威力铭W518S加工中心五轴联动UG后置处理设计

王　勃，李号召，董　晓，刘东晓，王彦伟

(中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所，河南 洛阳 471000)



威力铭W518S加工中心五轴联动UG后置处理设计

王勃，李号召，董晓，刘东晓，王彦伟

(中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所，河南 洛阳 471000)

针对瑞士威力铭公司W518S加工中心进行了五轴联动加工的UG后置处理设计研究。其具体内容包括：FANUC数控系统五轴联动专用模块程序的特点及相关指令介绍；五轴联动后置处理设置内容介绍；特殊指令的TCL程序语言说明；叶轮等试验零件五轴联动加工等。通过对成熟使用的UG五轴联动后置处理开发的介绍，为其他设备的UG五轴联动后置处理开发提供了借鉴。

五轴联动；UG；后置处理；TCL语言

本文主要通过对瑞士威力铭公司W518S加工中心五轴五联动的UG后置处理设计，来实现该设备的五轴联动加工功能。W518S加工中心是从瑞士引进的五轴精密镗铣加工中心，最高转速可达20 000 r/min，结构为主轴摆动的五轴加工中心(B轴摆动)，操作系统为FANUC系统。该设备具有专门的五轴联动加工模块，需要利用设备的TCP(Tool Center Point Control)功能，对其中的G43.4、G849、G841和G843等多个特殊指令进行设置，从而完成较为复杂的五轴联动UG后置处理设计。

1　五轴联动后处理研究流程

五轴联动后置处理设计主要研究内容包括：1)掌握五轴联动模块特殊指令含义及程序特点；2)应用UG/Post Builder软件，进行UG后置处理设计；3)对部分特殊指令进行TCL语言解读；4)应用UG软件对试验零件进行五轴联动程序刀轨设计，进行试验零件加工，验证后置处理正确性。

主要研究流程[1]如图1所示。

图1　主要研究流程

2　五轴联动加工模块的UG后置处理设计

2.1W518S加工中心五轴联动模块介绍

W518S加工中心的五轴联动采用全程刀尖跟踪功能，与一般的3+2五轴加工有着明显的区别。

首先，加工中心通过G5 P10000指令进入AInanoHPCC模式后即进入五轴联动加工模式，其后每句程序均具有刀尖跟踪功能，其加工坐标系固定，Z正方向始终垂直于工作台向上，不随B轴数值变化而旋转。而在3+2五轴加工中，虽然G802或G806指令起角度也有刀尖跟踪的功能，但仅限本句程序，并且坐标系随B轴旋转，Z正方向始终指向主轴方向。

其次，进入AInanoHPCC模式后具有的刀尖跟踪功能与进入该模式前有着明显区别，例如，同样程序G0 X0 Y0 Z0 B30 C0；在初始状态以及进入该模式前、后运行的结果如图2所示。

图2　初始状态及进入AInanoHPCC模式前、后状态

最后，AInanoHPCC模式具有对程序预读功能，可提前预读多段程序，保证程序在五轴联动加工中运行流畅。

综上所述，W518S加工中心是通过进入AInanoHPCC模式后，对刀尖坐标及B、C轴角度值的控制来实现五轴联动加工的。

2.2五轴联动数控程序基本格式

W518S加工中心针对五轴联动加工采用TCP(五轴联动加工的刀具中心点控制)模式来实现，TCP的加工程序结构如下。

激活：

G806 T.. B.. H.. R0调刀并取消坐标旋转跟踪

M70解锁B轴

M72解锁C轴

G841选择工作台坐标系统为固定工作坐标系并进入C轴跟踪

G5 P10000激活AInanoHPCC模式

G43.4 H..TCP模式并添加刀具长度补偿

G0 X.. Y.. Z.. B.. C.. G0位置

G1 X.. Y.. Z.. B.. C.. 开始加工

……

……

取消：

G1 X.. Y.. Z.. B.. C..加工

M71B轴锁定

M73C轴锁定

G0 G49 Z..TCP模式和刀具长度补偿取消

G5 P0AInanoHPCC模式取消

G849取消C轴跟踪，进入一般加工状态

G53 X0 Y0 Z0 B0 C0返回机床零点

M30程序结束

UG后置处理设置应满足上述程序格式，并保证G849、G43.4、G5 P0和G5 P10000等特殊指令功能实现，X、Y、Z、B和C等轴的坐标值生成正确。

2.3五轴联动后处理基本设置

通过UG后置处理构造器(UG/Post Builder)设计五轴联动后置处理，满足上述程序格式要求，并保证输出程序正确。具体设置如下。

1)根据机床实际情况对机床结构进行设置，设置为主轴摆动和工作台旋转式五轴加工中心。其中，第4轴B轴旋转范围为-10°～+100°，第5轴C轴设置为-360°～+360°。机床具体结构如图3a所示，在UG/Post Builder中的设置如图3b所示。

图3　UG/Post Builder软件中机床结构及B、C轴设置

2)在UG/Post Builder中对直线移动(G1)、快速移动(G0)进行设置，要求X、Y、Z的坐标值及B、C数值强制输出。具体设置如图4和图5所示。

图4　直线移动(G1)设置

图5　快速移动(G0)设置

3)对五轴联动模块中特殊指令在程序头、尾处进行设置，保证程序正确进入和退出五轴联动模块。其中，程序头包含的特殊指令有G806、M70、M72、G841、G5 P10000和G43.4 H11等，程序尾处包含的特殊指令有M71、M73、G49、G5 P0和G849等。具体设置如图6所示。

图6　程序开头和程序结尾设置

2.4特殊指令所对应的TCL语言

TCL是一个交互式解释性计算机语言，它包含两部分：1个语言和1个库。UG后置处理构造器使用TCL作为它的命令语言[2]。该五轴联动后置处理中特殊指令及程序开始、结尾处设置所对应的TCL语言如下。

1)M70、M72、G841、G5 P10000和G43.4 H11等指令定义：

BLOCK_TEMPLATE start_of_path

{

Text[M70]

}

BLOCK_TEMPLATE start_of_path_1

{

Text[M72]

}

BLOCK_TEMPLATE start_of_path_2

{

Text[G841]

}

BLOCK_TEMPLATE start_of_path_3

{

Text[G5 P10000]

}

BLOCK_TEMPLATE start_of_path_4

{

Text[G43.4 H11]

}

2)G849、G5 P0、G49、M73和M71等指令定义：

BLOCK_TEMPLATE end_of_program_3

{

Text[G849]

}

BLOCK_TEMPLATE end_of_program_4

{

Text[G5 P0]

}

BLOCK_TEMPLATE end_of_program_5

{

Text[G49]

}

BLOCK_TEMPLATE end_of_program_6

{

Text[M73]

}

BLOCK_TEMPLATE end_of_program_7

{

Text[M71]

}

3)程序开始部分TCL语言设置：

=======================

proc MOM_start_of_path { } {

=======================

global mom_sys_in_operation

set mom_sys_in_operation 1

global first_linear_move; set first_linear_move 0

TOOL_SET MOM_start_of_path

if [llength [info commands PB_CMD_kin_start_of_path] ] {

PB_CMD_kin_start_of_path

}

PB_CMD_tool_change_force_addresses

MOM_force Once T

MOM_do_template tool_change_1

PB_CMD_Tool_info

MOM_do_template start_of_path

MOM_do_template start_of_path_1

MOM_do_template start_of_path_2

MOM_do_template start_of_path_3

MOM_do_template start_of_path_4

}

4)程序结尾部分TCL语言设置：

=======================

proc MOM_end_of_program { } {

=======================

MOM_do_template end_of_program_7

MOM_do_template end_of_program_6

MOM_do_template end_of_program_5

MOM_do_template end_of_program_4

MOM_do_template end_of_program_3

MOM_do_template end_of_program_2

MOM_do_template end_of_program

MOM_do_template rewind_stop_code

PB_CMD_Machine_time

MOM_set_seq_off

}

3　五轴联动后处理试验验证

3.1数控程序格式验证

通过UG软件使用新开发后置处理进行程序自动生成，验证程序格式正确性。保证程序头、尾处特殊指令正确生成，保证G1、G0指令后X、Y、Z、B和C数值强制输出。自动生成的程序头、尾处程序如图7所示。

图7　后置处理自动生成的程序头、尾处程序

3.2试验件加工

UG软件通过控制刀具轴矢量、投影方向和驱动方法来生成加工轨迹[3]，然后利用后置处理生成五轴联动加工程序。在W518S设备上使用生成的五轴联动加工程序对半球面、单个叶片和叶轮进行加工，充分验证了后置处理的正确性。加工完成的试验零件如图8所示。

图8　试验零件

4　结语

五轴联动加工是应用广泛且先进的加工方式，由于5个空间轴可以同时联动，可以实现更为复杂的零件的加工，尤其在复杂多曲面的零件加工中具有明显优势。本文基于瑞士威力铭W518S加工中心，通过UG/Post Builder软件对该设备五轴联动模块进行后置处理设计，实现UG软件五轴联动程序G代码的自动生成，使该设备具备五轴联动加工能力。同时，较详细介绍了后置处理的具体研究过程，为类似设备的五轴联动UG后置处理开发提供了技术参考和借鉴。

[1] 安杰，等.UG后处理技术[M].北京：清华大学出版社，2003.

[2] 张磊，等.UG NX4后处理技术培训教程[M].北京：清华大学出版社，2007.

[3] 李朝光，谢龙汉.UG NX5多轴加工及应用实例[M].北京：清华大学出版社，2007.

责任编辑郑练

The Design of Five-axis NC Post-processing of the Willemin-macodel Company’s Machine-W518S based on UG Software

WANG Bo, LI Haozhao, DONG Xiao, LIU Dongxiao, WANG Yanwei

(Luoyang Institute of Electro-optical Equipment, AVIC, Luoyang 471009, China)

Mainly introduce the design process of the five-axis NC post-processing which is used on Willemin-macodel Company’s machine-W518S based on UG software. The concrete content includes: the modules and commands related to five-axis NC machining of the FANUC system, how to set the parameters of the five-axis post-processing, how to enable special features by programming in TCL languages, the five-axis milling of experiment part-integral impeller. Hope to provide more or less reference for the design of other machines’ five-axis post-processing by the maturely used post-processing which is introduced in this paper.

five-axis machining, UG software, post-processing, TCL language

TH 166

A

王勃(1984-)，男，大学本科，工程师，主要从事CAD/CAM、精密机械加工和数控加工编程等方面的研究。

2015-12-01