基于UGNX6.0的海德汉双转台五轴后处理研究

李立军，孙伟

(三峡大学机械与材料学院，湖北宜昌 443002)

基于UGNX6.0的海德汉双转台五轴后处理研究

李立军，孙伟

(三峡大学机械与材料学院，湖北宜昌 443002)

基于UGNX6.0软件平台，研究了海德汉双转台五轴后处理器的开发过程和方法。以哈默C20U五轴立式加工中心为例，详细地介绍了利用UG/Post创建海德汉五轴后处理的过程，并利用Vericut验证了该后处理的正确性。

UG/Post;五轴后处理器

1 UG后处理简介

无论哪一种CAM软件，其主要用途都是生成在机床上加工零件的刀具轨迹 (简称刀轨)。一般来说，CAM软件内部产生的刀轨不能直接传输到机床上进行加工，因为机床的类型很多，每种类型的机床都有其独特的硬件性能和要求，比如它可以有垂直或是水平的主轴、可以多轴联动等。此外，每种机床又受其控制器的控制，控制器接受刀路文件并指挥刀具的运动或其他的行为 (比如冷却液的开关)，但控制器也无法接受这种未经格式化的刀路文件，因此，刀路文件必须被修改成适合于不同机床/控制器的特定参数，这种修改就是所谓的后处理［5］。

UG系统提供了一般性的后处理器程序——UG/Post，它使用UG内部刀轨数据作为输入，经后处理后输出机床能够识别的NC代码。UG/Post有很强的用户化能力，它能适应从非常简单到任意复杂的机床及其控制系统的后处理。虽然UG本身也自带一些后处理文件，但处理出来的格式大多不符合要求 (或者即使符合要求，但是与即将用来加工的机床和控制系统不配套)，所以一般都需要根据实际情况自己定制或者到网上下载与机床系统相符的后处理。

2 UG后处理一般流程［1］

UG的后处理程序是UG/Post，它主要由事件生成器、事件处理器、定义文件和输出文件等4个元素组成，其工作过程大致如下:事件生成器从头至尾扫描整个UG刀具轨迹数据，提取出每一个事件及其相关参数信息，并把它们传递给MOM去处理;然后，MOM传送每一事件及其相关参数给用户预先开发好的事件处理器，并由事件处理器根据本身的内容来决定对每一事件如何进行处理;接着事件处理器返回数据给MOM作为其输出，MOM读取定义文件的内容来决定输出数据如何进行格式化;最后，MOM把格式化好的输出数据写入指定的输出文件中。具体工作流程见图1。

图1 UG/Post的工作过程示意图

3 定制海德汉双转台五轴后处理的过程

(1)依次单击“开始”→“所有程序”→“UGSNX6.0”→“加工工具”→“后处理构造器”，弹出“UG/Post Builder”对话框，再选择“File”→“New”，创建一个名称为“C20UAxis_post”的后处理器 (为便于叙述，选取哈默C20U五轴立式加工中心为例)。在“Post Output Unit”中选择“Millimeters”，即公制;然后将“Machine Tool”选项选择为“Mill”和 “5-Axis with Dual Rotary Tables”，即创建的后处理器是一台双转台的五轴数控机床的后处理器;其控制系统为hei530，所以“Controller”选择为“Library”，再在其下拉菜单中选择“heidenhain_conversational”［4］。最后，选择合适的控制系统，因为加工该零件采用的是哈默C20U五轴立式加工中心。

(2)输入机床参数

根据哈默C20U五轴立式加工中心手册，将其相关参数输入到建立后处理器中。具体相关参数有各轴最大行程、最大进给速率、重复定位精度，其中“Output Cirecular Record”选项需选择为“No”，即加工圆弧时采用直线逼近，如果选择“Yes”，则在加工圆弧时采用圆弧输出，对于海德汉控制系统，一般不采用圆弧输出，所以此处选择为“No”。具体如图2所示。

图2 机床参数的选择

由于五轴双转台数控铣床增加了A、C轴，所以需要对其第4轴和第5轴的行程进行设置。将第4轴的“Axis limits(Deg)”中的Minimum设置为－110，Maximum设置为120，即A轴的行程为－110°～120°;同理，将第5轴的行程设置为0°～360°。由于Heidenhain ITNC530控制系统有自动补偿机械几何(RTCP)功能，所有将第4、5轴的“枢轴距离”设为0，X、Y、Z方向偏置也都设为0。最后，也是至关重要的一步，单击“Rotary Axis”中的Configure，设置弹出的对话框中的各个参数如图3所示，如果机床不是AC轴，则需要对其做修改。单击“Display Machine Tool”，可以查看机床第4、5轴的运动方向，如图4所示。

图3 第4、5轴旋转平面的设置

图4 机床模型

(3)程序头、自动换刀、程序尾的设置［3］

①程序头设置

选择NX/Post Builder的Program and Tool Path中的Program子页，在左侧窗口选择“Program Start Sequence”，进 行 “Start of Program”的 修 改。将“MOM_set_seq_on”删除，再将“MOM_set_seq_off”添加到相应的位置，即取消程序行号。单击“BEGIN PMG 100$mom_output_unit”进行编辑，将其修改为“BEGIN PGM$mom_output_file_basename MM”，即在程序头输入加工零件的名称。系统自动生成的两条指令为“BLK FORM 0.1 Z X0.0 Y0.0 Z－20.0”和“BLK FORM 0.2 X100.0 Y100.0 Z0.0”，这两条指令是用来定义毛坯的，当加工零件不同，毛坯自然不同，所以需要对这两条指令进行修改。一般毛坯的定义方式有以下两种，如图5所示。

图5 毛坯轮廓的定义

如图5(a)所示，加工坐标系处于工件的角落，则对毛坯的定义指令应为“BLK FORM 0.1 Z X0.0 Y0.0 Z－40.0”和 “BLK FORM 0.2 X100.0 Y100.0 Z0.0”;对于图5(b)，加工坐标系处于工件顶部中心，则对毛坯的定义指令应为“BLK FORM 0.1 Z X－50.0 Y－500.0 Z－40.0”和 “BLK FORM 0.2 X50.0 Y50.0 Z0.0”。

然后以同样的方式添加M127(取消旋转轴短路径运动)、M129(取消用旋转轴定位时保持刀尖位置)、CYCL DEF 7.0 DATUM SHIFT、CYCL DEF 7.1 X+0、CYCL DEF 7.2 Y+0、CYCL DEF 7.3 Z+0(循环加工坐标平移指令，也可采用“CYCL DEF 19.0”旋转指令，或者两者配合使用)。

②操作头设置

左侧窗口选择“Operation Start of Sequence”，删除“Initial Move”和“Manual Tool Change”中的系统自动生成的指令，选择“Start of Path”，将“PB_CMD_start_of_operation_force”添加到其后。为了方便程序的检查，可以将每一加工操作的名称在操作开始时输出，其具体步骤为将下拉窗口中的“Operator Message”添加到上一步操作之后，然后在弹出的对话框中输入“$mom_path_name”，则后处理生成的数控程序每一加工操作之后将会显示加工名称 (如文中最后给出的数控程序所示)。然后，添加“TOOLCALL ZSDL+0 DR+0”(调用刀具，添加刀具长度、圆角半径补偿)、“L M3”、“L M126”(旋转轴短路径运动)、“L M128 F 1000;TCPM ON”(用旋转轴定位时保持刀尖位置)。由于不同的机床其常用加工指令不同，有些数控机床对以上M126～M129指令不能识别，而有些数控机床对M94(旋转轴显示值减小到360°以内)、M114(用倾斜轴自动补偿机床几何特征)有特定要求，所以在操作头的时候就需要根据机床特性对这些指令做取舍［6］。

由于使用了刀具调用指令，所以在更换刀具的时候对刀具做相应的解释是很有必要的。将下拉窗口中的“Custom Command”指令拖到“TOOL CALL Z S DL+0 DR+0”之后，将弹出的窗口名称改为“tool_info”，在窗口中输入以下信息:

这些指令的加入可以使生成的数控程序中在换刀时显示刀具的一些信息 (见文中最后给出的数控程序)，不过，如果下一步操作跟上一步操作使用的是同一把刀具则不会显示换刀信息。如果要进行手动换刀，可以在UG/CAM的换刀设置中手动换刀前面打上对勾。

③操作结束指令的选择

在左侧窗口选择“Operation End Sequence”，在右侧下拉窗口将“New Block”添加到“End of Path”右侧，在弹出的对话框中添加一条“Text”指令，输入“L Z10 FMAX M91”，即加工结束后返回安全平面。然后用同样的方式添加一条指令“L A+0.0 C+0.0 FMAX”，即各旋转轴回零。新增一条“Custom Command”指令以指定在进行换刀的时候主轴停转，切削液关，所以在弹出的窗口中输入如下程序:

在左侧窗口选择“Program End Sequence”，在“M30”指令之前添加“M5”、 “M9”，在其后添加“LM126”、“L A0 C0 FMAX”和“END PGM$mom_output_basename MM”。再将右侧下拉窗口中的“custom_command”添加到“END PGM$mom_output_basename MM”指令后面，在弹出的对话框中将名称修改为“machine_time”，在窗口中输入以下程序使程序结束后输出加工时间。

选择“Program＆Tool Path”→“Word Summary”，在里面可以找到任意G代码、M代码、N、XYZ等指令，可以对其格式进行修改。比如已知所用到的数控机床重复定位精度为“0.006”的情况下，将“XYZR”指令修改为小数点后两位以满足机床加工精度要求。另外，对于“Tool Path”中的直线运动和快速运动也需要添加一些相应的指令及修改某些指令的格式以满足机床及控制系统的要求。

UG后处理还有一个比较便捷的功能，即编制的“Custom Command”指令可以储存起来，这样以后再创建任意一台机床加工某一零件时都可以调用该指令，避免了程序的编写。以换刀时显示刀具信息为例，选择“Program＆Tool Path”→“Custom Command”→“Export”，找到创建的“PB_CMD_tool_info”指令，双击选中，然后将其保存在UG安装程序文件夹的“custom command”文件夹中就可以了。

(4)以文中开发的海德汉双转台AC轴后处理器生成的某一叶轮零件加工的程序如下 (部分):

4 结论

由CAM软件生成的刀轨文件必须经过后处理才能生成机床控制系统认可的NC程序。而对于不同的数控机床，具有各自不同的特征、不同的控制系统，由UG自带后处理器生成的数控代码并不能满足要求，须通过UG/Post来创建合适的后处理器。文中以哈默C20U五轴立式加工中心为例，结合TCL语言，系统地阐述了海德汉双转台五轴后处理器开发过程，并对相应的指令做了详细的解释，生成的数控程序在VERICUT中进行了仿真验证，证明了该后处理器的正确性，同时为其他种类的数控机床五轴后处理器的开发提供了指导。

［1］赵雪玉.UG/POST后处理综述［J］.CAD/CAM 与制造业信息化，2005(8):90 －93.

［2］艾建军，刘建敏，许东太.五轴数控加工中心UGNX后处理研究［J］.煤矿机械，2010，31(2):198－200.

［3］刘镝时.用UGPost创建AB_8400MP数控系统后处理文件［J］.CAD/CAM 与制造业信息化，2006(11):76－77.

［4］杨华明.基于UG NX4华中数控四轴后处理技术的研究［J］.机床与液压，2012，40(4):102 －103.

［5］张海军，金永福.基于UG/Post创建数控系统后处理器［J］.现代机械，2008(3):78 －80.

［6］曾强.基于UG的Heidenhain系统五轴专用后置处理器研究［J］.科学技术与工程，2012(8):1913－1916.

Research of Postprocessor for Heidenhain Dual-table Five-axis Machine Based on UGNX6.0

LILijun，SUNWei
(College of Mechanical＆ Material Engineering，China Three Gorges University，Yichan Hubei443002，China)

Based on UGNX6.0 software platform，the process andmethod of dual-table postprocessor that configuring heidenhain control system were researched.Taking C20U five-axis vertical machining centre as example，the process with UG/Post was introduced detailedly and VERICUT was used to verify the correctness of the postprocessor.

UG/Post;Five-axis postprocessor

TH164

B

1001－3881(2014)10－122－4

10.3969/j.issn.1001 －3881.2014.10.037

2013－04－12

三峡大学研究生科研创新基金资助项目 (2012CX030)

李立军 (1971—)，男，博士，副教授，研究方向为超精密加工。E－mail:llj@ctgu.edu.cn。