性，后置处理器的开发越来越复杂，近年来考虑到机床结构和便于排屑等因素又出现了一
些带倾斜转台或者倾斜摆主轴头的特殊结构的五轴加工中心，这都对后置处理器的开发提出了新的要求，后置处理问题解决不好，轻则不能发挥加工设备的新功能和加工效率上的优势，造成大材小用，重则由于程序问题造成生产事故。因此本课题针对MIKON五轴加工中心开发后置处理程序具有重要的现实意义和工程应用价值。
摘要
本文针对瑞士MIKRON UCP710工作台双摆动式五轴联动加工中心机床的运动原理，以及Heidenhain iTNC430控制系统的特点，阐述运用UG软件中后处理工具——UG POSTBUID 3.4.1，定制适合ucp 710五轴后处理的开发思路，并且通过VERICUT模拟软件进行模拟验证成功。目前成功开发出来的五轴后处理已在本校实训中心MIKRON UCP710五轴机床中得以全面应用，顺利地完成了各种3～5轴的零件加工。
关键词：五轴加工中心 UG Postbuld VERICUT
Abstract
According to the Swiss MIKRON UCP710 table double swing type five axis machining center machine tool motion principle, as well as the Heidenhain iTNC430 control system features, this paper introduces the application of UG software in a post-processing tool -- UG POSTBUID 3.4.1, customized for UCP 710 five axis after treatment in the development of ideas, and through the VERICUT simulation software simulation to verify the success. Now successfully developed five axis after treatment has been in the school training center in MIKRON UCP710 five axis machine tool can be fully applied, successfully completed all 3 ~ 5 shaft parts processing.
Key worde: five axis machining center UG Postbuld VERICUT
一．研究内容及实验方案： 1.1研究内容
（1）通过UG后置处理器设置机床参数、NC加工程序格式和输出文件格式，生成MIKRON五轴加工中心的特性数据文件.
(2)利用UG后置处理器,实现模态辅助功能指令M126、M128的输出和非模态辅助功能指令循环32的输出.
(3)通过用户自定义功能,以TCL语言为开发语言,实现在生成NC程序的同时输出总加工时间、每道工序的加工时间和刀具信息. (4)专用后置处理程序与UG集成.
1.2 实验方案
(1）了解Heidenhain ITNC530数控系统和UG／Post Builder和MIKRON五轴加工中心的机床结构
(2)基于UG／Post Builder开发MIKRON后置处理程序,生成MIKRON五轴加工中心的特性数据文件.
(3)根据实际加工过程和加工结果，修正理论并总结方法。
二．目标、主要特色及工作进度 2.1目标
针对复杂曲面零件，基于现有的CAD/CAM系统和CNC系统，研究其自动编程技术、走刀路径规划、后置处理技术.
2.2主要特色
（1）实现了在通用后置处理基础上快速有效地开发数控机床的专用后置处理器，解决了用高级计算机语言从头编写专用后置处理器的繁琐过程。
（2）运用UG/PostBuilder开发的专用后置处理器进行后置处理，生成的数控加工程序无需手工修改就可以直接输入数控机床进行产品加工，从而解决了通
用后置处理器产生的数控程序需人工进行二次修改的繁琐过程。
（3）充分发挥了UG集成系统软件的CAM功能，从而使加工中心的强大功能得到了充分的发挥。
（4）有效地解决了CAD/CAM一体化技术的瓶颈难题，为CAD/CAM一体化技术的推广应用奠定了基础。
三．任务的来源
2001年冬，本中心购置了一台由瑞士MIKRON品牌的五轴联动加工中心，型号为——UCP710。如图1所示，此机床为工作台双摆动结构，（俗称：Table—Table双摆台）。通过X/Y/Z三个线性轴、定轴A轴的摆动和转动轴C轴的转动实现五轴联动加工。该机床的控制系统是德国的Heidenhai iTNC 430。目前，后置处理文件是计算机辅助制造软件中CAM与机床控制系统之间沟通的桥梁，是实现多轴加工的关键之一。同时本中心现配有CAD/CAM软件——UG，为了让UCP710早日投入到教学与生产加工，我们必须解决后置处理的问题。
现在国内多轴机床后置处理程序的开发已慢慢开始发展，但很多的资源还要通过国外进行技术支持。即使客户选购能够实现多轴加工编程的软件，但还要额外支付昂贵的后置开发费用才能实现软件与机床的“通讯”。开发通用的编写后置处理工具软件，可以有效地保证NC程序正确性，提高编程人员的后置处理技术以及效率，还可以把零件加工信息（如图号、工序号、刀具规格、程序加工时间等参数）嵌入NC程序中，提高加工的安全性，增加程序的可读性，减少操作人员的人为加工误差。
四．UCP710 post开发的过程
目前，常用的后置处理方法主要有以下两种：
4.1第一种，利用CAD/CAM软件的通用后置处理模块，定义数控机床的运
动方式，通过选取CAD/CAM软件提供的机床标准控制系统，定义某一类型或某台数控机床的后置处理。如PowerMILL的PM—post模块，UG的UG POSTBULD模块；
4.2第二种，利用VC++计算机语言，按数控机床的运动方式和控制系统的
编程规范，归纳出计算空间点坐标的数学公式，通过编制专用的后置处理程序并生成可执行文件，定义数控机床的后置处理。
4.3对第一种方法进行讨论
首先在做后置前要熟悉机床参数。 1）Mikron UCP710的机床技术参数：
X axis 710mm
Y axis 500mm Y axis with tool chenger in switch off position 650mm
Z axis 500mm A轴： 行程:-30～120
C轴转角： -360～+360 连续 工作台面： 600×600 主轴转速(r／min)： 100～42000rpm 功率： 35KW
快速进给： 30000(mm/min)
图1 UCP710
如上图所示在机床结构方面，应注意我们假定工件不动、刀具运动，在此前提下来看A轴和C轴的摆动，此时符合笛卡尔坐标系(直角坐标系)下的右手定则；而工作台A轴和C轴的实际转动方向是与右手定则相反的。
下来我们启动UG POSTBUID后置处理模块，
第一步：新建后置文件，文件名为：ucp710。确定机床的类型、公/英制、
机床的操作系统(如下图所示)
第二步：设定极限、轴向定义。
点击
设置如下的数，他们是机床的极限与刀轴的矢
进入 ，在这个对话框里设置第四轴（即A轴）参数。最关键的参数是定义A轴行程极限。
参行程量。 轴的
然后点击
指定机床轴与平面的关系，在AC或BC摆角的五轴加工中，由于A角有一定的限程，当A坐标连续插补过大时就会造成A向反向旋转。在加工中A反向旋转，很容易铣伤零件。为了解决这一问题，常用的方法就是采用法向抬刀。如下图选择Retract / Re-Engage
第三步：设定程序开始部分、刀轨移动部分、程序结束部分。 1) 进入 在start of program程序块里添加程序名、毛坯大小、取消最小角度转动功能与取消TCPM功能。如下图
2)进入
在operation Start Sequence程序块里添加刀具、启动M126、TCPM （M128）、公差等，如下图
注意：
M126是最小角度转动功能M126，它是取消第四轴C轴的液压锁紧，确保联动。 TCPM(Tool Center Point Management刀具中心点管理)指令是多轴后置处理软件简化的基础。传统意义上的后置处理软件（即不具备TCPM功能），必须输入刀轴的回转中心距(刀轴摆动式)或转台两轴线(转台摆动式)的位置关系，后置处理程序才能完成坐标转换；随着控制系统技术的发展，越来越多的控制系统厂家在其高端产品中都加入了上述坐标转换的功能，如Heidenhain的M128指令就是上述功能。打开M128，工件的坐标原点可以任意设置，由控制系统计算工件坐标和各转轴轴线的关系，加工准备更为简单方便，还可以在程序中保证刀尖的进给速度恒定。对于后置处理软件来说，可以略去上述的坐标转换的计算，后置处理软件的开发难度降低，生成的加工程序在同类型设备中具有相对更大的通用性。要注意的是程序在结束抬刀前与换刀前应用M129即取消TCPM功能。
3）进入 设定刀轨移动关系 A、
编辑X并设定Expression为 $mom_alt_pos(0) 编辑Y并设定Expression为 $mom_alt_pos(1) 编辑Z并设定Expression为 $mom_alt_pos(2) B、 设定如下
* 注意1：
编辑X并设定Expression为 $mom_alt_pos_arc_center(0) 编辑Y并设定Expression为 $mom_alt_pos_arc_center(1) 编辑Z并设定Expression为 $mom_alt_pos_arc_center(2) 注意2：
编辑X并设定Expression为 $mom_alt_pos(0) 编辑Y并设定Expression为 $mom_alt_pos(1) 编辑Z并设定Expression为 $mom_alt_pos(2) C、
添加如下语程序 注意
rap1 Expression为 $mom_alt_pos(0) rap2 Expression为 $mom_alt_pos(1) rap3 Expression为 $mom_alt_pos(2) A Expression为 $mom_out_angle_pos(0) C Expression为 $mom_out_angle_pos(1)
4）：设定程序结束前的机床动作，其中包括按顺序排列取消TCPM，关闭切削油，停止主轴转动，Z轴抬到安全的位置以便A C轴回原点。
进
5）：设定程序结束
最后保存退出，在保存目录下会生成这三个文件分别是：ucp710.def ucp710.tcl ucp710.pui
6）：运用UG编写刀具轨迹。
如下图，我们采用多轴加工模块，选择变轴加工方式，然后选择curve/point的驱动方式，并选择Normal to Part 刀轴控制，其他的参数按常用的公共参数设置。
程序编好后选择已经编写好的后置处理（UCP710）如下图所示：
按OK后生成NC代码如下：
============================================================
Information listing created by : YWM
Date : 2007-4-25 11:14:00
Current work part : E:\\TEXT POST\ext_post-1.prt Node name : ywmacer
============================================================
0 BEGIN PGM text_post-1 MM
1 ; ARQUIVO : E:\\TEXT POST\ext_post-1.prt 2 ; FEITO POR: YWM 4 ; MIKRON: ITNC430 5 ;
--------------------------------------------------------------
6 ; POSPROCESSADOR: E:\\WORK\\POST\\UG\\5A\\MIKRON_ORG.TCL 7 ; REVISAO : - DATA: 3/11/06 8 ;
-------------------------------------------------------------- 9 M126 10 ;
11 ; ==== OPERACAO: VARIABLE_CONTOUR_COPY - FERR.: T0 R3 12 ;
==============================================================
13 CYCL DEF 7.0 DATUM SHIFT 14 CYCL DEF 7.1 #1
15 ;==== TROCA DE FERRAMENTA ==== 16 L M129
17 TOOL CALL 1 Z S10000 DL0.0 DR0.0 18 L M3
19 L Z-60. F MAX M91 22 L Z300. 23 L M128 F200.
20 L A90. C317.624 F MAX
24 L X-16.513 Y-18.099 F200. M8
25 L X-16.493 Y-18.077 Z101.211 A87.167 F3000.
26 L X-16.437 Y-18.016 Z102.34 A84.519 27 L X-16.354 Y-17.925 Z103.392 A82.041 28 L X-16.248 Y-17.809 Z104.372 A79.722 29 L X-16.124 Y-17.674 Z105.282 A77.55 30 L X-15.988 Y-17.524 Z106.128 A75.516 31 L X-15.842 Y-17.364 Z106.913 A73.61 32 L X-15.689 Y-17.196 Z107.642 A71.824 33 L X-15.532 Y-17.024 Z108.319 A70.15 34 L X-15.201 Y-16.662 Z109.568 A67.012 35 L X-14.875 Y-16.304 Z110.637 A64.267 36 L X-14.561 Y-15.96 Z111.553 A61.864 37 L X-14.266 Y-15.636 Z112.338 A59.761 38 L X-13.991 Y-15.336 Z113.012 A57.92 39 L X-13.476 Y-14.77 Z114.16 A54.694 40 L X-13.06 Y-14.315 Z114.992 A52.272 41 L X-12.733 Y-13.956 Z115.6 A50.452 42 L X-12.217 Y-13.391 Z116.483 A47.719 43 L X-11.672 Y-12.793 Z117.331 A44.978 44 L X-11.081 Y-12.146 Z118.165 A42.148 45 L X-10.543 Y-11.556 Z118.856 A39.681 46 L X-10.058 Y-11.025 Z119.43 A37.526 47 L X-9.623 Y-10.547 Z119.91 A35.643 48 L X-9.233 Y-10.12 Z120.312 A33.997 49 L X-8.534 Y-9.354 Z120.974 A31.119 50 L X-7.996 Y-8.764 Z121.436 A28.961 51 L X-7.167 Y-7.855 Z122.072 A25.723 52 L X-6.314 Y-6.92 Z122.638 A22.479 53 L X-5.557 Y-6.091 Z123.071 A19.666 54 L X-4.884 Y-5.353 Z123.404 A17.204 55 L X-4.288 Y-4.7 Z123.66 A15.05 56 L X-3.761 Y-4.123 Z123.856 A13.166 57 L X-3.297 Y-3.614 Z124.007 A11.518 58 L X-2.479 Y-2.717 Z124.222 A8.635 59 L X-1.862 Y-2.041 Z124.344 A6.473
60 L X-.932 Y-1.021 Z124.461 A3.235 61 L X-.466 Y-.511 Z124.49 A1.617 62 L X0.0 Y0.0 Z124.5 A0.0
63 L X.808 Y.886 Z124.471 A2.806 C137.624 64 L X1.516 Y1.661 Z124.397 A5.266 65 L X2.133 Y2.338 Z124.295 A7.421 66 L X2.67 Y2.927 Z124.177 A9.307 67 L X3.139 Y3.44 Z124.053 A10.958 68 L X3.952 Y4.331 Z123.788 A13.846 69 L X4.555 Y4.992 Z123.55 A16.011 70 L X5.002 Y5.483 Z123.349 A17.633 71 L X5.665 Y6.209 Z123.013 A20.064 72 L X6.316 Y6.923 Z122.637 A22.49 73 L X7.055 Y7.733 Z122.151 A25.293 74 L X7.689 Y8.427 Z121.682 A27.75 75 L X8.232 Y9.023 Z121.238 A29.903 76 L X8.699 Y9.534 Z120.825 A31.789 77 L X9.099 Y9.974 Z120.445 A33.439 78 L X9.782 Y10.722 Z119.738 A36.328 79 L X10.278 Y11.266 Z119.175 A38.494 80 L X10.64 Y11.662 Z118.736 A40.117 81 L X11.167 Y12.239 Z118.049 A42.55 82 L X11.672 Y12.794 Z117.33 A44.98 83 L X12.23 Y13.405 Z116.462 A47.785 84 L X12.694 Y13.914 Z115.669 A50.242 85 L X13.082 Y14.339 Z114.951 A52.394 86 L X13.406 Y14.694 Z114.305 A54.277 87 L X13.678 Y14.992 Z113.726 A55.926 88 L X14.126 Y15.484 Z112.687 A58.813 89 L X14.439 Y15.827 Z111.886 A60.979 90 L X14.661 Y16.069 Z111.274 A62.604 91 L X14.971 Y16.409 Z110.338 A65.041 92 L X15.253 Y16.719 Z109.384 A67.48 93 L X15.546 Y17.039 Z108.261 A70.294
94 L X15.77 Y17.285 Z107.264 A72.753 95 L X15.943 Y17.474 Z106.382 A74.902 96 L X16.075 Y17.62 Z105.602 A76.782 97 L X16.177 Y17.731 Z104.915 A78.428 98 L X16.323 Y17.891 Z103.702 A81.31 99 L X16.406 Y17.982 Z102.784 A83.475 100 L X16.452 Y18.033 Z102.092 A85.102 101 L X16.498 Y18.083 Z101.049 A87.547 102 L X16.513 Y18.099 Z100. A90. 103 L
104 ; ------- ZERAR ANGULOS --------- 105 L M129
106 L Z-60. F MAX M91 107 L A0.0 C0.0 F MAX
108 ; ---- Tempo Total de Usinagem: 0.2 min. 109 M30
110 END PGM text_post-1 MM
最后，能过Vericut反读后处理的代码进行模拟切削运动，从而验证开发出的后置文件是否安全？是否合理？能否真正投入生产当中。
Vericut是美国CGTech公司开发的一款集数控加工仿真、干涉校验、工时工况分析、代码优化等多种功能于一体的软件。该系统可以以虚拟现实的方式建立数控机床、刀具、夹具和毛坯模型，在刀位数据或NC代码的驱动下模仿金属切削加工中走刀轨迹和材料被切除的过程，使用户以直观的方式对工艺规划的合理性进行评估，对是否存在干涉进行校验，并优化走刀轨迹和NC代码。
VERICUT软件已广泛应用于航空、模具制造等行业，其最大特点是可针对各种不同CNC系统通过反读数控代码进行模拟仿真工作，既能仿真刀位文件，又能仿真CAD/CAM后置处理的NC程序，从而实现实际生产当中安全，高效的目的。
Vericut分以下几步去完成
一、建立机床模型：装配时要注意部件之间的运动联接之间的关系。 二、选择控制系统文件（本例机床的操作系统是Heidenhain TNC430）。 三、建立刀具库。
四、导入加工毛坯。 五、设定加工坐标系
六、添加加工程序（即NC程序）
最后模拟结果如图，证明我们开发的后置是正确的。
五．结论
在UCP710 POST的最终测试过程中，五轴联动加工测试的内容是一个叶轮，程序运行正常。但由于实际情况多种多样，无法完全预见。我们仍强调应遵循G代码“先仿真后实际加工”的原则。通过UCP710 POST的开发和应用，我们解决了车间数控加工中的急需，为五轴加工中心UCP710在生产中充分发挥作用打下了基础。同时，我们积累的多轴后置处理软件的开发经验．将为后续其它的通用后置处理软件的后置设计起到借鉴作用。
六．参考文献
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