SINUMERIK 840D系統(tǒng)五坐標(biāo)孔加工循環(huán)后置處理方法研究

發(fā)布日期:2012-11-18    蘭生客服中心    瀏覽:2901

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(shí),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(gè)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(shí)間;DTS-排屑點(diǎn)停留時(shí)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(shí),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(gè)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(shí)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(shí)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(shí)際意義確定。當(dāng)加工方式為三坐標(biāo)時(shí),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(shí),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(gè)參數(shù)給出,最簡單如CYCLE81(RTP,RFP,SDIS,DP,DPR),這五個(gè)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(shí),其移動(dòng)坐標(biāo)X、Y、Z軸定位是依賴TRAORI指令自動(dòng)跟蹤完成的,無法實(shí)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(shí)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(jì)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?yàn)閆坐標(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(shí),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(dòng))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(shí)結(jié)合UG和CATIA的編程及刀位驗(yàn)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。

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