基于Pro/E 五坐标数控铣削编程后处理程序开发应用研究

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基于Pro/E 五坐标数控铣削编程后处理程序开发应用研究

基于Pro/E五坐标数控铣削编程后处理程序开发应用研究 王华侨  王德跃  费久灿  常江   【摘要】：正Pro/E是高档的CAD/CAM平台,在航空航天等行业的产品设计、数控加工编程等方面应用非常广泛,其系统的优点是参数化设计、制造编程、可视化后处理等,非常适合工程技术人员从事产品的数字化快速设计、模具设计与数控加工编程。 【作者单位】： 中国三江航天集团国营红阳机械厂;北京FIDIA机电有限公司;

Pro/E 是高档的CAD/CAM 平台, 在航空航天等行业的产品设计、数控加工编程等方面应用非常广泛, 其系统的优点是参数化设计、制造编程、可视化后处理等, 非常适合工程技术人员从事产品的数字化快速设计、模具设计与数控加工编程。 　 　1. Pro /E 五坐标数控铣削刀具轨迹策略 　　Pro/E 系统提供的数控加工编程轨迹策略方式非常多, 包括数控车削加工中心编程、五坐标数控铣削加工编程、四轴联动数控线切割加工编程等多种方式。其Gpost 后处理包可解决多个数控系统的后处理程序, 包括Heidenhain、Fanuc、FIDIA、Siemens、Century、Charmilles等多种数控系统。同时用户也可以非常方便地定制开发自己的后处理程序, 以提高数控编程的效率和程序质量。Pro /E 的机床仿真加工提供与仿真软件Vericut直接嵌入式链接, 提高多坐标数控机床加工程序的质量, 以方便用户检查多坐标机床加工时的干涉碰撞、超程检查、过切等异常情况。如图1 所示为Pro/E 提供的五坐标数控铣削加工编程的刀具轨迹示意图。由于其基于完全参数化设计, 因此数控编程时, 其刀具轨迹做到与几何模型及时关联, 大大地方便了数控编程人员的刀具轨迹设计工作。 　　2. Pro/E 后处理程序开发模式 　   　Pro /E 系统提供的Gpost 后处理程序开发模式结构流程如图2 所示。其中CL File 刀位文件为该CAD /CAM系统生成的刀位轨迹文件。Option File 文件为机床控制文件和机床数控加工数据文件, 如机床的坐标系统及各坐标轴的运动配置、主轴功能、刀具准备、补偿功能及辅助功能等方面的数控程序语句段的地址字符及其输出控制, 它所提供的为通用的机床数控系统的基本配置,与FIL File 文件共同构成后处理系统来完成特定数控机床的数控系统配置, 达到使生成的数控程序机床能够完全正确地进行产品的加工。 　　FIL File 文件是机床与数控系统接口文件( 企业级数控系统接口文件) , 主要针对相应的数控机床格式及数控程序文件内容输出方面的控制, 使其满足工厂的数控机床的正确配置。它是正确配置程序输出的重点, 也是难度最大的, 它的源代码采用的是宏程序形式, 采用条件组合逻辑、循环、跳转等判断方式, 根据实际需要来编写相关代码, 因此编写时需要软件开发的基本知识。 　　用户进行自己的数控系统开发时, 主要了解FIL 的逻辑控制程序能力、FIL 的语法结构、CL 刀位文件的数据结构、Postprocessors 后处理的工作模式。通过FIL 语言进行程序开发, 用户可以添加、删除、修改CL 刀位文件中的数据内容, 后处理输出为机床加工的代码、修改程序关键字、调用其他宏程序用户子程序等。同时后处理中的运动分析, 尤其是进退刀及线性回转轴的超程、干涉处理, 都可以帮助用户针对相应的机床进行定制。如FIDIA DR218 和FIDIA KR214 等, 其主轴头上的C 轴为±200°连续, 当超程时, 必须回抽刀具矢量轴后,机床重新调整刀具矢量进行加工。 　　3. 后处理Gpost 设置流程 　　      五坐标后处理程序开发的主要内容包括机床种类、机床坐标轴配置、程序输出格式转换、机床坐标系统变换及程序输出等。Gpost 提供的标准运动配置的多坐标类型有四轴转台( 4 - Axis Rotary Table) 、四轴摆头( 4- Axis Rotary Head) 、五轴转台回转与摆动( 5 - AxisDual Rotary Table) 、五轴转台回转与摆头( 5 - Axis RotaryTable /Rotary Head) 、五轴摆头回转与摆动( 5 - AxisDual Rotary Head or Nutator) 、车削中心( 1 - Rotary /1 -Radial Axis) 等。在FIL 文件中用参数IROTYP 2089 来控制, 其值的范围为0 ～6, 其取值对应方式分别对应上述几种形式。同时用户可以对非标准运动配置的五坐标机床进行定制, 通过坐标平移和旋转方式来实现其程序转换, 如主轴复合摆动的五坐标机床DMU200P /DMU125P 和工作台复合摆动回转的五坐标机床DMU50P等。 　　应用Gpost 提供通用后置处理器导向模板, 如图3所示。在完成数控系统和机床类型设置后, 经过相应的细节设定和部分接口程序的开发后, 便可定制用户自己的专用后置处理器。通用后置处理器根据外界输入的信息, 调用其内部数据库模型, 经判断、排列、组合后,生成用户要求的专用后置处理器。当通用后置处理器提供的数据模型不能全部满足用户的要求或者用户需要优化处理NC 程序时, 则应用开发软件修改数据库模型。这就需要开发人员掌握CAM 模块的使用方法, 掌握刀具路径文件的格式, 并具备软件开发和加工工艺方面的经验。 　　为完善用户专用数控机床系统的后置处理程序开发, 使其自动生成的NC 程序不再需要人工做修改, 可对CAM模块的加工环境参数进行特定的设置, 并用Gpost 模块的开发语言进行宏程序编制, 建立此类机床的数据模型。为优化生成的NC 程序, 用宏程序修改通用后置处理器内部数据输出结构。如: NC 程序中用到的所有工件坐标系与机床坐标系的数值关系, 可在NC程序开头自动设置, 数控机床可直接辩识, 不需手工输入。如工作台回转前, 主轴头退回最远, 换刀前输出刀具名称等。 　　4. FIL ( Factory Inter face Language) 宏程序开发基础 　　FIL 宏程序是Gpost 提供的专业后处理程序开发语言包, 尤其适合用户进行定制开发。通过FIL 宏程序来提供完善的数控机床系统的后处理程序, 包括宏程序完成的基本功能如添加、删除或修改刀位文件功能, 控制后处理代码输出功能, 添加或修改APT 功能, 读写或合并文件控制功能及应用程序调用功能。 　　( 1) 主关键字“CIMFIL/ON, major_ word” 在FIL 语言中, 所有的刀位文件记录都以“CIMFIL/ON”主关键字及其所链接的参数来决定后处理程序如何对刀位源文件的记录进行处理。如下所示的部分代码, 其相对应的意义如注释所述。在FIL 语言中“CIMFIL/ON,CUTTER 与CIMFIL/ON, 6, 6” 表示相同的功能。 　　CIMF IL /ON, CUTTER ( CIMFIL/ ON, 6 , 6 ) ( 刀具信息) 　　CIMF IL /ON, FROM ( CIMFIL / ON, 5, 3) ( 起刀点信息) 　　CIMFIL/ ON, GOTO ( CIMFIL /ON, 5, 5) ( 直线插补) 　　CIMFIL/ ON, CIRCLE ( CIMFIL /ON, 3) ( 圆弧插补) 　　CIMFIL /ON, MULTAX ( CIMFIL/ ON, 9) ( 多坐标联动激活) 　　CIMFIL/ AT, SP INDL, DATA, RPM ( 主轴信息) 　　SPINDL /200 , RPM, CLW, RANGE, 1 　　CIMFIL/ AT, LOADTL, DATA, ADJUST, DATA,LENGTH ( 加载刀具信息) 　　LOADTL /1, ADJUST, 11, LENGTH, 1. 5 　　CIMFIL/ AT, CUTCOM, LEFT ( 刀具补偿) 　　CUTCOM /LEFT, 2 , XYPLAN / /XY ( 平面内刀具左补偿) 　　( 2) “rslt = POSTF ( function _ type, arg1, arg2,arg3, argn) ” 程序POSTF 等系列函数为FIL 语言开发的基本, 使用主关键字“CIMFIL/ON” 识别刀位文件中所需要定位的信息后, 再通过POSTF 相应的功能函数对相应的关键字及其对应的信息进行处理, 用户即可完成自己产品数控机床加工其系统所需要的特殊要求。POSTF 系列函数的参数分别为其功能号及参数, 不同功能号用户实现不同的处理功能, 如功能号05、06、07、08、28、29 是实现得到刀位数据信息, 或识别刀位文件中的关键字信息; 加载控制操作刀位文件中的数据信息, 如坐标点信息、功能信息等09、10、12、13、20、21 ; 设置操作common 变量值01、02、03、04、19、22、23、25 ; 定位刀位文件信息14、15、26; 调试刀位文件后处理程序24、27。如下所述分别为数控编程时数控机床加工时进刀动作的后处理FIL 程序, 从中可以看出, 用户可以很容易设置相应数控机床的程序代码输出。 　　* * * * * * * F R O M S E C T I O N * * * * * 　　CIMFIL/ ON, 5, 3 ( 捕捉FROM 指令) 　　FRX = POSTF( 7, 6) ( 得到X 坐标值) 　　FRY = POSTF( 7, 7) ( 得到Y坐标值) 　　FRZ = POSTF( 7 , 8) ( 得到Z 坐标值) 　　DMY = POSTF( 2, 1 , 1867 , 1) ( 启动POST) 　　DMY = POSTF( 13) ( 执行当前刀位记录) 　　DMY = POSTF( 2, 1 , 1867 , 0) ( 关闭POST) 　　SET/ START, XAXIS, FRX, YAXIS, FRY, ZAXIS, FRZ ( 输出G92) 　　DMY = POSTF( 2, 3, 130, FRX) ( 设置GOHOME X = FROMX) 　　DMY = POSTF ( 2, 3, 131, FRY) ( 设置GOHOME Y =FROM Y) 　　DMY = POSTF( 2 , 3, 132, FRZ) ( 设置GOHOME Z = FROMZ) 　　CIMF IL /OFF 　　5. 应用实例 　　利用Pro/E 系统所提供的CAM 数控编程及其基于NCGpost 的后处理程序开发模块, 针对FIDIA DR218 六坐标高速铣削机床, 其在加工某叶轮零件时, 刀具轨迹如图4 所示。该FIDIA DR218 六坐标机床的运动配置可以分解为主轴旋转摆动X、Y、Z、B、C 结构形式和主轴摆动工作台旋转的X、Y、Z、B、W的结构形式, 如图5 所示。     　　该FIDIA DR218 五坐标数控机床系统的Gpost 后处理部分细节定义如图6 和图7 所示。经过后处理程序开发, 对该叶轮加工的NC 程序输出代码如下所示, 经过Vericut 软件仿真模拟和产品加工验证后, 该后处理程序完全合理正确。          　　N1 G17 ( yelun . prt_for_PTC) 　　N2 G96 　　N3 T16 M6 　　N4 S15000 M3 　　N5 G0 X - 251. 869 Y - 0. 04 C + 87. 746 B89. 581 　　N6 G0 Z33. 5 　　N7 G1 X - 251. 876 Z32. 5 F1200 　　N8 G1 X - 251. 842 Y - 0. 044 Z32. 5 B89. 583 　　N9 G1 X - 251. 808 Y - 0. 048 Z32. 5 C + 87. 747 B89. 585 　　N10 G1 X - 251. 774 Y - 0. 052 Z32. 499 C + 87. 748 B89. 587 　　⋯⋯ 　　N2480 G1 X72. 537 Y - 0. 011 Z127. 491 C - 56. 215 B21. 977 　　N2481 G1 X72. 529 Y - 0. 011 Z127. 512 C - 56. 205 B21. 974 　　⋯ ⋯ 　　N2243 G1 Z228. 0 　　N2244 M02 　　6. 结语 　　Pro /E 系统提供的基于参数化设计思想和五坐标数控铣削编程功能是比较强大的, 同时系统提供的Gpost后处理程序开发模块使得用户可以非常方便地定制开发专用的数控系统后处理程序, 随着五坐标高速铣削加工的应用越来越广泛, FIDIA. S. P. A 公司的FIDIA KR214 /FIDIA DR218 六坐标高速铣削加工中心作为其五坐标高速铣削加工中心的典型代表, 在五坐标加工类似于叶轮等回转体或者具有对称特性的产品时具有非常大的优势, FIDIA 数控系统及其RTCP 功能和刀具轴矢量补偿简化了数控编程后处理程序的开发和简化了机床的操作编程、提高了产品的质量的同时缩短了制造周期。

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