佛新崗

(西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710089)

隨著航空航天、國(guó)防工業(yè)、造船、汽車、模具制造等行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品加工質(zhì)量、加工效率的要求越來越高，特別是對(duì)空間復(fù)雜曲面類零件的加工要求更加苛刻[1]。針對(duì)企業(yè)利潤(rùn)競(jìng)爭(zhēng)近乎于透明的現(xiàn)狀，越來越多的企業(yè)大量采購(gòu)多軸數(shù)控加工設(shè)備充實(shí)生產(chǎn)，以提高產(chǎn)品的附加值，追求更大的利潤(rùn)空間。多軸設(shè)備中特別是五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心應(yīng)用更加廣泛，主要包括3類結(jié)構(gòu)，分別是雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)加工中心、雙擺頭五軸聯(lián)動(dòng)加工中心、一擺頭一轉(zhuǎn)臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)加工中心，其中以雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)結(jié)構(gòu)較為常見。本文以某航空制造企業(yè)購(gòu)置的德瑪吉DMU65 monoBLOCK雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)加工中心為研究對(duì)象，針對(duì)該設(shè)備配置的HeidenhainiTNC530數(shù)控系統(tǒng)，借助UG/Post Builder后處理構(gòu)造器開發(fā)其專用后置處理器[2]，并利用全球領(lǐng)先的數(shù)控加工仿真軟件VERICUT驗(yàn)證后處理的正確性和可行性，進(jìn)而為快速高效地使用多軸設(shè)備提供安全保障。

1 后置處理開發(fā)

1.1 后置處理開發(fā)方法與流程

用于多軸加工的常用軟件有UG、MasterCAM、Esprit、Powermill、Hypermill、Cimatron等等，無論哪一款CAM軟件，對(duì)應(yīng)的后處理開發(fā)方法主要有以下幾種[3]：①直接將CAM軟件生成的刀位軌跡轉(zhuǎn)換成加工代碼，特點(diǎn)是靈活、方便，但工作量大；②利用類似于UG/Post Builder后處理構(gòu)造器的軟件編制后處理，特點(diǎn)是要同時(shí)熟練掌握CAM軟件和對(duì)應(yīng)的后處理模塊功能，難度較高；③購(gòu)買軟件廠家開發(fā)的配套后處理，特點(diǎn)是價(jià)格昂貴；④使用人機(jī)交互式的專業(yè)軟件自行開發(fā)，特點(diǎn)是專業(yè)性太強(qiáng)。這四種開發(fā)方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，這里選擇第二種方案，以UG軟件為例，其開發(fā)流程如圖1所示。

圖1 后處理開發(fā)流程

1.2 DMG_DMU65機(jī)床后處理開發(fā)

德瑪吉DMU65 monoBLOCK是一款典型的雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)加工中心，配置數(shù)控系統(tǒng)為海德漢iTNC530。

主要加工產(chǎn)品有輪胎模具、發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋模具、托盤托架、鋼制刀塔、不銹鋼高爾夫推桿、水下攝像機(jī)鋁制外殼、鉻鎳鐵合金材質(zhì)的整體葉盤、鈦合金結(jié)構(gòu)件、培爾頓式葉輪、鋁制葉輪、鑄鋼轉(zhuǎn)向節(jié)、鋁制液壓件、鈦合金膝關(guān)節(jié)、鈦合金髖關(guān)節(jié)假體、銑刀刀盤、非標(biāo)刀具等，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，實(shí)體機(jī)床如圖3所示。其主要參數(shù)有：X/Y/Z軸行程為735/650/560 mm、A軸旋轉(zhuǎn)范圍為±120°、刀庫(kù)容量為30把、主軸最高轉(zhuǎn)速為24 000 r/min、X/Y/Z軸進(jìn)給速度為40 000 mm/min等[4]。

圖2 機(jī)床結(jié)構(gòu)

圖3 DMU65機(jī)床

按照?qǐng)D1的設(shè)計(jì)流程開發(fā)專用后置處理流程如下：

(1)搜集機(jī)床數(shù)據(jù)。主要包括機(jī)床型號(hào)、控制系統(tǒng)、編程零點(diǎn)、機(jī)床行程等。

(2)定制后處理。設(shè)置后處理名稱為5AXIS、單位為mm、機(jī)床類型為5軸帶雙轉(zhuǎn)臺(tái)，如圖4所示。

圖4 選擇機(jī)床

(3)設(shè)置第四軸(A軸)、第五軸(C軸)旋轉(zhuǎn)平面如圖5所示。

圖5 旋轉(zhuǎn)平面

圖6 M128指令

圖7 程序起始序列

(5)在程序和刀軌標(biāo)簽中選擇程序，設(shè)置工序起始序列。主要內(nèi)容有：①添加刀具調(diào)用指令；②添加M126指令、M128指令；③添加主軸開指令、冷卻液開指令；④添加CYCLE 32[7](公差設(shè)置(CYCL DEF 32.0 TOLERANCE、CYCL DEF 32.1 T0.020、CYCL DEF 32.2 TA0.5)，如圖8所示)指令。設(shè)置結(jié)果如圖9所示。

圖8 CYLCE 32指令

圖9 工序起始序列

(6)在程序和刀軌標(biāo)簽中選擇程序，設(shè)置工序結(jié)束序列。主要內(nèi)容有：①添加主軸關(guān)、冷卻液關(guān)指令；②添加Z軸退刀指令；③添加AC軸回零指令。設(shè)置截圖如圖10所示。

圖10 工序結(jié)束序列

(7)在程序和刀軌標(biāo)簽中選擇程序，設(shè)置程序結(jié)束序列。主要內(nèi)容有：①添加M127指令、M129指令；②添加程序結(jié)束M30指令；③添加加工時(shí)間(global mom_machine_time MOM_output_literal "(TIME :[ format "%.2f" $mom_machine_time])")。設(shè)置結(jié)果如圖11所示。

圖11 程序結(jié)束序列

(8)保存退出。在保存目錄下會(huì)生成 3 個(gè)文件，分別是： 5AXIS. def 、5AXIS. tcl、5AXIS. pui，其中.def為定義 NC 輸出格式，.pui為下次再次編輯文件，.tcl 為處理事件生成器發(fā)送過來的事件，并提供處理方式。

(9)集成后處理。在后處理的安裝目下打開后處理配置文件template_post，添加以上生成的后處理文件，如圖12所示。

圖12 后處理設(shè)置

2 產(chǎn)品加工

2.1 刀軌設(shè)計(jì)

以UG NX12.0軟件為平臺(tái)，采用mill_contour和mill_multi-axis[8-9]模塊功能完成大力神杯加工的刀軌設(shè)計(jì)，生成的刀軌如圖13～圖16所示。

圖13 粗加工

圖14 半精加工

圖15 精加工

圖16 刻字

圖17 機(jī)床框架

2.2 仿真加工

使用VERICUT軟件對(duì)零件進(jìn)行NC仿真加工，首先是要構(gòu)建用于模擬仿真的虛擬機(jī)床。首先根據(jù)機(jī)床的實(shí)際運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)等要求在VERICUT軟件中搭建機(jī)床框架，思維導(dǎo)圖如圖17所示。將在UG軟件中建好的機(jī)床主體、刀庫(kù)、操作面板、清理機(jī)構(gòu)、機(jī)械手、主軸、夾具、X、Y、Z、A、C軸等零部件模型按照如圖17所示的架構(gòu)依次導(dǎo)入到VERICUT對(duì)應(yīng)的組件模型中，同時(shí)添加機(jī)床配套的數(shù)控系統(tǒng)。

機(jī)床各部件設(shè)置完成后，然后對(duì)該虛擬機(jī)床進(jìn)行初始化設(shè)置，在菜單“機(jī)床/控制系統(tǒng)→機(jī)床設(shè)定”對(duì)話框中通常根據(jù)機(jī)床的工作參數(shù)，對(duì)各軸的行程極限、初始位置、優(yōu)先軸、碰撞檢查等選項(xiàng)進(jìn)行設(shè)置。完成以上設(shè)置后，在VERICUT軟件中建立了如圖18所示的DMU65 monoBLOCK虛擬機(jī)床[10]。

圖18 虛擬機(jī)床

利用前期開發(fā)的后處理文件生成大力神杯加工G代碼程序。利用全球領(lǐng)先的數(shù)控加工程序驗(yàn)證、機(jī)床模擬、工藝程序優(yōu)化，專業(yè)的數(shù)控加工仿真軟件VERTICUT完成大力神杯的仿真加工，結(jié)果如圖19所示，仿真過程沒有出現(xiàn)干涉、碰撞等問題。

圖19 仿真加工

2.3 實(shí)體加工

利用UG軟件完成大力神杯的刀路規(guī)劃以及采用前期開發(fā)的專用后處理器生成NC程序仿真無誤后。為了驗(yàn)證該方法的高精度和高效性，在德瑪吉DMU65機(jī)床對(duì)大力神杯進(jìn)行了實(shí)體加工驗(yàn)證，結(jié)果如圖20所示，經(jīng)檢驗(yàn)各項(xiàng)加工指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求。

圖20 實(shí)體零件

3 結(jié) 語(yǔ)

利用UG和VERICUT軟件開發(fā)了德瑪吉DMU65機(jī)床配套海德漢iTNC530數(shù)控系統(tǒng)的專用后置處理，并經(jīng)過加工驗(yàn)證，得出以下結(jié)論：

(1)UG軟件的CAD/CAM功能非常強(qiáng)大，參數(shù)化建模簡(jiǎn)單易用，后處理開發(fā)模塊非常人性化。

(2)VERICUT軟件仿真真實(shí)度高，對(duì)于實(shí)體加工提供了極高的安全保障。

(3)開發(fā)的后置處理經(jīng)過加工驗(yàn)證，滿足企業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量要求，極大程度提高了設(shè)備的使用效率，降低了生產(chǎn)成本。