二轴联动数控裱花机自动编程系统设计 毕业设计.doc
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1、目 录摘 要III关键词IIIAbstractIVKey wordsIV1 绪论11.1 选题的背景11.2 数控技术研究与发展状况11.2.1 国外的研究动态及发展趋势11.2.2 国内的研究动态及发展趋势31.3 课题研究的意义31.4 课题的技术路线及主要研究内容41.4.1 技术路线41.4.2 主要研究内容42 后置处理技术42.1 后置处理系统原理42.2 后置处理过程分析52.3 后置处理的数学理论62.3.1 坐标平移62.3.2 比例变换62.3.3 坐标旋转73 后置处理器实现平台及数控系统分析93.1 Pro/E软件概述93.1.1 Pro/NC功能分析93.1.2 Pr
2、o/NC刀位点文件分析113.1.3 Pro/NC后置处理功能分析123.2 数控系统代码特点分析153.2.1 数控系统文件头尾格式153.2.2 准备功能G代码163.2.3 辅助功能M代码163.2.4 固定循环特性164 基于Pro/E NC的蛋糕裱花后置处理174.1 概述174.2 数控加工操作与演示184.2.1 蛋糕整体制作184.2.2 蛋糕局部裱花224.2.3 蛋糕刻字操作244.3 后置处理器的创建254.4 数控程序文件输出285 总结与讨论295.1 总结305.2 讨论30参考文献31致谢33附录34二轴联动数控裱花机自动编程系统设计摘 要: Pro/E自带的后置
3、处理功能,能够独立完成和实现数控程序的自动编程。所谓的后置处理,是将加工刀具路径文件(CL文件)转换成数控机床能够操作和执行的数控程序的过程,其结果直接影响到加工产品的质量及生产效率。然而,目前国内许多CAD/CAM软件还停留在CAD的层面上,对CAM模块的技术掌握及应用效率并不是很高,其中非常关键的原因就是后置处理问题或者是CAM模块的刀位点数据文件即CL文件(Cutter Location Source File)不完全透明,使得后置处理程序开发技术难度大、配置复杂且价格昂贵。本文主要介绍了后置处理技术的数学基本理论,分析了后置处理开发过程及途径、Pro/E各功能特性及其后置处理开发平台功
4、能,比较了当今两大主流系统德国SIEMENS和日本FANUC两大数控系统编程指令的异同,并对NC数控程序与刀位点文件中各对应参数之间的关系进行了分析,接着开发符合要求的后置处理器,用以生成能够被数控机床识别的加工程序。最后,建立数控加工模块模型,利用Pro/E自带的数控加工仿真系统Vericut进行模拟仿真,输出数控程序。同时,这也为不同结构和型号的加工中心的后置处理提供了理论支持和经验借鉴。关键词:数控机床;后置处理;Pro/E;刀位文件;NC程序The Design on Automatic Programming System of Two-axis CNC Decorating and
5、 Dressing MachineAbstract: Pro/E has its own post processing capabilities, which can finish automatic programming of NC program. The so-called post processing is a procession that cutter location file is transformed into the NC(Number Control) programme carried out on the NC machine, it directly aff
6、ects machining quality and manufacture efficiency.Nowday, lots of CAD/CAM are stagnated the CAD, the apply efficiency of the CAM is low.However, the key to the question is problem of Post processing or the opacity of a few CAMcutter location source files, which cause the developing Post processing p
7、rogramme is difficulty on technology,disposition is complex and the price is high.This paper explicitly introduces the math theory and developing process of post processing technology, and analyzes the function characters of Pro/E, also including the developing platform of post processing in Pro/E,
8、compares the differences of the CNC programming instructions in the two main systems of Germany SIEMENS and Japan FANUC, also analyzes the relationship between the NC program and the cutter location file in the corresponding parameters, and then develops to meet the requirements of the Post processo
9、rs, which can be used to generate CNC machining programs identified.Finally,establishing a numerical control processing module model, using the Pro/E NC simulation system comes with Vericut for simulation, outputting the NC program. In the same time, it also provides the theoretical support and expe
10、rience for different structures and models of Post processing machining center.Key words: CNC machine tool; Post processing; Pro/E; Cutter location file; NC programIII1 绪论1.1 选题的背景数控加工技术是为适应复杂外形零件的加工而发展起来的一种自动化加工技术,它是集机械制造、计算机应用、自动化控制以及自动检测于一体的综合性技术。数控技术的研究起源于飞机制造业,美国密西根Traverse City Parsons公司的John
11、Parsons开始尝试利用轴曲率数据来控制机器的动作,用于切削加工复杂的飞机机身零件(直升机的螺旋桨回转翼)。后来,他还利用数学运算法为空军成功地示范刀具路径切削。1952年由美国空军与麻省理工学院(MIT)等合作研制而成的世界上第一台三坐标数控铣床(Cincinnati-Hydrotel立式数控铣床),从而揭开了数控加工技术的序幕。随后日本、德国、意大利等国家也先后出现自己的数控机床,我国也在1958年就开始数控的序幕,但发展步伐不快(马海涛,2005)。近年来,随着我国航天航空事业的飞跃发展,更多的新型研制产品层出不穷,从而使得传统的机械设计与制造方式发生着根本性的变化,特别是现代数控技术
12、的应用,采用计算机辅助数控编程,大大地缩短了产品的制造周期,加速了产品的更新换代,提高了产品的质量和竞争力,因而创造了显著的经济效益,为企业提供了广阔的发展空间。数控技术已是一个机械制造企业技术水平的重要标志,并且成为现代制造业的核心和发展军事工业的重要战略技术,更是衡量一个国家机械制造工业水平的重要标志(李爱红,2004)。后置处理是把加工刀具路径文件转换成某数控机床能直接执行的数控程序的过程。由于后置处理系统与具体的数控机床和数控系统有关,因此,一般的CAD/CAM系统配置了一些后置处理程序供用户选择使用。但是,多数后置处理系统对多轴或是一些特殊的指令没有配置后置程序,直接影响到CAD/C
13、AM系统应用,因而,后置处理程序成为了CAD/CAM系统发展的必然趋势和要求(詹友刚,2008)。1.2 数控技术研究与发展状况数控加工技术涉及数控机床和数控编程技术两方面,数控编程是目前CAD/CAM系统中最能明显发挥效益的环节之一。对于复杂零件,特别是具有空间曲线、曲面的零件,如叶片、叶轮、复杂模具等,或者程序量很大的零件,数控编程通常采用自动编程系统,尤其在实现设计加工自动化、提高加工精度和加工质量、缩短产品研制周期等方面发挥着重要作用。1954年,第一台三坐标数控铣床研制成功之后,美国麻省理工学院(MIT)就致力于NC(Number-Control)程序的计算机化,研制出“程序自动编辑
14、工具”(沈兵,2001)。数控系统也随着计算机软硬件的发展而被更为广泛地应用。如日本发那科公司的FANUC系统、德国西门子公司的SIEMENS系统、西班牙发格公司的FACTOR系统、法国NUM公司的NUM系统、日本三菱电机公司的MELDAS-M3/L3系统及中国上海开通公司的MTC-T系统、中国南京大方公司的JWK系统等等,数控厂家不计其数,型号千差万别,各种特定功能的机床也应运而生,这就使得后置处理系统成为了数控加工技术发展的“瓶颈”(郭旭伟,2001)。1.2.1 国外的研究动态及发展趋势数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化,使制造业成为工业化的象征,而且随着数控技术的不断发展
15、和应用领域的扩大,它对关系国计民生的一些重要行业(IT、汽车、轻工、医疗等)的发展也起着越来越重要的作用,因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看,其主要研究热点有以下几个方面:(1)高速、高精加工技术及装备的新趋势效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率,提高产品的质量和档次,缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一,国际生产工程学会(CIRP)也将其确定为21世纪的中心研究方向之一。从发展趋势的情况来看,高速加工中心进给速度可达80m/min,甚至更高,空运行速度可达10
16、0m/min左右。目前世界上许多汽车厂,包括我国的上海通用汽车公司,已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国CINCINNATI公司的HyperMach机床进给速度最大达60m/min,快速为100m/min,加速度达2g,主轴转速已达60000r/min。德国DMG公司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达120000r/min和lg。在加工精度方面,近十年来,普通级数控机床的加工精度已由10m提高到5m,精密级加工中心则从35m,提高到l1.5m,并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01m)。(2)轴联动加工和复合加工机床快速发展采用5轴联动对三维曲面零件的加工,可用刀具
17、最佳几何形状进行切削,不仅光洁度高,而且效率也大幅度提高。一般认为,一台五轴联动机床的效率可以等效于两台三轴联动机床,特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时,五轴联动加工可比三轴联动加工发挥更高的效益。但过去因五轴联动数控系统、主机结构复杂等原因,其价格要比三轴联动数控机床高出数倍,加之编程技术难度较大,制约了五轴联动机床的发展。当前由于电主轴的出现,使得实现五轴联动加工的复合主轴头结构大为简化,其制造难度和成本大幅度降低,数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型五轴联动机床和复合加工机床(含五面加工机床)的发展。新日本工机的五面加工机床采用复合主轴头,可实现四个垂
18、直平面的加工和任意角度的加工,使得五面加工和五轴加工可在同一台机床上实现,此外,还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国DMG公司展出DMUVoution系列加工中心,可在CNC系统控制或CAD/CAM直接或间接控制下,一次装夹实现五面加工和五轴联动加工。(3)智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势 2l世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统,智能化的内容包括在数控系统中的各个方面:为追求加工效率和加工质量方面的智能化,如加工过程的自适应控制,工艺参数自动生成;为提高驱动性能及使用连接方便的智能化,如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等;为简化编程、简化操
19、作方面的智能化,如智能化的自动编程、智能化的人机界面等;还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。总之,新一代数控系统技术水平的大大提高,促进了数控机床性能向高精度、高速度、智能化、开放式、网络化方向的发展,使得柔性自动化加工技术的水平不断提高(申丽国,张昆,黄征,1996)。1.2.2 国内的研究动态及发展趋势多年来,国内对后置处理理论与技术也进行了较为深入的研究,取得了一定的研究成果。针对自行开发的CAD/CAM系统,张利波等提出了一种基于配置文件的开放式数控编程通用后置处理模型,定义了配置文件的语法规则,给出了配置文件的BNF语言描述及相应的解释算法,并在HUSTCADM
20、系统中给予实现。程筱胜等对南京航空航天大学的超人CAD/CAM系统的通用后置处理系统进行了研究,开发了具有交互式图形系统用户界面的通用后置处理程序。尽管该后置处理系统具有很好的可靠性和较强的通用性,但超人CAD/CAM系统和HUSTCADM系统一样都没能走向商品化。近年来,国内开发的商品化CAD/CAM系统中,CAXA-ME(制造工程师)是目前应用最广泛的系统,通过后置处理设置,能解决常见数控机床的后置处理问题。但CAXA-ME有很大的局限性,只适用于一般铣削加工,在解决Sodick类型机床的数控代码时,如果零件中涉及到孔的加工,它将不能生成相关后置代码。对于三维曲面多坐标数控加工及其编程技术
21、,刘雄伟等探索了其后置处理的算法,韩向利等对五坐标数控机床的后置处理算法原理和后置处理配置文件参数进行了探索和设计。近几年来,我国数控技术产业在技术上己有多个方面的跨越。(1)有了自主研制的CAD/CAM系统(如北航海尔公司的CAXA-ME系统);(2)可供应集成化、柔性化的制造装备(如北京机电院等开发的多台数控几床联成的局域网,可在服务器上实现加工对象的实体造型,并将加工程序通过网络,自动地传送到各台数控机床);(3)向无图加工领域迈上了一个新台阶(某航天研究所已完成整个系统的研究);(4)多轴连动的机床已国产化(常州机床总厂研制的五轴联动数控机床);(5)高速加工已开始国产化;(6)并联运
22、动机床研究成功。在高精尖装备研发方面,要强调产、学、研以及最终用户的紧密结合,以“做得出、用得上、卖得掉”为目标,按国家意志实施攻关,以解决国家之急需。在数控技术方面,强调研究开发具有自主知识产权的技术和产品,为我国数控产业、装备制造业乃至整个制造业的可持续发展奠定基础(龚荣文,2007)。1.3 课题研究的意义在数控自动编程中,刀位轨迹计算过程为前置处理,前置处理产生刀位文件即CL文件(Cutter Lotion File)。而将刀位文件与具体的机床特性文件相结合,转换成适合于机床能够识别的加工程序的过程即为后置处理。对于相同的加工,不同的数控机床或加工中心,代码格式也各不相同,这就要求CA
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