【正文】 .... 29 總結(jié) ................................................................................................................... 30 討論 ................................................................................................................... 30 參考文獻 ........................................................................................................................... 31 致謝 ................................................................................................................................... 33 附錄 ................................................................................................................................... 34 二軸聯(lián)動數(shù)控裱花機自動編程系統(tǒng)設(shè)計 III 二軸聯(lián)動數(shù)控裱花機自動編程系統(tǒng)設(shè)計 摘 要 : Pro/E 自帶的后置處理功能，能夠獨立完成和實現(xiàn)數(shù)控程序的自動編程。所謂的 后置處理 ， 是將加工刀具路徑文件 （ CL文件） 轉(zhuǎn)換成數(shù)控機床能夠 操作和 執(zhí)行的數(shù)控程序的過程，其結(jié)果直接影響到加工產(chǎn)品的質(zhì)量及生產(chǎn)效率 。 本文主 要介紹了后置處理技術(shù)的數(shù)學 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)平臺功能， 比較了 當今兩大主流系統(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)控程序與刀位點文件中各對應參數(shù)之間的關(guān)系進行 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)控機床識別的加工程序。 同時， 這 也為不同 結(jié)構(gòu)和型號的 加工中心的后置 處理 提供了理論 支持 和經(jīng)驗借鑒。 Post processing。 Cutter location file。數(shù)控技術(shù)的研究起源于飛機制造業(yè)，美國密西根 Traverse City Parsons公司的 John Parsons開始嘗試利用軸曲率數(shù)據(jù)來控制機器的動作，用于切削加工復雜的飛機機身零件 (直升機的螺旋槳回轉(zhuǎn)翼 )。 1952年由美國空軍與麻省理工學院 (MIT)等合作研制 而成的世界上第一臺三坐標數(shù)控銑床 (CincinnatiHydrotel立式數(shù)控銑床 )，從而揭開了數(shù)控加工技術(shù)的序幕。 近年來，隨著我國航天航空事業(yè)的飛躍發(fā)展，更多的新型研制產(chǎn)品層出不窮，從而使得傳統(tǒng)的機械設(shè)計與制造方式發(fā)生著根本性的變化，特別是現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的應用，采用計算機輔助數(shù)控編程，大大地縮短了產(chǎn)品的制造周期，加速了產(chǎn)品的更新?lián)Q代，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和競爭力，因而創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟 效益，為企業(yè)提供了廣闊的發(fā)展空間。 后置處理是把加工刀具路徑文件轉(zhuǎn)換成某數(shù)控機床能直接執(zhí)行的數(shù)控程序的過程。 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） 。對于復雜零件，特別是具有空間曲線、曲面的零件，如葉片、葉輪、復雜模具等，或者程序量很大的零件，數(shù)控編程通常采用自動編程系統(tǒng)，尤其在實現(xiàn)設(shè)計加工自動化、提高加工精度和加工質(zhì)量、縮短產(chǎn)品研制周期等方面發(fā)揮著重要作用。 數(shù)控系統(tǒng)也隨著計算機軟硬件的發(fā)展而被更為廣泛地應用。 國外的研究動態(tài)及發(fā)展趨勢 數(shù)控技術(shù)的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化華中農(nóng)業(yè)大學 2021 屆本科畢業(yè)論文 2 的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應用領(lǐng)域的擴大，它對關(guān)系國計民生的一些重要行業(yè) (IT、汽車、輕工、醫(yī)療等 )的發(fā)展也起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。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。 從發(fā)展趨勢的情況來看，高速加工中心進給速度可達 80m/min，甚至更高，空運行速度可達 100m/min左右。美國 CINCINNATI公司的 HyperMach機床進給速度最大達 60m/min，快速為 100m/min，加速度達 2g，主軸轉(zhuǎn)速已達 60000r/min。在加工精度方面，近十年來，普通級數(shù)控機床的加工精度已由 10181。m，精密級加工中心則從 3～ 5181。 (2)軸聯(lián)動加工和復合加工機床快速發(fā)展 采用 5軸聯(lián)動對三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。但過去因五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)、主機結(jié)構(gòu)復雜等原因，其價格要比三軸聯(lián)動數(shù)控機床高出數(shù)倍，加之編程技術(shù)難度較大，制約了五軸聯(lián)動機床的發(fā)展。因此促進了復合主軸頭類型五軸聯(lián)動機床和復合加工機床 (含五面加工機床 )的發(fā)展。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，一次裝夾實現(xiàn)五面加工和五軸聯(lián)動加工。 總之，新一代數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)水平的大大提高，促進了數(shù)控機床性能向高精度、高速度、智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化方向的發(fā)展，使得柔性自動化加工技術(shù)的水平不斷提高 （ 申麗國，張昆，黃征 ， 1996） 。針對自行開發(fā)的 CAD/CAM系統(tǒng)，張利波等提出了一種基于配置文件的開放式數(shù)控編程通用后置處理模型，定義了配置文件的語法規(guī)則，給出了配置文件的 BNF語言描述及相應的解釋算法，并在 HUSTCADM系統(tǒng)中給予實現(xiàn) 。 盡管該后置處理系統(tǒng)具有很好的可靠性和較強的通用性，但超人 CAD/CAM系統(tǒng)和 HUSTCADM系統(tǒng)一樣都沒能走向商品化。但 CAXAME有很大的局限性，只適用于一般銑削加工，在解決 Sodick類型機床的數(shù)控代碼時，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。 近幾年來，我國數(shù)控技術(shù)產(chǎn)業(yè)在技術(shù)上己有多個方面的跨越。 在高精尖裝備研發(fā)方面，要強調(diào)產(chǎn)、學、研以及最終用戶的緊密結(jié)合，以“做得出、用得上、賣得掉”為目標，按國家意志實施攻關(guān)，以解決國家之急需。 課題研究的意義 在數(shù)控自動編程中，刀位軌跡計算過程為前置處理，前置處理產(chǎn)生刀位文件 即CL文件 (Cutter Lotion File)。 對于相同的加工，不同的數(shù)控機床或加工中心 ，代碼格式也各不相同，這就要求 CAM軟件能夠提供不同機床的后置處理。好的 CAM軟件，對于常見數(shù)控機床，都提供通用的后置處理模塊，但對于某些數(shù)控機床系統(tǒng)的特點，則提供了開放式的后置處理自定義功能。在通用化后置處理的基礎(chǔ)上，進 行專 用化開發(fā)已成為后置處理技術(shù)發(fā)展的主要趨勢 （ ， ， ， 2021） 。并在此基礎(chǔ)上進行不斷的優(yōu)化操作，通過逆向思維，完善裱花操作過程中的各種動作。 (1)熟練運用 Pro/E提供的 NC模塊 進行各種銑削 /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，并能夠進行數(shù)控模擬仿真，以排除干擾項。 (3)進入 Pro/E NC后置處理模塊，按照上述要求進行 Post設(shè)置，創(chuàng)建符合要求的后置處理器。在此過程中還需進行數(shù)控程序代碼 特點及開發(fā)平臺功能特性 的分析。 主要研究內(nèi)容 (1)后置處理技術(shù)研究。數(shù)控加工的走刀方式主要定義一下幾個指令：點定位（ G00）；直線插補（ G01）；順時插補（ G02）；逆時插補（ G03）；換刀動作（換奶油桶）（ M06）；奶桶號（ T 代碼）。 (3)對后置處理的平臺 (Pro/NC)及數(shù)控系統(tǒng)代碼 進行 分析 ， 編寫相應的 Pro/E后置處理程序 。 對 SIEMENS和 FANUC兩大主流系統(tǒng) 的編程指令的特點進行剖析； (4)根據(jù) Pro/E繪制的花形圖案輸出相應的驅(qū)動控制程序。 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 Pro/E后置處理技術(shù)進行討論研究，分析了通用后置處理系統(tǒng)及其實現(xiàn)途徑。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。后置處理的任務(wù)是根據(jù)具體機床運動結(jié)構(gòu)和控制指令格式，將前置處理中計算的刀位點數(shù)據(jù)變換成機床各軸的運動數(shù)據(jù)，并按其控制指令格式轉(zhuǎn)換成為數(shù)控機床的加工程序。 數(shù)控程序就是一連串的數(shù)控指令，而完成一個零件的數(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)控機床的所有運動和操作都是執(zhí)行特定的數(shù)控指令的結(jié)果。那么要完成從刀位點文件到數(shù)控程序的轉(zhuǎn)換，就必須通過與數(shù)控機床相應的后置處理程序。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)控機床而開發(fā)的專用后置處理程序，其刀位點文件也比較簡單，不符合 IGES標準，其數(shù)控機床編程的指令也只用少許 ，程序結(jié)構(gòu)也比較簡單，實現(xiàn)也比較容易 （詹友剛， 2021） 。利用自動編程方法將經(jīng)過刀位計算產(chǎn)生的是刀位文件設(shè)法轉(zhuǎn)換成數(shù)控機床能執(zhí)行的數(shù)控程序，并輸入機床才能進行零件的數(shù)控加工 （龔榮文， 2021） 。國際標準組織對刀位數(shù)據(jù)有相應的標準 （ Y. H. Jung, D. W. Lee, J. S. Kim， 2021） 。其過程如圖 。 (2)插補處理：根據(jù)機床所具有的插補功能和加工對象選擇采用合適的插補方法，如直線插補、圓弧插補等。 后置處理的數(shù)學理論 數(shù)控機床一般用 3個相互垂直的軸所形成的直角坐標系 (滿足右手定則 )來定義刀具的運動軸向。數(shù)控機床根據(jù)其結(jié)構(gòu)不同，坐標系 設(shè)定也不同?？臻g一點 (x， y， z)在 X、 Y、 Z軸三個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 ????????????????? () 坐標旋轉(zhuǎn) 三維旋轉(zhuǎn)變換指空間立體繞某一軸旋轉(zhuǎn)一個角度，一般繞坐標軸旋轉(zhuǎn) α 角。 (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，各頂點的 Z坐標不變，只是 X和 Y坐標發(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 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，各頂點的 Y坐標不變，只是 Z和 X坐標發(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，各頂點的 X坐標不變，只是 Y和 Z坐標發(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