陶華，許明恒

(1.西南交通大學(xué)，四川成都 610031;2.四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川德陽(yáng) 618000)

數(shù)控技術(shù)是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的形狀和結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，對(duì)零件加工質(zhì)量的要求也越來(lái)越高［1］。一些形狀特殊的零件，需要與之相適應(yīng)的特殊方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。文中以彎頭管道的兩個(gè)接頭加工為例，根據(jù)彎頭管道接頭的位置特點(diǎn)，對(duì)普通數(shù)控銑床進(jìn)行了改造。改造后得到一個(gè)雙主軸銑床，用UG CAM 對(duì)其進(jìn)行編程得到刀具軌跡。在編程中使用的坐標(biāo)系為以接頭端面圓中心為原點(diǎn)的正交坐標(biāo)系，這與改造后機(jī)床的物理軸不相符合，必須對(duì)機(jī)床進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)求解、刀軸矢量分解轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行了后置處理器的開(kāi)發(fā)和刀位文件的后置處理等操作。

1 零件加工方案的確定與機(jī)床結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)方式分析

該管道連接一壓力容器，本身也要承受極大的熱壓，所以加工中，接頭部分不能用焊接完成。零件彎頭角度為56.4°，同時(shí)，兩接頭不在同一平面，相交45°，彎頭管道三維模型如圖1 所示，零件圖如圖2所示，一般三軸機(jī)床難以實(shí)現(xiàn)加工。由于五軸機(jī)床價(jià)格昂貴，于是另辟蹊徑，對(duì)普通數(shù)控銑床實(shí)施改造，做成一個(gè)雙主軸的數(shù)控銑床，讓它能適應(yīng)零件加工的要求。圖3 為加工時(shí)的情況。

改造后的數(shù)控銑床，其中一個(gè)為普通臥式數(shù)控銑床，用以加工接頭B，另一個(gè)主軸則與彎頭上的接頭A 相一致。為了適應(yīng)旋轉(zhuǎn)后的接頭加工，在原來(lái)的銑床上加上了一個(gè)主軸，這個(gè)主軸上裝刀具，充當(dāng)變化后的Z 軸，與接頭上表面垂直。即相當(dāng)于在原來(lái)的數(shù)控機(jī)床上，將Z 軸在ZX 平面旋轉(zhuǎn)45°，在YZ 平面上旋轉(zhuǎn)56.4°。這樣就形成了一個(gè)非正交軸數(shù)控銑床。如圖4 所示。

圖1 彎頭管道三維模型

圖2 彎頭管道零件圖

圖3 加工情況

圖4 彎頭坐標(biāo)合成

2 UG CAM 編程得到刀位文件

用UG CAM 進(jìn)行編程。在編程中，按照正交坐標(biāo)進(jìn)行編程。用CAM 模塊中的固定輪廓銑(FIXED_CONTOUR)進(jìn)行編程，“驅(qū)動(dòng)方法”選用“曲面”方式，“切削模式”選用“螺旋”，“步距”為“殘余高度”，最大殘余高度為1，“投影矢量”選用“垂直于驅(qū)動(dòng)體”?？傻玫盾壢鐖D5、6、7、8所示。

圖5 粗加工刀軌

圖6 粗加工切削仿真圖

圖7 焊接坡口1 粗加工刀軌

圖8 焊接坡口2 粗加工刀軌

3 刀軸矢量轉(zhuǎn)換及后置處理算法

前置處理得到的刀位文件中的刀位數(shù)據(jù)是基于編程坐標(biāo)系的刀心坐標(biāo)和刀軸矢量［2］，在后置處理過(guò)程中需要將它們轉(zhuǎn)換成為機(jī)床的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)。不同類型運(yùn)動(dòng)關(guān)系的數(shù)控機(jī)床需要的轉(zhuǎn)換方法是不同的。但是，從數(shù)學(xué)角度來(lái)看，其實(shí)質(zhì)就是通過(guò)圖形的坐標(biāo)變換，把工件坐標(biāo)系下的刀軸矢量繞機(jī)床坐標(biāo)系中的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)后，把刀位文件中在工件坐標(biāo)系下的刀心點(diǎn)坐標(biāo)變換成機(jī)床坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。即將Z'軸矢量，用平行四邊形法則，分解到X'軸和Y'軸上，如圖9 所示。

作如下設(shè)定:工件坐標(biāo)系OXY，刀具繞坐標(biāo)軸X旋轉(zhuǎn)56.4°，繞坐標(biāo)軸Y 旋轉(zhuǎn)45°，如圖6 所示。刀軸矢量可表示為:

圖9 坐標(biāo)系的變換

變換后得

刀心點(diǎn)在工件坐標(biāo)系合成矢量得

4 后置處理程序的開(kāi)發(fā)并生成NC 代碼

TCL 是工具控制語(yǔ)言(Tool Control Language)的縮寫，是一種交互式解釋性計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，幾乎可以在所有的平臺(tái)上解釋運(yùn)行，有強(qiáng)大的功能和簡(jiǎn)單的語(yǔ)法，具有很強(qiáng)的可擴(kuò)充性和可移植性，嵌入U(xiǎn)G NX系統(tǒng)中，通常用于CAM 中后置處理程序和加工文檔處理程序［3］。

利用TCL 語(yǔ)言編制后處理程序有兩個(gè)任務(wù):(1)完成定義文件的編寫;(2)完成事件處理文件的編寫。事件后處理輸出的數(shù)據(jù)格式是由事件定義文件控制的，加工過(guò)程中每個(gè)事件的處理方式是由事件處理文件控制的?？梢酝ㄟ^(guò)NX/Post Builder 建立事件定義文件和事件處理文件的程序框架，這樣來(lái)快速地搭建后處理程序框架。根據(jù)實(shí)際情況，在程序框架中通過(guò)TCL 語(yǔ)言，添加用戶化的內(nèi)容。

此次加工中，TCL 部分代碼如下:

5 結(jié)束語(yǔ)

文中的彎頭零件，是一個(gè)典型的特殊形狀的零件。在不具備五軸機(jī)床的條件下，改造出雙主軸數(shù)控銑床。非正交坐標(biāo)軸機(jī)床，機(jī)床坐標(biāo)軸的結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)分析很關(guān)鍵，通過(guò)分析后將刀軸矢量分解轉(zhuǎn)換，做成后置處理器，將編程得到的刀位軌跡轉(zhuǎn)換成機(jī)床可以識(shí)別的NC 代碼。這為人們?cè)诩庸み^(guò)程中廣開(kāi)思路，靈活多變地應(yīng)對(duì)越來(lái)越復(fù)雜、特殊的工件提供了很好的參考。

［1］孫國(guó)平.基于UG 的五軸加工中心的后處理［D］.無(wú)錫:江南大學(xué)，2009:23 -25.

［2］唐清春.基于UG 四軸聯(lián)動(dòng)專用后置處理軟件開(kāi)發(fā)［J］.機(jī)床與液壓，2010，38(22):29 -30.

［3］劉東杰.應(yīng)用TCL 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)非正交五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床后置處理［J］.光電技術(shù)應(yīng)用，2010，25(1):76 -77.

［4］曾強(qiáng).基于UG 的Heidenhain 系統(tǒng)五軸專用后置處理器研究［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2012，8(12):1914 -1915.

［5］JOURANI A，DURSAPT M.Effect of the Belt Grinding on the Surface Texture:Modeling of the Contact and Abrasive Wean［J］.Wear，2005，259:1137 -1143.

［6］NEWMAN W M，SPROULL R E.Principles of Interactive Computer Graphics［M］.New York:MeCtraw-Hill，2008:156 -186.