【正文】 圖 XY平面的旋轉(zhuǎn) Rotation of XY plane 其齊次變換矩陣為： () 旋轉(zhuǎn)后Y 軸 旋轉(zhuǎn)后X 軸 Y 軸 X 軸 α ????????????? 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 c o ss in00s inc o s αα α α T華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 8 (2)ZX平面繞 Y軸旋轉(zhuǎn) α 角 空間立體繞 Y軸旋轉(zhuǎn)角 α 后，各頂點(diǎn)的 Y坐標(biāo)不變，只是 Z和 X坐標(biāo)發(fā)生變化，如圖 ： 圖 ZX 平面的旋轉(zhuǎn) Rotation of ZX plane 其齊次變換矩陣為： () (3)YZ平面繞 X軸旋轉(zhuǎn) α 角 空間立體繞 X軸旋轉(zhuǎn)角 α 后，各頂點(diǎn)的 X坐標(biāo)不變，只是 Y和 Z坐標(biāo)發(fā)生變化，如圖 ： 圖 YZ 平面的旋轉(zhuǎn) Rotation of YZ plane 其齊次變換矩陣為： () 旋轉(zhuǎn)后Z 軸 Z 軸 旋轉(zhuǎn)后X 軸 X 軸 α 旋轉(zhuǎn)后Z 軸 ????????????? 1 0 0 0 0 1 c o s s i n 0 0 1 0 00s i nc o s αα α α TZ軸 Y 軸 旋轉(zhuǎn)后Y 軸 ????????????? 1 0 0 0 0 c o s s in 0 0 s inc o s 0 0 0 0 1 αα αα Tα 二軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控裱花機(jī)自動(dòng)編程系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 3 后置處理器實(shí)現(xiàn)平臺(tái)及數(shù)控系統(tǒng)分析 本章主要介紹了 Pro/E的各功能特點(diǎn)及后置處理開發(fā)平臺(tái)的功能，并在此平臺(tái)上對加工中心程序代碼進(jìn)行分析，為后置處理程序的開發(fā)提供了基礎(chǔ)平臺(tái)。 (2)插補(bǔ)處理：根據(jù)機(jī)床所具有的插補(bǔ)功能和加工對象選擇采用合適的插補(bǔ)方法，如直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)等。專用后置處理系統(tǒng)只是針對一些特殊數(shù)控編程系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床而開發(fā)的專用后置處理程序，其刀位點(diǎn)文件也比較簡單，不符合 IGES標(biāo)準(zhǔn)，其數(shù)控機(jī)床編程的指令也只用少許 ，程序結(jié)構(gòu)也比較簡單，實(shí)現(xiàn)也比較容易 （詹友剛， 2021） 。理解后置處理功能的基本理念，是有效對加工信息處理的重要前提和可靠保證。數(shù)控加工的走刀方式主要定義一下幾個(gè)指令：點(diǎn)定位（ G00）；直線插補(bǔ)（ G01）；順時(shí)插補(bǔ)（ G02）；逆時(shí)插補(bǔ)（ G03）；換刀動(dòng)作（換奶油桶）（ M06）；奶桶號(hào)（ T 代碼）。 (1)熟練運(yùn)用 Pro/E提供的 NC模塊 進(jìn)行各種銑削 /車削操作及參數(shù)設(shè)置，如體積快、刻模、打孔、曲面等切削方式，并能夠進(jìn)行數(shù)控模擬仿真，以排除干擾項(xiàng)。 對于相同的加工，不同的數(shù)控機(jī)床或加工中心 ，代碼格式也各不相同，這就要求 CAM軟件能夠提供不同機(jī)床的后置處理。但 CAXAME有很大的局限性，只適用于一般銑削加工，在解決 Sodick類型機(jī)床的數(shù)控代碼時(shí)，如果零件中涉及到孔的加工，它將不能生成相關(guān)后置代碼。德國 DMG公司展出 DMUVoution系列加工中心，可在 CNC系統(tǒng)控制或 CAD/CAM直接或間接控制下，一次裝夾實(shí)現(xiàn)五面加工和五軸聯(lián)動(dòng)加工。m，精密級(jí)加工中心則從 3～ 5181。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔 次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。 但是，多數(shù)后置處理系統(tǒng)對多軸或是一些特殊的指令沒有配置后置程序，直接影響到 CAD/CAM系統(tǒng)應(yīng)用，因而，后置處理程序成為了 CAD/CAM系統(tǒng)發(fā)展 的 必然趨勢和要求 （詹友剛， 2021） 。數(shù)控技術(shù)的研究起源于飛機(jī)制造業(yè)，美國密西根 Traverse City Parsons公司的 John Parsons開始嘗試?yán)幂S曲率數(shù)據(jù)來控制機(jī)器的動(dòng)作，用于切削加工復(fù)雜的飛機(jī)機(jī)身零件 (直升機(jī)的螺旋槳回轉(zhuǎn)翼 )。 本文主 要介紹了后置處理技術(shù)的數(shù)學(xué) 基本理論，分析了 后置處理開發(fā)過程及途徑、 Pro/E各功 能特性及其后置處理開發(fā)平臺(tái)功能， 比較了 當(dāng)今兩大主流系統(tǒng)德國SIEMENS和 日本 FANUC兩大數(shù)控系統(tǒng)編程指令的異同，并對 NC數(shù)控程序與刀位點(diǎn)文件中各對應(yīng)參數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行 了分析， 接著 開發(fā) 符合要求的后置處理器，用以生成能夠被數(shù)控機(jī)床識(shí)別的加工程序。 最后， 建立 數(shù)控加工模塊模型，利用 Pro/E自帶的數(shù)控加工仿真系統(tǒng) Vericut進(jìn)行模擬仿真，輸出數(shù)控程序。后來，他還利用數(shù)學(xué)運(yùn)算法為空軍成功地示范刀具路徑切削。 數(shù)控技術(shù)研究與發(fā)展?fàn)顩r 數(shù)控加工技術(shù)涉及數(shù)控機(jī)床和數(shù)控編程技術(shù)兩方面，數(shù)控編程是目前CAD/CAM系統(tǒng)中最能明顯發(fā)揮效益的環(huán)節(jié)之一。為此日本先端技術(shù)研究會(huì)將其列為 5大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，國際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì) (CIRP)也將其確定為 21世紀(jì)的中心研究方向之一。m，提高到 l～ ，并且超精密加工精度已開始進(jìn)入納米級(jí) ()。 (3)智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢 2l世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過程的自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動(dòng)生成；為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動(dòng)識(shí)別負(fù)載自動(dòng)選定模型 、自整定等； 為 簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動(dòng)編程、智能化的人機(jī)界面等；還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。對于三維曲面多坐標(biāo)數(shù)控加工及其編程技術(shù)，劉雄偉等探索了其后置處理的算法，韓向利等對五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床的后置處理算法原理和后置處理配置文件參數(shù)進(jìn)行了探索和設(shè)計(jì) 。而通用后置處理系統(tǒng)一般是指后置處理程序功能的通用化，要針對不同的 數(shù)控系統(tǒng)對刀位文件進(jìn)行后置處理，輸出數(shù)控程序，就需要在其基礎(chǔ)上開發(fā)出相應(yīng)的專用后置處理程序 （張運(yùn)泰， 2021） 。 (2)詳細(xì) 了解總項(xiàng)目所開發(fā)的數(shù)控系統(tǒng) ，掌握其刀位點(diǎn)數(shù)據(jù)參數(shù)及一些常用的數(shù)控代碼指令的意義。還包括一些輔助代碼如啟動(dòng)和停止指令。 后置處理系統(tǒng)原理 二軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控裱花機(jī)自動(dòng)編程系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 把刀位文件轉(zhuǎn)換成指定數(shù)控機(jī)床能執(zhí)行的數(shù)控程序的過程稱為后置處理(Postproccssing)。 后置處理過程分析 數(shù)控機(jī)床的各種運(yùn)動(dòng)都是執(zhí)行特定數(shù)控指令的結(jié)果，完成一個(gè)零件的數(shù)控加工一般需要連續(xù)執(zhí)行一連串的數(shù)控指令，即數(shù)控程序。 (3)極限及間隙校驗(yàn)：要保證機(jī)床的工作行程極限不超出，并保證刀具不會(huì)切入機(jī)床的任何部分，另外要保證刀具的加工軌跡在公差范圍之內(nèi) （ 關(guān)耀奇 ,譚加才 ,黃菊生 ， 2021） 。 Pro/E 軟件 概述 Pro/E 是 美國 PTC公司旗下的產(chǎn)品 Pro/Engineer 軟件 的簡稱 ， 是一款集CAD/CAM/CAE功能一體化的綜 合性三維軟件，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，并作為當(dāng)今世界 機(jī)械 CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣，是現(xiàn)今最成功的 CAD/CAM軟件 之一。 表 Pro/E主要功能模塊 Table The main modules of Pro/E 模塊名稱 執(zhí)行功能 Pro/NC MILL 通過定位執(zhí)行 軸銑削 通過定位執(zhí) 執(zhí)行 3 軸銑削和 孔 加工 Pro/TURN 執(zhí)行 2 軸車削 和中心線鉆孔 執(zhí)行 4 軸車削 和中心線鉆孔 Pro/NC WEDM 執(zhí)行 2 軸或 4 軸的“線 EDM” NC 序列 Pro/NC ADVANCED 執(zhí)行 2． 5 軸到 5 軸“銑削”和“孔加工” 執(zhí)行 2 軸或 4 軸的“車削”及“孔加工” 在銑削 /車削中心執(zhí)行“銑削”、“車削”和“孔加工 ” NC 序列 執(zhí)行 2 軸或 4 軸的“線 EDM” NC 序列 Pro/E各功能模塊所包括的功能不盡相同， Pro/NC ADVANCED功能是其中最強(qiáng)大的，其能完成多軸聯(lián)動(dòng)的車、銑、鉆等加工，如：銑刀側(cè)銑、 五軸曲面銑削等。 下面是 蛋糕局部裱花（打孔銑削）在 數(shù)控加工操作之后生成的一個(gè) CL文件格式，并將其中的一些命令參數(shù)進(jìn)行 必要 的解釋，如表 。 圖 Pro/NC 機(jī)床類型的定義 The definition of Pro/NC machine tool type (2)文件格式定義 文件格式的定義主要包括 MCD文件的定義、 List文件格式及程序段標(biāo)號(hào)的定義 。這里是對輸出的格式定義，如圓弧插補(bǔ)定義，其定義了圓弧插補(bǔ)的模式、輸出基本的格式等，如圖 。 數(shù)控系統(tǒng)文件頭尾格式 NC程序的頭尾格式由數(shù)控系統(tǒng)來決定，它的格式正確與否，決定 NC程序是否能夠準(zhǔn)確傳輸給機(jī)床。 SIEMENS系統(tǒng)采用 MCALL來調(diào)用、停止 CYCLE類型循環(huán)，而 FANUC系統(tǒng)都采用 G類型循環(huán) ，兩者格式相差較大 （ 鄧奕，謝駭，蔣德軍 ， 2021） ，如下表 。 結(jié)合蛋糕的整體外形，將蛋糕裱花的數(shù)控加工過程 主要分為三個(gè) 過程 ： (1)體積 塊 操作，即蛋糕整體的制作。下面就其具體操作過程進(jìn)行 詳細(xì)的 介紹。 圖 操作參數(shù)設(shè)置 The setting of operating parameters 如圖 所示，在機(jī)床設(shè)置對話框中對體積塊銑削加工相關(guān)相關(guān)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。 圖 確定銑削體積塊 Determining the size of the block milling (4)體積塊銑削加工過程仿真 完成刀具路徑規(guī)劃后，可生成刀具路徑和 CL 數(shù)據(jù)。加工孔的設(shè)定可以直接點(diǎn)選要 模擬仿真 二軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控裱花機(jī)自動(dòng)編程系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23 加工的孔，也可以通過直徑值來確定相應(yīng)大小的孔，如圖 所示。數(shù)控加工的【屏幕演示】過程與【 NC 檢測】完全一樣。 在 【 NC 序列】菜單中選擇【演 示軌跡】命令，在【演示路徑】中選擇【屏幕演示】，可觀測刀具的行走路線。 對于體積塊銑削的 NC 序列設(shè)置，選擇【加工】 /【 NC 序列】 /【新序列 】，在彈出的【輔助加工】菜單中選擇【體積塊】 /【 3 軸】，點(diǎn)擊【完成】， 可生成如圖 所示的 【序列設(shè)置】菜單 ，主要 勾選【刀具】、【參數(shù)】、【體積】三個(gè)選項(xiàng)，點(diǎn)擊【完成】， 在彈出的【刀具設(shè)定】對話框中進(jìn)行刀具定義。再次 點(diǎn)擊拉伸按鈕， 在 Top 平面上繪制跨度為 290mm(8 寸 )的蛋糕花型，點(diǎn)擊切除按鈕 ，將這部分實(shí)體切掉， 切除深度為 100mm， 具體創(chuàng)建過程如圖 所示。需要強(qiáng)調(diào)的是體積塊銑削中是將模型中被銑削的材料移除，而在蛋糕裱花中是將奶油堆積起來，它們的過程雖有所不同，但走刀（擠奶）路徑及最終雖達(dá)到的目的都是完全一樣的。 圖 SIEMENS 810D 和 FANUC 16iM 系統(tǒng)參數(shù)意義的比較 Comparison of system parameters between SIEMENS 810D and FANUC 16iM SIEMENS 810D 系統(tǒng)參數(shù)意義如下： (1)RTP：后退點(diǎn)的坐標(biāo)值（絕對）； (2)RFP： 工件表面坐標(biāo)值（絕對）； (3)SDIS：相對于工件表面的安全量； (4)DP：采用坐標(biāo)最終深度（絕對）； (5)DPR：距離工件表面的深度（相對）； FANUC 16iM 系統(tǒng)參數(shù)意義如下： (1)R： Z 軸的起點(diǎn)； (2)Z：鉆孔深度； (3)F：鉆孔進(jìn)給率； 4 基于 Pro/E NC 的蛋糕裱花后置處理 概述 裱花機(jī)自動(dòng)編程程序的輸出分為三個(gè)部分。而在 FANUC系統(tǒng) 中， 其格式為地址碼O加數(shù)字組成，如 O2345， O表示地址碼開頭； 2345為數(shù)字，表示程序名 （劉雄偉，2021） 。 二軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控裱花機(jī)自動(dòng)編程系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 圖 Pro/NC 機(jī)床代碼格式定義 Pro/NC machine code format definition 數(shù)控系統(tǒng)代碼特點(diǎn)分析 數(shù)控控制 （ Numberical Control，