【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 數(shù)控程序，就需要在其基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的專(zhuān)用后置處理程序 （張運(yùn)泰， 2021） 。好的 CAM軟件，對(duì)于常見(jiàn)數(shù)控機(jī)床，都提供通用的后置處理模塊，但對(duì)于某些數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的特點(diǎn)，則提供了開(kāi)放式的后置處理自定義功能。如 Pro/E野火 、 ，具有采取問(wèn)答和編程相結(jié)合的方式，幫助用戶(hù)定義特殊的后置處理功能， 并能通過(guò) Vericut仿真系統(tǒng)進(jìn)行干擾檢查， 使用戶(hù)具有完成通用和專(zhuān)用后置處理的能力。在通用化后置處理的基礎(chǔ)上，進(jìn) 行專(zhuān) 用化開(kāi)發(fā)已成為后置處理技術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì) （ ， ， ， 2021） 。 華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 4 蛋糕裱花的數(shù)控操作關(guān)鍵是利用上述開(kāi)發(fā)出的后置處理器完成從 CL數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換成 PLC能夠識(shí)別的自動(dòng)執(zhí)行程序。并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行不斷的優(yōu)化操作，通過(guò)逆向思維，完善裱花操作過(guò)程中的各種動(dòng)作。 課題的技術(shù)路線(xiàn)及主要研究?jī)?nèi)容 技術(shù)路線(xiàn) 在通過(guò)大量的資料查閱及解讀之后， 分析 了通用后置處理系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)過(guò)程 ，了解了 后置處理開(kāi)發(fā) 過(guò)程中的難點(diǎn)及一些常用參數(shù)的設(shè)置問(wèn)題，從而確定了本課題的技術(shù)路線(xiàn)。 (1)熟練運(yùn)用 Pro/E提供的 NC模塊 進(jìn)行各種銑削 /車(chē)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)。 (2)詳細(xì) 了解總項(xiàng)目所開(kāi)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。 (3)進(jìn)入 Pro/E NC后置處理模塊，按照上述要求進(jìn)行 Post設(shè)置，創(chuàng)建符合要求的后置處理器。 (4)輸出 Pro/E數(shù)控加工過(guò)程中的 CL數(shù)據(jù)文件，再通過(guò)后置處理器將其轉(zhuǎn)換成數(shù)控程序。在此過(guò)程中還需進(jìn)行數(shù)控程序代碼 特點(diǎn)及開(kāi)發(fā)平臺(tái)功能特性 的分析。 (5)將轉(zhuǎn)換好的 .tap文件載入到 數(shù)控系統(tǒng) 中進(jìn)行初步試驗(yàn)，以便進(jìn)行后續(xù)的優(yōu) 化與改進(jìn)。 主要研究?jī)?nèi)容 (1)后置處理技術(shù)研究。闡述了本論文研究的背景、意義及數(shù)控技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，并研究了坐標(biāo)變換的數(shù)學(xué)理論及后置處理開(kāi)發(fā)過(guò)程，為后置處理算法提供理論基礎(chǔ)； (2)分析二軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控裱花機(jī)的工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的 PLC 運(yùn)行控制指令集 。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(xiàn)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）。還包括一些輔助代碼如啟動(dòng)和停止指令。 (3)對(duì)后置處理的平臺(tái) (Pro/NC)及數(shù)控系統(tǒng)代碼 進(jìn)行 分析 ， 編寫(xiě)相應(yīng)的 Pro/E后置處理程序 。同時(shí) 分析數(shù)控系統(tǒng)的編程指令的意義及結(jié)構(gòu)、 Pro/NC的刀位點(diǎn)文件特點(diǎn)及后置處理平臺(tái)的功能 。 對(duì) SIEMENS和 FANUC兩大主流系統(tǒng) 的編程指令的特點(diǎn)進(jìn)行剖析； (4)根據(jù) Pro/E繪制的花形圖案輸出相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)控制程序。數(shù)控操作參數(shù)設(shè)置好之后，控制程序便可以通過(guò)后置處理器將 CL文件轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)。 2 后置處理技術(shù) 基于蛋糕裱花的數(shù)控加工，本章主要針對(duì) Pro/E后置處理技術(shù)進(jìn)行討論研究，分析了通用后置處理系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)途徑。通過(guò)對(duì)后置處理過(guò)程的分析，深入的 了解后置處理器在創(chuàng)建過(guò)程中的難點(diǎn)與重點(diǎn)，即坐標(biāo)變換理論。理解后置處理功能的基本理念，是有效對(duì)加工信息處理的重要前提和可靠保證。 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(guò)程稱(chēng)為后置處理(Postproccssing)。后置處理的任務(wù)是根據(jù)具體機(jī)床運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)和控制指令格式，將前置處理中計(jì)算的刀位點(diǎn)數(shù)據(jù)變換成機(jī)床各軸的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，并按其控制指令格式轉(zhuǎn)換成為數(shù)控機(jī)床的加工程序。一般包括以下幾個(gè)方面：機(jī)床運(yùn)動(dòng)變換、程序格式設(shè)置、編程方式設(shè)置、非線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)誤差校驗(yàn)、進(jìn)給速度校驗(yàn)等 （曾愛(ài)華， 1996） 。 數(shù)控程序就是一連串的數(shù)控指令，而完成一個(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，數(shù)控機(jī)床的所有運(yùn)動(dòng)和操作都是執(zhí)行特定的數(shù)控指令的結(jié)果。自動(dòng)編程的刀具軌跡計(jì)算產(chǎn)生的是刀位點(diǎn)文件 (CL文件 )，而不是數(shù)控程序。那么要完成從刀位點(diǎn)文件到數(shù)控程序的轉(zhuǎn)換，就必須通過(guò)與數(shù)控機(jī)床相應(yīng)的后置處理程序。后置處理系統(tǒng)分為通用后置處理系統(tǒng)和專(zhuān)用后置處理系統(tǒng)。專(zhuān)用后置處理系統(tǒng)只是針對(duì)一些特殊數(shù)控編程系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床而開(kāi)發(fā)的專(zhuān)用后置處理程序，其刀位點(diǎn)文件也比較簡(jiǎn)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(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)也比較容易 （詹友剛， 2021） 。 后置處理過(guò)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。利用自動(dòng)編程方法將經(jīng)過(guò)刀位計(jì)算產(chǎn)生的是刀位文件設(shè)法轉(zhuǎn)換成數(shù)控機(jī)床能執(zhí)行的數(shù)控程序，并輸入機(jī)床才能進(jìn)行零件的數(shù)控加工 （龔榮文， 2021） 。 后置處理程序的輸入數(shù)據(jù)是輸出刀具位置的數(shù)據(jù)、機(jī)床描述信息以及控制機(jī)床各功能的輔助信息等。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織對(duì)刀位數(shù)據(jù)有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn) （ Y. H. Jung, D. W. Lee, J. S. Kim， 2021） 。后置處理程序的主要任務(wù)包括對(duì)刀具位置數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換及插補(bǔ)處理，以及對(duì)后置處理語(yǔ)句的處理。其過(guò)程如圖 。 圖 后置處理流程 The process of Post processing 開(kāi)始 讀刀位文件 文件結(jié)束 結(jié)束 機(jī)床軸運(yùn)動(dòng)求解 非線(xiàn)性誤差校核與修正 進(jìn)給速度校核與修正 格式轉(zhuǎn)化 數(shù)控加工程序 機(jī)床特性 數(shù)控系 統(tǒng)特性 Y N 華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 6 運(yùn)動(dòng)處理部分是后置處理的主要任務(wù)，它根據(jù)由刀位數(shù)據(jù)文件中讀入的刀具位置數(shù)據(jù)以及幾何輪廓數(shù)據(jù)進(jìn)行如下處理，主要工作包括： (1)坐標(biāo)的變換：在多坐標(biāo)加工的程序處理過(guò)程中 ，就不可避免地要進(jìn)行轉(zhuǎn)角的計(jì)算和坐標(biāo)的變換工作。 (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(duì)象選擇采用合適的插補(bǔ)方法，如直線(xiàn)插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)等。 (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） 。 后置處理的數(shù)學(xué)理論 數(shù)控機(jī)床一般用 3個(gè)相互垂直的軸所形成的直角坐標(biāo)系 (滿(mǎn)足右手定則 )來(lái)定義刀具的運(yùn)動(dòng)軸向。其軸向運(yùn)動(dòng)一般有兩種基本類(lèi)型即線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。數(shù)控機(jī)床根據(jù)其結(jié)構(gòu)不同，坐標(biāo)系 設(shè)定也不同。 坐標(biāo)變換就是根據(jù)機(jī)床坐標(biāo)系特點(diǎn)，對(duì)刀位點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)平移、旋轉(zhuǎn)等變換，具體表示為： ? ? ? ????????????????????????????????? 1 d d d 0 c c c0 b b b0 a a a1 zy ZY 321321321321333322221111xXdzcybxaZdzcybxaYdzcybxaX () 坐標(biāo)平移 平移變換是指立體在 空間 沿 X、 Y、 Z 軸三個(gè)方向移動(dòng)一個(gè)位置，而立體本身的大小和形狀并不改變，齊次交換矩陣為： ?????????????1 0 1 0 00 0 0 00 0 0 1321 dddT () 空間一點(diǎn) (x， y， z)在 X、 Y、 Z軸三個(gè)方向的平移量分別為 dl、 d d3，其平移變化結(jié)果為： ? ? ? ? ? ?? ?321321 1 0 1 0 00 0 0 00 0 0 11 1 dzdydx dddzyxTzyxZYX???????????????????? () 比例變換 所謂三維比例變換就是將空間立體圖形各個(gè)頂點(diǎn)按規(guī)定的比例放大或者縮小，齊次變換矩陣為： 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) 7 ????????????? 1 0 0 00 0 00 0 00 0 0 321 cbaT () 如果 X、 Y、 Z軸縮放的比例相同，即為????????????? 1 0 0 00 0 00 0 00 0 0 sssT （其中 s=a1=b2=c3）?？臻g一點(diǎn) (x， y， z)在 X、 Y、 Z軸三個(gè)方向的放大或者縮小比例 s，其變化 結(jié)果為： ? ? ? ? ? ?? ?zsysxs ssszyxTzyxZYX 1 0 0 00 0 00 0 00 0 0 1 1 ????????????????? () 坐標(biāo)旋轉(zhuǎn) 三維旋轉(zhuǎn)變換指空間立體繞某一軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，一般繞坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn) α 角。 α角的正負(fù)按右手法則確定：右手大拇指指向旋轉(zhuǎn)軸的正向，其余 4個(gè)手指的指向即為α 角的 正向。 (1)XY平面繞 Z軸 旋轉(zhuǎn) α 角 空間立體繞 Z軸旋轉(zhuǎn)角 α 后，各頂點(diǎn)的 Z坐標(biāo)不變，只是 X和 Y坐標(biāo)發(fā)生變化，如圖 ： 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