試談數(shù)控編程技術(shù)(編輯修改稿)
2025-08-10 01:57 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 pline擬合模型，后置處理器就面臨支持相應(yīng)的多種曲面擬合模型的題目。因此，要使所生成的數(shù)控程序不經(jīng)手工修改，直接應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床加工，則必須針對每一臺數(shù)控機(jī)床定制專用的后置處理器。特別是對于多軸數(shù)控加工機(jī)床，各大CAD/CAM軟件廠家提供的多軸后置處理器還有很大的局限性，通用性不好，有的軟件僅提供了三軸后置處理器。而針對五軸數(shù)控機(jī)床，目前只有一些經(jīng)過改良的后置處理器，五軸數(shù)控機(jī)床的后置處理器還有待進(jìn)一步開發(fā)。因此能夠處理不同類型格式的刀具路徑文件，并做優(yōu)化處理，以適應(yīng)不同類型的機(jī)床、不同類型的系統(tǒng)、不同類型的零件的加工需求，生成的NC程序不需人工做二次修改，而直接應(yīng)用于機(jī)床是后置處理器技術(shù)的發(fā)展方向。圖17 CAD/CAM發(fā)展情況后置處理技術(shù)從圖17我們可以看出，傳統(tǒng)的機(jī)械制造方式正在向計算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)方向發(fā)展，計算機(jī)輔助設(shè)計與制造(CAD/CAM)集成系統(tǒng)又是實(shí)現(xiàn)CIMS的核心技術(shù)。實(shí)現(xiàn)CAD/CAM系統(tǒng)的無縫集成，必須將CAD/CAM自動編程系統(tǒng)生成的APT格式的刀位代碼轉(zhuǎn)換成指定數(shù)控機(jī)床能執(zhí)行的程序。在數(shù)控編程中，將刀具軌跡計算過程稱為前置處理。為使前置處理通用化，按照相對運(yùn)動原理，將刀位軌跡計算統(tǒng)一在工件坐標(biāo)系中進(jìn)行，而不考慮具體機(jī)床結(jié)構(gòu)及指令格式，從而簡化系統(tǒng)軟件。因此，要獲得數(shù)控機(jī)床加工程序，還需要將前置計算所得的刀位數(shù)據(jù)換成具體機(jī)床的程序代碼，該過程稱為后置處理，即根據(jù)具體機(jī)床運(yùn)動結(jié)構(gòu)和控制指令格式將前置計算的刀位數(shù)據(jù)變換成機(jī)床各軸的運(yùn)動數(shù)據(jù)，并按其控制指令格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，成為數(shù)控機(jī)床的加工程序。后置處理的目的是形成數(shù)控加工指令文件。由于各種機(jī)床使用的控制系統(tǒng)不同，所以，所用的數(shù)控指令文件的代碼和格式也有所不同。因此CAD/CAM數(shù)控編程系統(tǒng)通常設(shè)置一個后置處理文件選項(xiàng)，生成與某類數(shù)控系統(tǒng)相對應(yīng)的加工文件，按文件所使用的格式定義數(shù)控文件所使用的代碼、程序格式、圓整化方式等內(nèi)容，輸出所需要的加工文件，也可對文件進(jìn)行必要的編輯修改。圖15為CAD/CAM系統(tǒng)中一般的產(chǎn)品設(shè)計與制造流程，可見后置處理器是銜接CAD/CAM集成系統(tǒng)與數(shù)控加工設(shè)備的紐帶。面向通用化 后置處理系統(tǒng)分為專用后置處理系統(tǒng)和通用后置處理系統(tǒng)。前者一般是針對專用數(shù)控編程系統(tǒng)和特定數(shù)控機(jī)床而開發(fā)的專用后置處理程序，流程圖如下圖所示。通用后置處理系統(tǒng)一般指后置處理程序功能的通用化，要求能針對不同類型的數(shù)控系統(tǒng)對刀位原文件進(jìn)行后置處理，輸出數(shù)控程序。2) 面向高速加工 高速數(shù)控加工是一種以高主軸轉(zhuǎn)速、快速進(jìn)給、較小的切削深度和間距為加工特征的高效率、高精度數(shù)控加工方式，它不僅對機(jī)床結(jié)構(gòu)和數(shù)控系統(tǒng)提出了新的要求，對于加工工藝的規(guī)劃、工藝參數(shù)的設(shè)置和加工約束的設(shè)置也提出了新的要求。 普通數(shù)控加工中CAM系統(tǒng)主要采用小的直線和圓弧作為刀具移動路徑，生成的數(shù)控程序量大，運(yùn)算時間長。高速數(shù)控加工中采用NURBS 插補(bǔ)刀軌，通過控制點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)矢量和權(quán)三個變量來表達(dá)自由曲線，對復(fù)雜曲面加工的程序量可減少1/ 2以上，加工時間縮短1/ 3以上，加工精度更高。3) 非線性誤差、進(jìn)給速度校核CAD/CAM系統(tǒng)中大多采用對走刀軌跡進(jìn)行弧弦逼近，刀具運(yùn)動的包絡(luò)面與加工表面之間存在逼近誤差，根據(jù)誤差的大小決定走刀步長和加工帶寬度。對于多軸聯(lián)動，特別是包含旋轉(zhuǎn)軸聯(lián)動的曲面加工的理論刀具軌跡是由刀具與零件表面的嚙合關(guān)系所確定的非線性連續(xù)曲線，由此得到的機(jī)床各運(yùn)動軸的理想聯(lián)動規(guī)律是復(fù)雜的非線性關(guān)系。但由于目前的CNC 在多軸聯(lián)動控制時一般只具有線性插補(bǔ)功能，該非線性連續(xù)軌跡只能以一系列小直線段進(jìn)行離散逼近后，再由CNC 控制機(jī)床各運(yùn)動軸作線性插補(bǔ)來實(shí)現(xiàn)被加工曲面的近似包絡(luò)成型，由此將導(dǎo)致為非線性誤差。由于該誤差的大小與機(jī)床運(yùn)動結(jié)構(gòu)有關(guān)，在通用化的前置處理中難以處理。因此，一般還需在后置處理中根據(jù)刀位文件中的離散刀位信息對非線性誤差進(jìn)行校驗(yàn)與修正。 4) STEPNC模型 1997年歐共體提出了STEPNC概念，將產(chǎn)品數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)STEP擴(kuò)展至CNC領(lǐng)域，重新定義了CAD/CAM 與CNC之間的接口，它要求CNC系統(tǒng)直接使用符合STEP標(biāo)準(zhǔn)的CAD三維產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型(包括幾何數(shù)據(jù)、設(shè)計和制造特征)，加上工藝的信息和刀具信息，直接產(chǎn)生加工程序來控制機(jī)床。STEPNC使產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)庫用作數(shù)控機(jī)床的直接輸入文檔，不存在單獨(dú)的刀具路徑文件，廢棄了G代碼和M代碼，從而不再需要后置處理系統(tǒng)。 STEPNC是目前世界工業(yè)化國家研究的熱點(diǎn)，其中具代表性的研究項(xiàng)目有歐洲的STEPNC項(xiàng)目、美國的Super modal項(xiàng)目、日本的Digital Master項(xiàng)目等。但STEPNC的推廣需更新或廢棄現(xiàn)有數(shù)控系統(tǒng)和CAM系統(tǒng)，這不是短期內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)的事。20世紀(jì)50年代由麻省理工學(xué)院設(shè)計APT數(shù)控語言后，后置處理就成為自動編程的重要組成部分。在APT中后置處理采用批處理方式，在編輯狀態(tài)下利用匯編語言，將前置處理語句與數(shù)控輸出程序字或程序段一一對應(yīng)。對于不同的數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控指令文件的代碼和格式也有所不同，也就是說需要編寫不同的后置處理程序。由于數(shù)控系統(tǒng)種類繁多，機(jī)床配置不盡相同，代碼差異大，因此必須為每種數(shù)控機(jī)床配置專用后置處理
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