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基于 MasterCAM9. 1 的 VM-32SA 立式加工中心后置處理優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究

2020-2-24 來源：- 作者：-

摘要: 以 VM-32SA 加工中心四軸機(jī)床的 NC 程序的要求為研究對(duì)象，重點(diǎn)闡述了對(duì) MasterCAM9. 1 自帶后處理文件進(jìn)行修改、優(yōu)化的關(guān)鍵技術(shù)，制定出符合 VM-32SA 機(jī)床需求的后置處理文件。以搓接鼓實(shí)際加工過程為例，檢驗(yàn)后置出來NC 程序的正確性。實(shí)踐結(jié)果表明: 加工過程沒有出現(xiàn)報(bào)警，而且加工的零件能滿足規(guī)定的精度要求，從而驗(yàn)證四軸后置文件的正確性，對(duì)其他控制系統(tǒng)機(jī)床的后置修改有一定的參考作用。

關(guān)鍵詞: MasterCAM9. 1 軟件; 后置處理; 優(yōu)化設(shè)計(jì); VM-32SA 加工中心

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，CAD/CAM 技術(shù)被廣泛應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，但由于市場上數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)和數(shù)控系統(tǒng)的多樣性，機(jī)床對(duì) NC 代碼的格式要求不一樣，所以 CAD/CAM 軟件自帶的后置處理文件生成的NC 程序不能完全滿足要求，還需要做大量的修改工作，嚴(yán)重地影響加工效率。為提高自動(dòng)編程效率，充分發(fā)揮自動(dòng)編程的優(yōu)勢，作者擬在 MasterCAM9. 1 軟件自帶后處理文件的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改、優(yōu)化，制定出符合 VM-32SA 立式加工中心的后置處理文件，生成正確的 NC 程序，并通過產(chǎn)品加工驗(yàn)證了該程序的正確性。

1 、四軸機(jī)床結(jié)構(gòu)和程序格式特點(diǎn)分析及問題提出

1. 1 VM-32SA 加工中心結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及相關(guān)參數(shù)

友嘉 VM-32SA 加工中心為四軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床，機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及各運(yùn)動(dòng)軸參數(shù)是后處理內(nèi)容的核心，而機(jī)床的控制系統(tǒng)則決定了輸出 NC 程序中 G 代碼的格式。因此，在進(jìn)行機(jī)床后處理程序構(gòu)建之前，必須充分了解機(jī)床的結(jié)構(gòu)參數(shù)和控制系統(tǒng)，才能保證運(yùn)行后處理程序時(shí)，能滿足機(jī)床安全性及符合系統(tǒng)兼容性的要求。

VM-32SA 加工中心配 FANUC 數(shù)控系統(tǒng)，采用三軸直線機(jī)床加第四軸數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)的形式，工作行程 X軸為 800 mm、Y 軸 520 mm、Z 軸為 505 mm; A 軸為－ 99 999. 999° ～ 99 999. 999°; 工作臺(tái)面 520 mm × 950mm; 主軸轉(zhuǎn)速 60 ～ 8 000 r / min; 功率 11 kW; 刀庫容量 22 把刀。

1. 2 程序及程序格式特點(diǎn)

( 1) 程序格式包括程序名、程序起始、刀具交換、加工過程、切削循環(huán)和程序結(jié)尾。FANUC 數(shù)控系統(tǒng)的程序名以%開頭，程序名為以 O 開頭后面帶 4位整數(shù)，如 O1234。( 2) 四軸功能: 手動(dòng)或手輪方式下控制第四軸旋轉(zhuǎn)，在自動(dòng)和 MDI 的方式下，用程序控制第四軸旋轉(zhuǎn)，M25、M26 指令控制旋轉(zhuǎn)控制臺(tái)的夾緊與放松，并且旋轉(zhuǎn)臺(tái)松開才能旋轉(zhuǎn)。即在 NC程序中 A 角度出現(xiàn)前要有 M26 出現(xiàn)，A 角度出現(xiàn)后要有 M25 出現(xiàn)，對(duì)工件夾緊了才可以加工。 ( 3)一個(gè) NC 程序里面只允許出現(xiàn)一個(gè)坐標(biāo)系。 ( 4) 換刀返回參考點(diǎn)時(shí)，返回第二參考點(diǎn)即 G30 Z0，G30X0，Y0。

1. 3 問題的提出

MasterCAM 是美國數(shù)控軟件公司所開發(fā)的 CAD /CAM 系統(tǒng)軟件，由于其卓越的加工功能，在世界上有眾多的忠實(shí)用戶，廣泛應(yīng)用于武器、航空、船舶、模具等機(jī)械領(lǐng) 域。其可靠的刀具路徑效驗(yàn)功能使MasterCAM 可模擬零件加工的整個(gè)過程，模擬中不但能顯示刀具和夾具，還能檢查出刀具和夾具與被加工零件的干涉、碰撞情況，真實(shí)反映加工過程中的實(shí)際情況，不愧為一優(yōu)秀的 CAD/CAM 軟件。但在實(shí)際生產(chǎn)中，NC 程序的自動(dòng)生成受到軟件的后處理文件功能的控制，MasterCAM9. 1 自帶后處理文件是針對(duì) FANUC 數(shù)控系統(tǒng)的要求開發(fā)的。用戶需要根據(jù)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)、機(jī)床特點(diǎn)、加工操作者習(xí)慣等對(duì) Mas-terCAM9. 1 軟件自帶的 Pst 文件進(jìn)行編輯修改，以滿足選定的數(shù)控系統(tǒng)的需要。

例如: ( 1) VM-32SA加工中心在進(jìn)行四軸旋轉(zhuǎn)定面加工時(shí)，NC 程序只需要一個(gè)坐標(biāo)系 G54，但 MasterCAM9. 1 軟件自帶的 Pst文件處理出來的 NC 程序會(huì) 出現(xiàn) G55、G56、G57、G58、G59、G54. 1p1、……、 G54. 1p18 等多個(gè)坐標(biāo)系，而且每增加一個(gè)旋轉(zhuǎn)定面，后置出來的 NC 程序中就會(huì)增加一個(gè)坐標(biāo)系，如圖 1 所示。

圖 1 自帶后處理文件后置 NC 程序圖

( 2) VM-32SA 加工中心在自動(dòng)和 MDI 的方式下，用程序控制第四軸旋轉(zhuǎn)，M25、M26 指令控制旋轉(zhuǎn)控制臺(tái)的夾緊與放松，并且旋轉(zhuǎn)臺(tái)松開才能旋轉(zhuǎn)，如果沒有 M26、M25 指令機(jī)床就會(huì)報(bào)警，停止運(yùn)行。但MasterCAM9. 1 自帶后處理文件處理出來的 NC 程序沒有 M26、M25 指令，它不能滿足 VM-32SA 加工中心的實(shí)際加工。 ( 3) VM-32SA 加工中心自動(dòng)換刀返回參考點(diǎn)是第二參考點(diǎn)，即 G30 Z0，G30 X0，Y0，而MasterCAM9. 1 自帶后處理文件處理出來的 NC 程序自動(dòng)換刀返回參考點(diǎn)是第一參考點(diǎn)，即 G28 Z0，G28X0，Y0，也不能滿足 VM-32SA 加工中心的實(shí)際加工。因此，有必要針對(duì)該機(jī)床開發(fā)專用的后置處理程序，以滿足教學(xué)、實(shí)際生產(chǎn)加工的需要，發(fā)揮 Mas-terCAM9. 1 軟件 CAM 模塊的最佳效果，從而提高生產(chǎn)效益。

作者經(jīng)過大量的探索嘗試，對(duì) MasterCAM 自帶的后處理文件作一些修改、優(yōu)化，使后置出來的 NC程序不需要人工處理，便可使用于 VM-32SA 加工中心上。下面是作者結(jié)合現(xiàn)有 VM-32SA 加工中心，對(duì)MasterCAM9. 1 后處理文件所做的修改、優(yōu)化。

2 、問題解決方案

2. 1 出現(xiàn)多坐標(biāo)系問題分析及解決方案

在四軸加工中，當(dāng)一個(gè)工件幾個(gè)面的加工內(nèi)容相同時(shí)，例如加工搓接鼓零件，因?yàn)榭讏A周均勻分布，所以只需做一個(gè)孔加工的刀具路徑，通過路徑轉(zhuǎn)換里面的旋轉(zhuǎn)刀路來實(shí)現(xiàn)對(duì)其余各孔的加工，如圖 2 所示。但在旋轉(zhuǎn)定面刀具路徑后，后置出來的 NC 程序中會(huì)隨著旋轉(zhuǎn)定面次數(shù)的增加坐標(biāo)系遞增。一個(gè)加工 24 個(gè)孔的刀具路徑，后置出來的 NC 程序坐標(biāo)系會(huì)遞增，坐標(biāo)系從 G54 遞增到 G54. 1P18。在實(shí)際加工中，容易造成事故。解決上述問題的方案如下: 通過修改和優(yōu) 化 MasterCAM9. 1 后處理文件，在文件中找到程序塊名 pwcs 的源代碼，并做修改，如表 1 所示。

圖 2 搓接鼓零件圖

表 1 程序塊名 pwcs 中源代碼修改

上述采用 G54 是因?yàn)樽髡吡?xí)慣用 G54，如果 G54被占用了，只要把 G54 替換成 G55 或其他坐標(biāo)即可，然后在程序里找到 force_wcs : yes #Force WCS outputat every toolchange? 看 force _ wcs 后面是 “NO” 還是“YES”，如果是 “NO”，那么修改為 “YES”。

2. 2 不出現(xiàn) M26、M25 問題分析及解決方案

由于 MasterCAM9. 1 自帶后處理文件處理出來的NC 程序沒有 M26、M25 指令，把后置出來的程序上傳到 VM-32SA 加工中心進(jìn)行加工時(shí)，機(jī)床就會(huì)報(bào)警，停止運(yùn)行。有的操作人員通過手動(dòng)修改 NC 程序，在A 角度前添加 M26 指令，在 A 角度后添加 M25 指令，這種方法比較麻煩，自動(dòng)化程度低，非常耗時(shí)，效率很低，且容易出錯(cuò)。所以優(yōu)化和修改 Mastercan9. 1 后處理文件是最高效、最安全的方案。方案如下: 打開Mastercan9. 1 后處理文件，在文件中找到程序塊名psof、ptlchg 的源代碼，并做修改，如表 2、表 3 所示。

表 2 程序塊名 psof 中源代碼修改

表 3 程序塊名 ptlchg 中源代碼修改

2. 3 返回參考點(diǎn)問題分析及解決方案

一般來說，“回零”操作也就是回 “參考點(diǎn)”指的是第一參考點(diǎn)，主要作用是建立機(jī)床坐標(biāo)系。如果機(jī)床上有自動(dòng)換刀、自動(dòng)拖盤交換器等則需要第二、第三參考點(diǎn)，也就是確定它們?cè)跈C(jī)床上的位置后，才能執(zhí)行換刀或交換托盤動(dòng)作。通過 G28 指令執(zhí)行快速復(fù)歸的點(diǎn)稱為第一參考點(diǎn) ( 原點(diǎn)) ，通過 G30 指令復(fù)歸的點(diǎn)稱為第二、第三或第四參考點(diǎn)，也稱為返回浮動(dòng)參考點(diǎn)。VM-32SA 加工中心的自動(dòng)換刀返回參考點(diǎn)是第二參考點(diǎn)，即 G30 Z0，G30 X0，Y0，而MasterCAM9. 1 后處理文件出來的返回參考點(diǎn)是第一參考點(diǎn)，即 G28 Z0，G28 X0，Y0。為了解決上述的問題，打開 Mastercan9. 1 后處理文件，在文件中找到程序塊名 psof 的源代碼，并做修改，如表 4 所示。

表 4 程序塊名 psof 中源代碼修改

將用上述方法修改和優(yōu)化的 MasterCAM9. 1 后置NC 文件保存為 VM-32SA-4AXIS. PST，下面以搓接鼓自動(dòng) 編程加工為例，驗(yàn) 證后置文件 VM-32SA-4AXIS. PST 的準(zhǔn)確性。

3 、以搓接鼓加工為例

在 MarsterCAM 軟件中利用 CAM 模塊完成加工類型、加工形狀、加工刀具選擇、加工余量及切削參數(shù)及其他加工參數(shù)的設(shè)置，編制刀具路徑。由于特征在圓周上分布均勻，只要做出一個(gè)的刀路，利用 Mas-terCAM 軟件四軸加工編程的旋轉(zhuǎn)功能來加工其余的特征。方法: 在操作管理器中鼠標(biāo)右鍵單擊 “刀具路徑”、“路徑轉(zhuǎn)換”、“旋轉(zhuǎn)”，在旋轉(zhuǎn)界面里設(shè)置參數(shù)，旋轉(zhuǎn)次數(shù)為 n－1 次，旋轉(zhuǎn)角度為 360 /n，其中 n為特征圓周分布的數(shù)量，然后選擇 “對(duì)視角旋轉(zhuǎn)”完成其余的 23 個(gè)孔定孔中心工作。

模擬仿真加工結(jié)果如圖 3 所示，實(shí)體切削仿真完成后，滿足加工要求，保存文檔，執(zhí) 行后處理，文件選取 VM-32SA-4AXIS. PST，打開 Save NCI、Save NC 檔及 Edit，確定后系統(tǒng)自動(dòng)生成 NCI 文件和 NC 加工程序。VM-32SA-4AXIS. PST 文件后置出來的 NC 程序如圖 4、圖5 所示。把后置處理的 NC 程序上傳到 VM-32SA 加工中心進(jìn)行實(shí)際切削驗(yàn)證，完全符合 VM-32SA 加工中心的要求。實(shí)際加工結(jié)果如圖 6 所示。對(duì)其工件進(jìn)行測量，實(shí)踐結(jié)果表明: 能滿足零件加工的精度要求，從而驗(yàn)證四軸后置處理的正確性。

圖 3 搓接鼓模擬加工圖

圖 4 優(yōu)化后坐標(biāo)系及四軸松開和夾緊 NC 程序圖

圖 5 優(yōu)化后返回參考點(diǎn) NC 程序圖

圖 6 實(shí)際完成加工圖

4 、結(jié)束語

作者經(jīng)過反復(fù)修改與調(diào)試，成功地開發(fā)出了適合VM-32SA 機(jī)床應(yīng)用的 MasterCAM 9. 1 后處理程序文件。通過實(shí)踐檢驗(yàn)，成功地解決了實(shí)際教學(xué)和實(shí)際生產(chǎn)中的問題。后置出來的 NC 程序不用手動(dòng)修改，就可以直接上傳到機(jī)床加工，大大縮短了程序的修改及加工時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。

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