西北工業(yè)大學(xué)現(xiàn)代設(shè)計與集成制造技術(shù)教育部重點實驗室 田榮鑫 任軍學(xué) 史耀耀 孟曉賢 摘要：基于SINUMERIK 840D系統(tǒng)固定循環(huán)特點，以及五坐標(biāo)方式下的參數(shù)變化規(guī)律，采用UGⅡ及CATIA軟件編制了五軸孔加工固定循環(huán)及后置處理的程序。 1 引言 隨著數(shù)控加工設(shè)備的廣泛應(yīng)用，各種先進(jìn)的數(shù)控加工控制系統(tǒng)也不斷地開發(fā)出來，SINUMERIK 840D(以下簡稱840D)系統(tǒng)是當(dāng)前應(yīng)用較廣泛的多軸控制系統(tǒng)之一。840D系統(tǒng)有完善的固定循環(huán)指令，可以在數(shù)控加工中心上完成鉆孔、鏜孔及攻絲等系列操作，在SAJO 12000P及UniSpeed3兩型機(jī)床的應(yīng)用中，其三坐標(biāo)固定循環(huán)操作簡便，參數(shù)完整，加工精度高；但在加工空間孔系時，刀軸方向的變化引起固定循環(huán)參數(shù)復(fù)雜化，增加了后置處理難度。840D系統(tǒng)的三坐標(biāo)孔加工固定循環(huán)后置處理在多篇文章中已討論，但無法處理五坐標(biāo)孔加工坐標(biāo)變換，因此本文對斜孔固定循環(huán)的參數(shù)變化規(guī)律進(jìn)行探討，并基于UG和CATIA刀位文件編制了相應(yīng)的后置處理程序。 2 840D的固定循環(huán) 840D系統(tǒng)提供了24個固定循環(huán)，其中加工單孔的有CYCLE81～90。鉆孔循環(huán)的參數(shù)包含了被加工孔的所有信息，因此后置處理需要把刀位文件中的定位語句和循環(huán)語句結(jié)合處理?，F(xiàn)以CYCLE83為例先對其參數(shù)進(jìn)行說明。 圖1 加工方式 CYCLE83是深孔鉆(Deep hole drilling)，加工方式如圖1所示，其指令格式為CYCLE83(RTP，RFP，SDIS，DP，DPR，F(xiàn)DEP，F(xiàn)DPR，DAM，DTB，DTS，F(xiàn)RF，VARl)。各參數(shù)含義為：RTP-回退面的絕對坐標(biāo)；RFP-孔表面絕對坐標(biāo)；SDIS-安全距離(無符號)；DP-孔深絕對值；DPR-孔深相對RFP值，不能和DP-起給定；FDEP-首鉆深度；FDPR-首鉆深度相對值，不能和FDEP一起給定；DAM-每次鉆深遞減值；DTB-孔底停留時間；DTS-排屑點停留時間；FRF-鉆孔速度比率(0.001～1)；VARI-排屑方式：VARI的值為0，刀具回退SDIS的距離；其值為1時，刀具回退RFP+SDIS的距離。 840D的固定循環(huán)加工參數(shù)完整，可以適應(yīng)各種加工方式，并且也有相當(dāng)?shù)淖杂啥茸層脩暨x擇。應(yīng)用中要注意FRF是一個相對值，指用當(dāng)前進(jìn)給速度和該比率的乘積作為鉆孔速度，因此FRF應(yīng)該小于1。 3 固定循環(huán)后置處理 UG和CATIA是當(dāng)前航空企業(yè)應(yīng)用最廣泛的大型CAD/CAM工程軟件，其孔加工刀位文件生成系統(tǒng)都很完善，以下從兩軟件的鉆孔循環(huán)參數(shù)設(shè)置說明后置處理中的對應(yīng)關(guān)系，均以DEEPHOLE為例。 3.1 UGⅡ的DRILLDEEP過程生成的刀位文件格式 CYCLE/DRILL，DEEP，STEP[，data[，data……]]，DWELL[，data]，RAPTO [，data 1，F(xiàn)EDTO[，data]，CAM[，data]，RTRCTO[，data]，MMPM[，data]，OPTION。 其中關(guān)鍵參數(shù)含義為：DEEP-孔深；STEP[，data[，data．……]]一每次鉆到的孔深；DWELL[，data]-孔底停留時間；RAPTO[，data]-安全距離；FEDTO[，data]-鉆人深度；RTRCTO[，data]-回退距離；MMPM[，data]-鉆孔速度。 3.2 CATIA的DEEPHL過程生成的刀位文件格式 循環(huán)指令格式：CYCLE/DEEPHL，%MFG_TOTAL_DEPTH，%MFG_CLEAR_TIP，%MFG_PLUNGE_VAL，%MFG_DWELL_TIME，%MFG_OFFSET_RET，%MFG_FEED_MACH，%MFG_SPNDL_MACH，%MFG_PLUNGE_VAL，%MFG_DEPTH_DEC。 其中關(guān)鍵參數(shù)含義：MFG_TOTAL_DEPTH-總深度；MFG_CLEAR_TIP-安全距離；MFG_PLUNGE_VAL-首次鉆人深度；MFG_DWELL_TIME-鉆到底后停留時間；MFG_OFFSET_RET-鉆孔回退距離；MFG_FEED_MACH-鉆孔速度；MFG_SPNDL_MACH-鉆孔主軸轉(zhuǎn)速；MFG_PLUNGE_VAL-首次鉆人深度；MFG_DEPTH_DEC-鉆深遞減值。 各參數(shù)與CYCLE83的對應(yīng)關(guān)系依據(jù)各參數(shù)的實際意義確定。當(dāng)加工方式為三坐標(biāo)時，刀位文件各參數(shù)可以和數(shù)控程序指令參數(shù)直接對應(yīng)，其中的變換關(guān)系見表1。 表1 參數(shù)的變換關(guān)系 其中UG系統(tǒng)產(chǎn)生的刀位文件依該變換方式進(jìn)行后置，結(jié)果如下(CATIA刀位文件后置結(jié)果類似)： UG CLS文件：CYCLE/DRILL，DEEP，STEP，50.0000，20.0000，10.0000，DWELL，2.00，RAPTO，6.0000，F(xiàn)EDTO，-80.0000，CAM，2，RTRCTO，5.0000，MMPM，250.0000．OPTION PAINT/COLOR，3 GOTO/80.0000，20.0000，100.0000，0.0000000，0.0000000，1.0000000 后置結(jié)果： N50 C1 X80.000 Y20.000 Z105.000 N51 CYCLE83(105.000，100.000，20.000，，50.000，10.000，2.000，，0.014，1) 當(dāng)加工孔系為空間任意孔時，加工方式為五坐標(biāo)方式。840D系統(tǒng)的孔加工循環(huán)指令中孔深和刀軸方向的孔位均由前五個參數(shù)給出，最簡單如CYCLE81(RTP，RFP，SDIS，DP，DPR)，這五個值僅與孔的軸向參數(shù)有關(guān)。840D系統(tǒng)進(jìn)行五坐標(biāo)孔加工時，其移動坐標(biāo)X、Y、Z軸定位是依賴TRAORI指令自動跟蹤完成的，無法實現(xiàn)空間孔心坐標(biāo)值直接控制孔循環(huán)軸向定位，因此要在后置處理中把加工坐標(biāo)系變換成刀軸方向與孔心軸方向相同的坐標(biāo)系，同時在加工中指定坐標(biāo)變換。840D系統(tǒng)的主軸方向坐標(biāo)系指定指令是TOFRAME。 以UniSpeed3機(jī)床為例，機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸為B軸和C軸，其旋轉(zhuǎn)角度計算公式如下： 依機(jī)床結(jié)構(gòu)取口β角度范圍為正： 執(zhí)行TOFRAME后，控制系統(tǒng)忽略C軸旋轉(zhuǎn)，以B軸旋轉(zhuǎn)后的主軸方向為Z坐標(biāo)方向，Y坐標(biāo)方向不變，X坐標(biāo)以右手坐標(biāo)系由YZ坐標(biāo)方向給出。如圖2所示，前表1中刀軸方向坐標(biāo)值應(yīng)給定圖中Z′值，相應(yīng)坐標(biāo)變換關(guān)系為： 圖2 依CATIA刀位為例按變換后的坐標(biāo)值進(jìn)行后置結(jié)果如下： CATIA刀位文件：CYCLE/DEEPHL，15.00000，20.00000，.00000，.08333，1.30000，500.00000，5.00000，1.00000 GOTO/15.00000，55.98076，15.00000，258819，.965926PT CYCLE/OFF 后置結(jié)果： X15.000Y55.644216.256B-15.000C90.000 TOFRAME(主軸方向坐標(biāo)系開啟) CYCLE83(11.907，10.607，20.000，，15.000，，5.000，1.000，0.083，，1,1) TRAFOOF(關(guān)閉所有坐標(biāo)變換) 應(yīng)用該處理方式后，對多坐標(biāo)孔系加工可以用UG或CASA的POINT-TO-POINT編程方式，編制孔加工程序直接后置處理生成加工程序控制加工。由于840D系統(tǒng)的鉆孔循環(huán)指令孔深參數(shù)在CYCLE中給定，因此當(dāng)孔系的中心軸方向變化時，只能依次給出孔位及方向，一一處理?？紫导庸と缦滤荆? …… N50 TRAORI(2) N51 G54G17 N52 G1X15.000Y55.644216.256B15.000C90.000 N53 TOFRAME N54 CYCLE83 (11.907，10.607，15.000，，0.000，0.000，0.083，，1，1) N55 TRAFOOF N56TRAORI(2) N57 C1X25．000Y55.981225.000B30.000N58 CYCLE83(-5.000，-25.000，1.300，-40.000，，0.000，，0.000，0.083，0.006，1) N59 TRAFOOF 4 結(jié)論 應(yīng)用前述的后置處理方式處理獲得的五坐標(biāo)孔加工程序可以直接在840D系統(tǒng)的機(jī)床上使用。程序在UniSpeed3機(jī)床和SAJ012000P機(jī)床(AB軸擺動)上調(diào)試通過。該后置處理方式在五坐標(biāo)孔系加工的應(yīng)用中獲得了良好的反響，提高了編程效率，同時結(jié)合UG和CATIA的編程及刀位驗證可避免加工中的碰撞。該后置處理方式已整合在為西安飛機(jī)工業(yè)公司研制的UNISPEED3五坐標(biāo)數(shù)控加工中心后置處理軟件中，目前該軟件應(yīng)用狀況良好。