五軸加工中心的數(shù)控編程后置處理研究【優(yōu)秀畢業(yè)課程設(shè)計(jì)】,加工,中心,數(shù)控,編程,后置,處理,研究,鉆研,優(yōu)秀,優(yōu)良,畢業(yè),課程設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 題目 五軸加工中心的數(shù)控編程后置處理研究 一、 選題的依據(jù)及意義 ： 后置處理技術(shù)是隨著數(shù)控技術(shù)、 早的數(shù)控程序都是手工編制，不存在后置處理問(wèn)題。近年來(lái)，自動(dòng)編程 具有編程速度快、精度高、穩(wěn)定性好、更改方便和易于管理等特點(diǎn)，但是 自動(dòng)編程經(jīng)過(guò)刀具軌跡計(jì)算產(chǎn)生的刀位數(shù)據(jù)文件 不能被機(jī)床識(shí)別 ，需要設(shè)法把刀位數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換成 數(shù)控指令代碼 ，通過(guò)通信的方式輸入數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)，才能進(jìn)行零件的數(shù)控加工 [1]。 因此，要把 前置處理產(chǎn)生的刀位數(shù)據(jù)文件、加工工藝參數(shù)與特定的機(jī)床特性文件、定義文件相結(jié)合，生成指定數(shù)控加工設(shè)備能夠識(shí)別的數(shù)控加工程序，該過(guò)程 稱為后置處理 （ [2]。 后置處理程序?qū)?著高檔數(shù)控加工中心、特殊結(jié)構(gòu)數(shù)控機(jī)床的不斷出現(xiàn)，為其配置和開(kāi)發(fā)合適的后置處理器愈顯重要，這對(duì)提高數(shù)控編程效率、擴(kuò)大 前后置處理技術(shù)已經(jīng)成為 2 后置處理系統(tǒng)分為通用后置處理系統(tǒng)和專用后置處理系統(tǒng)。通用后置處理系統(tǒng)是今后發(fā)展的方向，但在目前無(wú)論是國(guó)外還是國(guó)內(nèi)真正能夠做到完全通用后置處理系統(tǒng)幾乎沒(méi)有 [3]，因?yàn)橥ㄓ煤笾锰幚硎且詷?biāo)準(zhǔn)刀位數(shù)據(jù)、通用的數(shù)控指令為前提進(jìn)行考慮的 [4]。雖然國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 (美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì) (電子工業(yè)協(xié)會(huì) (刀位源文件、后置處理語(yǔ)句和數(shù)控指令都有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，但各數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠商采用不盡相同的標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)控系統(tǒng)的指令格式多樣，由于競(jìng)爭(zhēng)需要還會(huì)采用一些非標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容 [5]，有些數(shù)控系統(tǒng)的擴(kuò)展功能己經(jīng)超出了前置處 理刀位數(shù)據(jù)的規(guī)定格式，如樣條曲線、漸開(kāi)線等，而目前的通用后置處理系統(tǒng)還只是考慮直線和圓弧 [6]，多數(shù)采用離散直線來(lái)逼近工件輪廓，零件形狀越復(fù)雜，數(shù)控程序量越大 [7]，而且多軸加工時(shí)還要考慮 非線性運(yùn)動(dòng)誤差校驗(yàn)、進(jìn)給速度的校核、特定數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控加工程序的生成等問(wèn)題，以保障數(shù)控加工的安全、可靠 [8]。 隨著產(chǎn)品加工精度及復(fù)雜程度的提高，使得數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床技術(shù)不斷發(fā)展變化，造成通用后置處理器越來(lái)越難以適應(yīng)這種現(xiàn)狀。實(shí)踐表明，直接利用通用后置處理器生成的 致數(shù)控 加工過(guò)程不能安全、可靠地進(jìn)行 [9]。 專用后置處理器與相應(yīng)的數(shù)控機(jī)床和系統(tǒng)完全匹配，能充分發(fā)揮數(shù)控加工能力。 瑞士產(chǎn)的高速五軸立式加工中心，它 配置 了 速電主軸（主軸最高 轉(zhuǎn)速為 20000 轉(zhuǎn) /分 ） ，可以在最佳的切削條件下，對(duì)從淬硬鋼到塑料的 材料進(jìn)行加工。 高速切削相對(duì)傳統(tǒng)加工有以下特點(diǎn)：一是提高生產(chǎn)效率。高速切削加工允許使用較大的進(jìn)給率，比常規(guī)切削加工提高 5～ 10 倍，單位時(shí)間材料切除率可提高3～ 6 倍；二是降低切削力。由于高速切削采用極淺的切削深度和窄的切削寬度，因此切削力 較小，與常規(guī)切削相比，切削力至少可降低 30％。這對(duì)于加工剛性較差的零件來(lái)說(shuō)可減少加工變形，使一些薄壁類精細(xì)工件的切削加工成為可能；三是提高加工質(zhì)量。因?yàn)楦咚傩D(zhuǎn)時(shí)刀具切削的激勵(lì)頻率遠(yuǎn)離工藝系統(tǒng)的固有頻率，不會(huì)造成工藝系統(tǒng)的受迫振動(dòng)，保證了較好的加工狀態(tài)。由于切削深度、切削寬度和切削力都很小，使得刀具、工件變形小，保證了尺寸的精確性，實(shí)現(xiàn)了高精度、低粗糙度加工；四是加工能耗低。由于單位功率的金屬切除率高、能耗低、工件的在制時(shí)間短，從而提高了能源和設(shè)備的利用率；五是簡(jiǎn)化加工工藝流程。常規(guī)切削加工不能加工淬火后的 材料，淬火變形必須進(jìn)行人工修整或通過(guò)放電加工解決。高速切削則可以直接加工淬火后的材料，在很多情 3 況下可完全省去放電加工工序，消除了放電加工所帶來(lái)的表面硬化問(wèn)題，減少或免除了人工光整加工 [10]。 針對(duì) 軸加工中心和 控系統(tǒng) [11]，通過(guò) 逐一完成機(jī)床類型及技術(shù)參數(shù)定制、旋轉(zhuǎn)軸超限時(shí)的處理、數(shù)控系統(tǒng)定制、程序和刀軌參數(shù)的設(shè)置、 據(jù)的定義和 后置處理文件列表 等具體內(nèi)容，最后獲得符合 軸加工中 心 的后置處理器。 五軸加工中心是加工復(fù)雜零件的現(xiàn)代化設(shè)備，由于五軸加工的復(fù)雜性，后置處理器的開(kāi)發(fā)越來(lái)越復(fù)雜，近年來(lái)考慮到機(jī)床結(jié)構(gòu)和便于排屑等因素又出現(xiàn)了一些帶傾斜轉(zhuǎn)臺(tái)或者傾斜擺主軸頭的特殊結(jié)構(gòu)的五軸加工中心，這都對(duì)后置處理器的開(kāi)發(fā)提出了新的要求，后置處理問(wèn)題解決不好，輕則不能發(fā)揮加工設(shè)備的新功能和加工效率上的優(yōu)勢(shì)，造成大材小用，重則由于程序問(wèn)題造成生產(chǎn)事故。因此本課題針對(duì) 二、國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)（含文獻(xiàn)綜述）： 置處理技術(shù) 研究現(xiàn)狀 關(guān)于通用后置處理器的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，國(guó)外已經(jīng)非常成熟和普及，當(dāng)前所有的圖形交互式自動(dòng)編程 12]。如 以圖形方式創(chuàng)建從二軸到五軸的后處理程序。其后置處理器主要由事件生成器、事件處理器和定義文件三部分組成，它們一起將刀具路徑轉(zhuǎn)換成為一系列數(shù)控機(jī)床能夠直接讀取和執(zhí)行的數(shù)控程序 [13]。而 處理器完全針對(duì)應(yīng)用很廣泛的日本 用開(kāi)放式功能型數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)設(shè)計(jì)，允許用戶根據(jù)特定數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)的具體情況，在 而定制出適合該特定數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的專用后置處理器。使用 后再對(duì)該 改動(dòng)后的 14]。加拿大 0％以上的 可以讀取所覆蓋的 制所覆蓋的 樣英國(guó) 15] [16] [17]。 在國(guó)內(nèi)來(lái)說(shuō)，比較成熟和普及的自動(dòng)編程 發(fā)的 制造工程師） 軟件， 它采用通用后置處理器，可以提供常見(jiàn)的數(shù)控系統(tǒng)后置處理格式，而且用戶還可以自定義專用數(shù)控系統(tǒng)的后置處理格式 [18]。但該軟件有較大的局限性，只適用于一般的銑削加工，在解決 果零件中涉及到孔的 加工，將不能生成相應(yīng)的程序代碼 [19]。華中理工大學(xué)的張利波等人提出了一種基于配置文件的開(kāi)放式數(shù)控編程通用后置處理模型，定義了配置文件的語(yǔ)法規(guī)則，給出了配置文件的 在 對(duì)于多軸數(shù)控加工的后置處理還是不能通用 [20]。程筱勝等人對(duì)南京航空航天大學(xué)的超人 發(fā)了具有交互式圖形系統(tǒng)的通用后置處理程序，盡管該后置處理系統(tǒng)具有很好的可靠性和較強(qiáng)的通用性，但超人。北京航空航天大學(xué)的曾愛(ài)華等人，以通用化、結(jié)構(gòu)化、模塊化的基本設(shè)計(jì)思想對(duì)通用后置處理系統(tǒng)作了總體的分析，對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和程序?qū)崿F(xiàn)作了具體描述，并為系統(tǒng)的通用化、實(shí)用化和商品化提供了必要的條件，但是該系統(tǒng)只能滿足一般的兩軸半和三軸數(shù)控銑加工自動(dòng)編程的需要 [21]。正因?yàn)槿绱耍瑢Ｓ煤筇幚砥鏖_(kāi)發(fā)已成為數(shù)控自動(dòng)編程的一個(gè)急需解決的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。 專用后置處理器開(kāi)發(fā)和應(yīng)用不如通用后置處理器那樣成熟和普及，因?yàn)閷Ｓ煤笾锰幚砥魉鎸?duì)的各種數(shù)控系統(tǒng)的專用性、特殊性和互不兼容性等特點(diǎn)使得開(kāi)發(fā)總工作量巨大，導(dǎo)致專用后置器開(kāi)發(fā)相對(duì) 薄弱。國(guó)外對(duì)專用后置處理器開(kāi)發(fā)和應(yīng)用相當(dāng)重視，加拿大滑鐵盧大學(xué)機(jī)械系就以其 實(shí)驗(yàn)室的一臺(tái) 用 現(xiàn)了專用后置處理器的開(kāi)發(fā)，已在該加工中心得到了驗(yàn)證 [22]。 國(guó)內(nèi)像信息產(chǎn)業(yè)部第 39所曹永新和任林杰就曾在武漢重型機(jī)械廠 用的數(shù)控系統(tǒng)是國(guó)產(chǎn)的華中－ 系統(tǒng)最大的優(yōu)勢(shì)就是經(jīng)濟(jì)，其缺陷是一般的自動(dòng)編程軟件中沒(méi)有支 持它的后置處理器），專門為此數(shù)控系統(tǒng)和車床設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了其專用后置處理器 將其集成到 際加工效果良好。武漢工業(yè)學(xué)院陳文革和尹芳根據(jù) 02構(gòu)、控制系統(tǒng)的編程原理和通信接口的要求，對(duì)完全滿足數(shù)控編程加工的生產(chǎn)需要 [23]。廣東富士康模具公司的鄧德軍根據(jù) 610加工中心配置德國(guó)西門子 點(diǎn)，選擇 開(kāi)發(fā)平臺(tái)，成功地為 610加工中心開(kāi)發(fā)了專用后置處理器。 韓建軍對(duì) 于一個(gè)回轉(zhuǎn)軸、三個(gè)移動(dòng)軸的 24]。 王啟富等人用 開(kāi)發(fā) 5]。祝益軍針對(duì) C＋＋ 環(huán)境下開(kāi)發(fā)了后置處理軟件 [26]。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)的陳輝等人基于 發(fā)了并聯(lián)機(jī)床后置處理器，用于六軸或七軸并聯(lián)機(jī)床的后置處理 [27]。 置處理技術(shù)發(fā) 展趨勢(shì) （ 1）面向通用化 專用 后置處理系統(tǒng)將機(jī)床特性直接編入后置處理程序中，只能適應(yīng)于一種或一個(gè)系列機(jī)床，對(duì)于不同的數(shù)控裝置和數(shù)控機(jī)床 還 必須 要 有不同的專用后置處理程序。 而一般的 通用后置處理系 統(tǒng)將后置處理程序功能 通用化，能針對(duì)不同類型的數(shù)控系統(tǒng)對(duì)刀位原文件進(jìn)行后置處理，輸出數(shù)控程序。 而且在 一般情況下，通用后置處理系統(tǒng) 只 要求輸入標(biāo)準(zhǔn)格式的刀位原文件， 再 結(jié)合數(shù)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)文件或機(jī)床特性文件， 就可以輸出 符合該數(shù)控系統(tǒng)指令集及格式的數(shù)控程序。 除了以上優(yōu)點(diǎn)外 ,通用后置處理程序 還 采用開(kāi)放結(jié)構(gòu)，以數(shù)據(jù)庫(kù)文件方式，由用戶自行定義機(jī)床運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)和控制指令格式，擴(kuò)充應(yīng)用系統(tǒng)，使其適合于各種機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)，具有通用性 , 因此通用后置處理器是后置處理技術(shù)發(fā)展的方向 。 (2)面向高速加工 高速數(shù)控加工，是一種以高主軸轉(zhuǎn)速、快速進(jìn)給、較小的切削深度和間距為加工特征的高效率、高精度數(shù)控加工方式，它不僅對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)和數(shù)控系統(tǒng)提出了新的要求，對(duì)于加工工藝的規(guī)劃、工藝參數(shù)的設(shè)置和加工約束的設(shè)置也提出了新的要求。 普通數(shù)控加工中， 成的數(shù)控程序量大，運(yùn)算時(shí)間長(zhǎng)。 高速數(shù)控加工中采用 過(guò)控制點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)矢量和權(quán)三個(gè)變量來(lái)表達(dá)自由曲線，對(duì)復(fù)雜曲面加工的程序量可減少 1／ 2以上，加工時(shí)間縮短 1／ 3以上，加工精度更高。 統(tǒng)生成 生巨量微小直線數(shù)據(jù)，經(jīng)后置處理轉(zhuǎn)換為 接產(chǎn)生 將已產(chǎn)生的巨量微小直線經(jīng)后置處理生成 過(guò)轉(zhuǎn)換軟件，變換為 第二種方法不存在將線性刀軌轉(zhuǎn)換成 度特別 高，但實(shí)現(xiàn)難度大。 （ 3）校核與處理非線性運(yùn)動(dòng)誤差 6 具運(yùn)動(dòng)的包絡(luò)面與加工表面之間存在逼近誤差，根據(jù)誤差的大小決定走刀步長(zhǎng)和加工帶寬度。尤其在多軸聯(lián)動(dòng)加工時(shí)，由于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的影響，機(jī)床各坐標(biāo)線性插補(bǔ)的合成運(yùn)動(dòng)使得實(shí)際刀位運(yùn)動(dòng)偏離編程直線，產(chǎn)生非線性運(yùn)動(dòng)誤差。由于該誤差的大小與機(jī)床運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)有關(guān)，在通用化的前置處理中難以處理。因此，在后置處理中應(yīng)根據(jù)具體機(jī)床結(jié)構(gòu)對(duì)非線性運(yùn)動(dòng)誤差進(jìn)行校驗(yàn)，若誤差超出允許范圍，需對(duì)相應(yīng)的刀位點(diǎn)作修正處理。 （ 4）發(fā)展到 統(tǒng)之間沒(méi)有統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型。 數(shù)據(jù)信息通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口的方式傳遞 統(tǒng)，即使是在一體化的集成 統(tǒng)中，信息的共享也只是單向的和單一的。 1997年歐共體提出了 產(chǎn)品數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn) 新定義了 要求 包括幾何數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)和制造特征 )，加上工藝的信息和刀具信息。直接產(chǎn)生加工程序來(lái)控制機(jī)床，不存在單獨(dú)的 刀具路徑文件，廢棄了 代碼，從而不再需要后置處理系統(tǒng)。目前 中較具代表性的研究項(xiàng)目有歐洲的 國(guó)的 本的 相應(yīng)的現(xiàn)有數(shù)控系統(tǒng)和 統(tǒng)都需更新或廢棄，目前這不是短期內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)的事。 三、研究?jī)?nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案： 究?jī)?nèi)容 （ 1）通過(guò) 置處理器設(shè)置機(jī)床參數(shù)、 工程序格式和輸出文件格式，生成 (2)利用 置處理器 ,實(shí)現(xiàn)模態(tài) 輔助功能指令 輸出和非模態(tài)輔助功能指令循環(huán) 32 的輸出 。 (3)通過(guò)用戶自定義功能 ,以 言為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言 ,實(shí)現(xiàn)在生成 序的同時(shí)輸出總加工時(shí)間、每道工序的加工時(shí)間和刀具信息 。 (4)專用后置處理程序與 成 。 驗(yàn)方案 (1）了解 控系統(tǒng) 和 軸加工中心的機(jī)床結(jié)構(gòu) (2) 基于 發(fā) 置處理程序 ,生成 軸加工中心的 7 特性數(shù)據(jù)文件 . (3) 根據(jù)實(shí)際加工過(guò) 程和加工結(jié)果，修正理論并總結(jié)方法。 四、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度 標(biāo) 針對(duì)復(fù)雜曲面零件，基于現(xiàn)有的 統(tǒng)和 統(tǒng)，研究其自動(dòng)編程技術(shù)、走刀路徑規(guī)劃、后置處理技術(shù) 。 要特色 （ 1）實(shí)現(xiàn)了在通用后置處理基礎(chǔ)上快速有效地開(kāi)發(fā)數(shù)控機(jī)床的專用后置處理器，解決了用高級(jí)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言從頭編寫專用后置處理器的繁瑣過(guò)程。 （ 2）運(yùn)用 成的數(shù)控加工程序無(wú)需手工修改就可以直接輸入數(shù)控機(jī)床進(jìn)行產(chǎn)品加工，從而解決了通用后置處理器產(chǎn)生的數(shù)控程 序需人 工進(jìn)行二次修改的繁瑣過(guò)程。 （ 3）充分發(fā)揮了 而使加工中心的強(qiáng)大功能得到了充分的發(fā)揮。 （ 4）有效地解決了 體化技術(shù)的推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。 作進(jìn)度 1. 開(kāi)題報(bào)告、查閱資料、外文翻譯（ 6000 字符 ) 3 周 2. 研究 控系統(tǒng)和 3 周 3. 生成 軸加工中心的特性數(shù)據(jù)文件 2 周 4. 輸出模態(tài)和非模態(tài)輔助功能指令 3 周 5. 輸出總加工時(shí)間、每道工序的加工時(shí)間和刀具信息 2 周 G 集成 1 周 7. 撰寫畢業(yè)論文 3 周 8. 答辯準(zhǔn)備及畢業(yè)答辯 1 周 五、參考文獻(xiàn) [1] 周濟(jì) ,周艷紅 ,數(shù)控加工技術(shù) ,北京 :國(guó)防工業(yè)出版社 ,2002 [2] 劉雄偉 ,數(shù)控加工理論與編程技術(shù) ,北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,2002 [3] 司 北 京 辦 事 處 , 尋 求 完 美 的 后 置 處 理 程 序 , 制 造 業(yè) 信 息化 ,2003,(4):994] 王衛(wèi)兵 ,X 數(shù)控編程實(shí)用教程 ,北京 :清華大學(xué)出報(bào)社 ,2004 [5] 李佳 ,朱心雄 ,通用后置處理系統(tǒng)介紹 ,計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造 ,1996,(6):196] 楊勝群 ,X 數(shù)控加工技術(shù) ,北京 :清華大學(xué)出版社 ,2006 8 [7]熊清平 ,張正勇等 ,統(tǒng)巨量 序解釋實(shí)現(xiàn)的方法 ,中國(guó)機(jī)械工程 ,1999,10(6):6738]雷大江 ,周茂書 ,五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工后置處理器的定制 ,工程物理研究院科技年報(bào) ,2004,(1):1269] 梁訓(xùn)塇 ,我國(guó)機(jī)床工業(yè)已跨入世界行列第一方陣 ,組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù) ,2003,(8):110]1992,41(2):63711] s 12] 實(shí)用數(shù)控加工技術(shù)委員會(huì) ,實(shí)用數(shù)控加工技術(shù) ,北京 :兵器工業(yè)出版社 ,1995 [13] 安杰 ,鄒昱章 ,北京 :清華大學(xué)出版社 ,2002 [14] 王衛(wèi)兵 ,教程 ,北京 :清華大學(xué)出版社 ,2004 [15] AE of 999,39(1):3316] of 001,115(3):28417] a of 997,13(9):65818] 楊國(guó)平 ,000教程 ,北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,2001 [19] 鐘見(jiàn)琳 ,陳秀梅等 ,機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 ,2002,(2):8820] 張利波 ,周濟(jì) ,開(kāi)方式數(shù)控編程通用后置處理器 ,機(jī)械與電子 ,1996, (4): 321] 曾愛(ài)華 ,數(shù)控加工系統(tǒng)中通用后置處理系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn) ,計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造，1996,(1):2622] 茍琪等編著 ,北京 :機(jī)械工業(yè)出版社， 2003 [23] 陳文革 ,尹芳 ,基于 005,(3):3624] 韓建軍 ,圖形軟件 其后置處理程序設(shè)計(jì) ,天津理工學(xué)院學(xué)報(bào) ,1999,15(2):9425] 王啟富，袁輝， C 后置處理的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用， 制造業(yè)信息化， 2003, (11):8826] 祝益軍 ,五軸加工中心 昌河科技 ,2004,(3):1527] 陳輝 ,王知行等 ,基于 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào) ,2002, (5): 839