畢業(yè)設(shè)計(jì)--二軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控裱花機(jī)自動(dòng)編程系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要III</b></p><p><b>　　關(guān)鍵詞III</b></p><p>　　AbstractIV</p><p>　　Key wordsIV</p><p

2、><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 選題的背景1</p><p>　　1.2 數(shù)控技術(shù)研究與發(fā)展?fàn)顩r1</p><p>　　1.2.1 國(guó)外的研究動(dòng)態(tài)及發(fā)展趨勢(shì)1</p><p>　　1.2.2 國(guó)內(nèi)的研究動(dòng)態(tài)及發(fā)展趨勢(shì)3</p><p>　　1

3、.3 課題研究的意義3</p><p>　　1.4 課題的技術(shù)路線及主要研究?jī)?nèi)容4</p><p>　　1.4.1 技術(shù)路線4</p><p>　　1.4.2 主要研究?jī)?nèi)容4</p><p>　　2 后置處理技術(shù)4</p><p>　　2.1 后置處理系統(tǒng)原理4</p><p

4、>　　2.2 后置處理過(guò)程分析5</p><p>　　2.3 后置處理的數(shù)學(xué)理論6</p><p>　　2.3.1 坐標(biāo)平移6</p><p>　　2.3.2 比例變換6</p><p>　　2.3.3 坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)7</p><p>　　3 后置處理器實(shí)現(xiàn)平臺(tái)及數(shù)控系統(tǒng)分析9</p&g

5、t;<p>　　3.1 Pro/E軟件概述9</p><p>　　3.1.1 Pro/NC功能分析9</p><p>　　3.1.2 Pro/NC刀位點(diǎn)文件分析11</p><p>　　3.1.3 Pro/NC后置處理功能分析12</p><p>　　3.2 數(shù)控系統(tǒng)代碼特點(diǎn)分析15</p>&

6、lt;p>　　3.2.1 數(shù)控系統(tǒng)文件頭尾格式15</p><p>　　3.2.2 準(zhǔn)備功能G代碼16</p><p>　　3.2.3 輔助功能M代碼16</p><p>　　3.2.4 固定循環(huán)特性16</p><p>　　4 基于Pro/E NC的蛋糕裱花后置處理17</p><p>　　

7、4.1 概述17</p><p>　　4.2 數(shù)控加工操作與演示18</p><p>　　4.2.1 蛋糕整體制作18</p><p>　　4.2.2 蛋糕局部裱花22</p><p>　　4.2.3 蛋糕刻字操作24</p><p>　　4.3 后置處理器的創(chuàng)建25</p>&l

8、t;p>　　4.4 數(shù)控程序文件輸出28</p><p>　　5 總結(jié)與討論29</p><p>　　5.1 總結(jié)30</p><p>　　5.2 討論30</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)31</b></p><p><b>　　致謝33</b>

9、;</p><p><b>　　附錄34</b></p><p>　　二軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控裱花機(jī)自動(dòng)編程系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　摘 要: Pro/E自帶的后置處理功能，能夠獨(dú)立完成和實(shí)現(xiàn)數(shù)控程序的自動(dòng)編程。所謂的后置處理，是將加工刀具路徑文件（CL文件）轉(zhuǎn)換成數(shù)控機(jī)床能夠操作和執(zhí)行的數(shù)控程序的過(guò)程，其結(jié)果直接影響到加工產(chǎn)品的質(zhì)量及生產(chǎn)效率。然

10、而，目前國(guó)內(nèi)許多CAD/CAM軟件還停留在CAD的層面上，對(duì)CAM模塊的技術(shù)掌握及應(yīng)用效率并不是很高，其中非常關(guān)鍵的原因就是后置處理問(wèn)題或者是CAM模塊的刀位點(diǎn)數(shù)據(jù)文件即CL文件（Cutter Location Source File)不完全透明，使得后置處理程序開(kāi)發(fā)技術(shù)難度大、配置復(fù)雜且價(jià)格昂貴。</p><p>　　本文主要介紹了后置處理技術(shù)的數(shù)學(xué)基本理論，分析了后置處理開(kāi)發(fā)過(guò)程及途徑、Pro/E各功能特性及

11、其后置處理開(kāi)發(fā)平臺(tái)功能，比較了當(dāng)今兩大主流系統(tǒng)德國(guó)SIEMENS和日本FANUC兩大數(shù)控系統(tǒng)編程指令的異同，并對(duì)NC數(shù)控程序與刀位點(diǎn)文件中各對(duì)應(yīng)參數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行了分析，接著開(kāi)發(fā)符合要求的后置處理器，用以生成能夠被數(shù)控機(jī)床識(shí)別的加工程序。</p><p>　　最后，建立數(shù)控加工模塊模型，利用Pro/E自帶的數(shù)控加工仿真系統(tǒng)Vericut進(jìn)行模擬仿真，輸出數(shù)控程序。同時(shí)，這也為不同結(jié)構(gòu)和型號(hào)的加工中心的后置處理提供

12、了理論支持和經(jīng)驗(yàn)借鑒。</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；后置處理；Pro/E；刀位文件；NC程序</p><p>　　The Design on Automatic Programming System of Two-axis CNC Decorating and Dressing Machine</p><p>　　Abstract: Pro/E has i

13、ts 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 carr

14、ied out on the NC machine, it directly affects 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 proble

15、m of Post processing or the opacity of </p><p>　　This paper explicitly introduces the math theory and developing process of post processing technology, and analyzes the function characters of Pro/E, also inc

16、luding the developing platform of post processing in Pro/E, compares the differences of the CNC programming instructions in the two main systems of Germany SIEMENS and Japan FANUC, also analyzes the relationship between

17、the NC program and the cutter location file in the corresponding parameters, and then develops to meet the requirements of</p><p>　　Finally,establishing a numerical control processing module model, using the

18、 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 experience for different structures and models of Post processing m

19、achining center.</p><p>　　Key words: CNC machine tool; Post processing; Pro/E; Cutter location file; NC program</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 選題的背景</p><

20、;p>　　數(shù)控加工技術(shù)是為適應(yīng)復(fù)雜外形零件的加工而發(fā)展起來(lái)的一種自動(dòng)化加工技術(shù)，它是集機(jī)械制造、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、自動(dòng)化控制以及自動(dòng)檢測(cè)于一體的綜合性技術(shù)。數(shù)控技術(shù)的研究起源于飛機(jī)制造業(yè)，美國(guó)密西根Traverse City Parsons公司的John Parsons開(kāi)始嘗試?yán)幂S曲率數(shù)據(jù)來(lái)控制機(jī)器的動(dòng)作，用于切削加工復(fù)雜的飛機(jī)機(jī)身零件(直升機(jī)的螺旋槳回轉(zhuǎn)翼)。后來(lái)，他還利用數(shù)學(xué)運(yùn)算法為空軍成功地示范刀具路徑切削。1952年由美國(guó)空軍

21、與麻省理工學(xué)院(MIT)等合作研制而成的世界上第一臺(tái)三坐標(biāo)數(shù)控銑床(Cincinnati-Hydrotel立式數(shù)控銑床)，從而揭開(kāi)了數(shù)控加工技術(shù)的序幕。隨后日本、德國(guó)、意大利等國(guó)家也先后出現(xiàn)自己的數(shù)控機(jī)床，我國(guó)也在1958年就開(kāi)始數(shù)控的序幕，但發(fā)展步伐不快（馬海濤，2005）。</p><p>　　近年來(lái)，隨著我國(guó)航天航空事業(yè)的飛躍發(fā)展，更多的新型研制產(chǎn)品層出不窮，從而使得傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)與制造方式發(fā)生著根本性的變

22、化，特別是現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用，采用計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控編程，大大地縮短了產(chǎn)品的制造周期，加速了產(chǎn)品的更新?lián)Q代，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和競(jìng)爭(zhēng)力，因而創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，為企業(yè)提供了廣闊的發(fā)展空間。數(shù)控技術(shù)已是一個(gè)機(jī)械制造企業(yè)技術(shù)水平的重要標(biāo)志，并且成為現(xiàn)代制造業(yè)的核心和發(fā)展軍事工業(yè)的重要戰(zhàn)略技術(shù)，更是衡量一個(gè)國(guó)家機(jī)械制造工業(yè)水平的重要標(biāo)志（李?lèi)?ài)紅，2004）。</p><p>　　后置處理是把加工刀具路徑文件轉(zhuǎn)換成某數(shù)控機(jī)床

23、能直接執(zhí)行的數(shù)控程序的過(guò)程。由于后置處理系統(tǒng)與具體的數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)有關(guān)，因此，一般的CAD/CAM系統(tǒng)配置了一些后置處理程序供用戶選擇使用。但是，多數(shù)后置處理系統(tǒng)對(duì)多軸或是一些特殊的指令沒(méi)有配置后置程序，直接影響到CAD/CAM系統(tǒng)應(yīng)用，因而，后置處理程序成為了CAD/CAM系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)和要求（詹友剛，2008）。</p><p>　　1.2 數(shù)控技術(shù)研究與發(fā)展?fàn)顩r</p><p&

24、gt;　　數(shù)控加工技術(shù)涉及數(shù)控機(jī)床和數(shù)控編程技術(shù)兩方面，數(shù)控編程是目前CAD/CAM系統(tǒng)中最能明顯發(fā)揮效益的環(huán)節(jié)之一。對(duì)于復(fù)雜零件，特別是具有空間曲線、曲面的零件，如葉片、葉輪、復(fù)雜模具等，或者程序量很大的零件，數(shù)控編程通常采用自動(dòng)編程系統(tǒng)，尤其在實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)加工自動(dòng)化、提高加工精度和加工質(zhì)量、縮短產(chǎn)品研制周期等方面發(fā)揮著重要作用。1954年，第一臺(tái)三坐標(biāo)數(shù)控銑床研制成功之后，美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)就致力于NC(Number-Contr

25、ol)程序的計(jì)算機(jī)化，研制出“程序自動(dòng)編輯工具”（沈兵，2001）。</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)也隨著計(jì)算機(jī)軟硬件的發(fā)展而被更為廣泛地應(yīng)用。如日本發(fā)那科公司的FANUC系統(tǒng)、德國(guó)西門(mén)子公司的SIEMENS系統(tǒng)、西班牙發(fā)格公司的FACTOR系統(tǒng)、法國(guó)NUM公司的NUM系統(tǒng)、日本三菱電機(jī)公司的MELDAS-M3/L3系統(tǒng)及中國(guó)上海開(kāi)通公司的MTC-T系統(tǒng)、中國(guó)南京大方公司的JWK系統(tǒng)等等，數(shù)控廠家不計(jì)其數(shù)，型號(hào)千差

26、萬(wàn)別，各種特定功能的機(jī)床也應(yīng)運(yùn)而生，這就使得后置處理系統(tǒng)成為了數(shù)控加工技術(shù)發(fā)展的“瓶頸”（ 郭旭偉，2001）。</p><p>　　1.2.1 國(guó)外的研究動(dòng)態(tài)及發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來(lái)了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，它對(duì)關(guān)系國(guó)計(jì)民生的一些重要行業(yè)(IT、汽車(chē)、輕工、醫(yī)療等)的發(fā)展也起

27、著越來(lái)越重要的作用，因?yàn)檫@些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢(shì)。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)看，其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：</p><p>　　(1)高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢(shì)</p><p>　　效率、質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。為此日本先端技術(shù)研究會(huì)將其列為5大現(xiàn)代制造技

28、術(shù)之一，國(guó)際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)(CIRP)也將其確定為21世紀(jì)的中心研究方向之一。</p><p>　　從發(fā)展趨勢(shì)的情況來(lái)看，高速加工中心進(jìn)給速度可達(dá)80m/min，甚至更高，空運(yùn)行速度可達(dá)100m/min左右。目前世界上許多汽車(chē)廠，包括我國(guó)的上海通用汽車(chē)公司，已經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機(jī)床。美國(guó)CINCINNATI公司的HyperMach機(jī)床進(jìn)給速度最大達(dá)60m/min，快速為100m/min，加

29、速度達(dá)2g，主軸轉(zhuǎn)速已達(dá)60000r/min。德國(guó)DMG公司的雙主軸車(chē)床的主軸速度及加速度分別達(dá)120000r/min和lg。在加工精度方面，近十年來(lái)，普通級(jí)數(shù)控機(jī)床的加工精度已由10µm提高到5µm，精密級(jí)加工中心則從3～5µm，提高到l～1.5µm，并且超精密加工精度已開(kāi)始進(jìn)入納米級(jí)(0.01µm)。</p><p>　　(2)軸聯(lián)動(dòng)加工和復(fù)合加工機(jī)床快速發(fā)展

30、</p><p>　　采用5軸聯(lián)動(dòng)對(duì)三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進(jìn)行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。一般認(rèn)為，一臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的效率可以等效于兩臺(tái)三軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進(jìn)行高速銑削淬硬鋼零件時(shí)，五軸聯(lián)動(dòng)加工可比三軸聯(lián)動(dòng)加工發(fā)揮更高的效益。但過(guò)去因五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)、主機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因，其價(jià)格要比三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床高出數(shù)倍，加之編程技術(shù)難度較大，制約了五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的發(fā)展。

31、當(dāng)前由于電主軸的出現(xiàn)，使得實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)加工的復(fù)合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，其制造難度和成本大幅度降低，數(shù)控系統(tǒng)的價(jià)格差距縮小。因此促進(jìn)了復(fù)合主軸頭類(lèi)型五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床和復(fù)合加工機(jī)床(含五面加工機(jī)床)的發(fā)展。</p><p>　　新日本工機(jī)的五面加工機(jī)床采用復(fù)合主軸頭，可實(shí)現(xiàn)四個(gè)垂直平面的加工和任意角度的加工，使得五面加工和五軸加工可在同一臺(tái)機(jī)床上實(shí)現(xiàn)，此外，還可實(shí)現(xiàn)傾斜面和倒錐孔的加工。德國(guó)DMG公司展出DMUVoutio

32、n系列加工中心，可在CNC系統(tǒng)控制或CAD/CAM直接或間接控制下，一次裝夾實(shí)現(xiàn)五面加工和五軸聯(lián)動(dòng)加工。</p><p>　　(3)智能化、開(kāi)放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢(shì)</p><p>　　2l世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過(guò)程的自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動(dòng)生成；為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連

33、接方便的智能化，如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動(dòng)識(shí)別負(fù)載自動(dòng)選定模型、自整定等；為簡(jiǎn)化編程、簡(jiǎn)化操作方面的智能化，如智能化的自動(dòng)編程、智能化的人機(jī)界面等；還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。</p><p>　　總之，新一代數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)水平的大大提高，促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床性能向高精度、高速度、智能化、開(kāi)放式、網(wǎng)絡(luò)化方向的發(fā)展，使得柔性自動(dòng)化加工技術(shù)的水平不斷提高（申麗國(guó)，張昆，黃征，1996

34、）。</p><p>　　1.2.2 國(guó)內(nèi)的研究動(dòng)態(tài)及發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　多年來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)后置處理理論與技術(shù)也進(jìn)行了較為深入的研究，取得了一定的研究成果。針對(duì)自行開(kāi)發(fā)的CAD/CAM系統(tǒng)，張利波等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BNF語(yǔ)言描述及相應(yīng)的解釋算法，并在HUSTCADM系統(tǒng)中給予實(shí)現(xiàn)。程筱勝等對(duì)南京航空航

35、天大學(xué)的超人CAD/CAM系統(tǒng)的通用后置處理系統(tǒng)進(jìn)行了研究，開(kāi)發(fā)了具有交互式圖形系統(tǒng)用戶界面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CAD/CAM系統(tǒng)和HUSTCADM系統(tǒng)一樣都沒(méi)能走向商品化。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的商品化CAD/CAM系統(tǒng)中，CAXA-ME(制造工程師)是目前應(yīng)用最廣泛的系統(tǒng)，通過(guò)后置處理設(shè)置，能解決常見(jiàn)數(shù)控機(jī)床的后置處理問(wèn)題。但CAXA-ME有很大的局限性，只適用于一般銑削加工，在解決

36、Sodick類(lèi)型機(jī)床的數(shù)控代碼時(shí)，如果零件中涉及到孔的加工，它將不能生成相關(guān)后置代碼。對(duì)于三維曲面多坐標(biāo)數(shù)控加工及其編程技術(shù)，劉雄偉等探索了其后置處理的算法，韓向利等對(duì)五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床的后置處理算法原理和后置處理配置文件參數(shù)進(jìn)行了探索和設(shè)計(jì)。</p><p>　　近幾年來(lái)，我國(guó)數(shù)控技術(shù)產(chǎn)業(yè)在技術(shù)上己有多個(gè)方面的跨越。</p><p>　　(1)有了自主研制的CAD/CAM系統(tǒng)（如北航海爾公司

37、的CAXA-ME系統(tǒng))；</p><p>　　(2)可供應(yīng)集成化、柔性化的制造裝備(如北京機(jī)電院等開(kāi)發(fā)的多臺(tái)數(shù)控幾床聯(lián)成的局域網(wǎng)，可在服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)加工對(duì)象的實(shí)體造型，并將加工程序通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，自動(dòng)地傳送到各臺(tái)數(shù)控機(jī)床)；</p><p>　　(3)向無(wú)圖加工領(lǐng)域邁上了一個(gè)新臺(tái)階(某航天研究所已完成整個(gè)系統(tǒng)的研究)；</p><p>　　(4)多軸連動(dòng)的機(jī)床已國(guó)產(chǎn)化(常州

38、機(jī)床總廠研制的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床)；</p><p>　　(5)高速加工已開(kāi)始國(guó)產(chǎn)化；</p><p>　　(6)并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床研究成功。</p><p>　　在高精尖裝備研發(fā)方面，要強(qiáng)調(diào)產(chǎn)、學(xué)、研以及最終用戶的緊密結(jié)合，以“做得出、用得上、賣(mài)得掉”為目標(biāo)，按國(guó)家意志實(shí)施攻關(guān)，以解決國(guó)家之急需。</p><p>　　在數(shù)控技術(shù)方面，強(qiáng)調(diào)研究開(kāi)發(fā)具

39、有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品，為我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)、裝備制造業(yè)乃至整個(gè)制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)（龔榮文，2007）。</p><p>　　1.3 課題研究的意義</p><p>　　在數(shù)控自動(dòng)編程中，刀位軌跡計(jì)算過(guò)程為前置處理，前置處理產(chǎn)生刀位文件即CL文件(Cutter Lotion File)。而將刀位文件與具體的機(jī)床特性文件相結(jié)合，轉(zhuǎn)換成適合于機(jī)床能夠識(shí)別的加工程序的過(guò)程即為后置處理。對(duì)

40、于相同的加工，不同的數(shù)控機(jī)床或加工中心，代碼格式也各不相同，這就要求CAM軟件能夠提供不同機(jī)床的后置處理。而通用后置處理系統(tǒng)一般是指后置處理程序功能的通用化，要針對(duì)不同的數(shù)控系統(tǒng)對(duì)刀位文件進(jìn)行后置處理，輸出數(shù)控程序，就需要在其基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的專(zhuān)用后置處理程序（張運(yùn)泰，2000）。好的CAM軟件，對(duì)于常見(jiàn)數(shù)控機(jī)床，都提供通用的后置處理模塊，但對(duì)于某些數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的特點(diǎn)，則提供了開(kāi)放式的后置處理自定義功能。如Pro/E野火3.0、4.0系

41、統(tǒng)，具有采取問(wèn)答和編程相結(jié)合的方式，幫助用戶定義特殊的后置處理功能，并能通過(guò)Vericut仿真系統(tǒng)進(jìn)行干擾檢查，使用戶具有完成通用和專(zhuān)用后置處理的能力。在通用化后置處理的基礎(chǔ)上，進(jìn)行專(zhuān)用化開(kāi)發(fā)已成為后置處理技術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì)（C.Lartigue，E.Duc，A.Affouard，2003）。 </p><p>　　蛋糕裱花的數(shù)控操作關(guān)鍵是利用上述開(kāi)發(fā)出的后置處理器完成從CL數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換成PLC能夠識(shí)別的自

42、動(dòng)執(zhí)行程序。并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行不斷的優(yōu)化操作，通過(guò)逆向思維，完善裱花操作過(guò)程中的各種動(dòng)作。</p><p>　　1.4 課題的技術(shù)路線及主要研究?jī)?nèi)容</p><p>　　1.4.1 技術(shù)路線</p><p>　　在通過(guò)大量的資料查閱及解讀之后，分析了通用后置處理系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)過(guò)程，了解了后置處理開(kāi)發(fā)過(guò)程中的難點(diǎn)及一些常用參數(shù)的設(shè)置問(wèn)題，從而確定了本課題的技術(shù)路線。&

43、lt;/p><p>　　(1)熟練運(yùn)用Pro/E提供的NC模塊進(jìn)行各種銑削/車(chē)削操作及參數(shù)設(shè)置，如體積快、刻模、打孔、曲面等切削方式，并能夠進(jìn)行數(shù)控模擬仿真，以排除干擾項(xiàng)。</p><p>　　(2)詳細(xì)了解總項(xiàng)目所開(kāi)發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)，掌握其刀位點(diǎn)數(shù)據(jù)參數(shù)及一些常用的數(shù)控代碼指令的意義。</p><p>　　(3)進(jìn)入Pro/E NC后置處理模塊，按照上述要求進(jìn)行Post設(shè)

44、置，創(chuàng)建符合要求的后置處理器。</p><p>　　(4)輸出Pro/E數(shù)控加工過(guò)程中的CL數(shù)據(jù)文件，再通過(guò)后置處理器將其轉(zhuǎn)換成數(shù)控程序。在此過(guò)程中還需進(jìn)行數(shù)控程序代碼特點(diǎn)及開(kāi)發(fā)平臺(tái)功能特性的分析。</p><p>　　(5)將轉(zhuǎn)換好的.tap文件載入到數(shù)控系統(tǒng)中進(jìn)行初步試驗(yàn)，以便進(jìn)行后續(xù)的優(yōu)化與改進(jìn)。</p><p>　　1.4.2 主要研究?jī)?nèi)容</p&g

45、t;<p>　　(1)后置處理技術(shù)研究。闡述了本論文研究的背景、意義及數(shù)控技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，并研究了坐標(biāo)變換的數(shù)學(xué)理論及后置處理開(kāi)發(fā)過(guò)程，為后置處理算法提供理論基礎(chǔ)；</p><p>　　(2)分析二軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控裱花機(jī)的工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的PLC運(yùn)行控制指令集。數(shù)控加工的走刀方式主要定義一下幾個(gè)指令：點(diǎn)定位（G00）；直線插補(bǔ)（G01）；順時(shí)插補(bǔ)（G02）；逆時(shí)插補(bǔ)（G03）；換刀動(dòng)作（換奶油桶）

46、（M06）；奶桶號(hào)（T代碼）。還包括一些輔助代碼如啟動(dòng)和停止指令。</p><p>　　(3)對(duì)后置處理的平臺(tái)(Pro/NC)及數(shù)控系統(tǒng)代碼進(jìn)行分析，編寫(xiě)相應(yīng)的Pro/E后置處理程序。同時(shí)分析數(shù)控系統(tǒng)的編程指令的意義及結(jié)構(gòu)、Pro/NC的刀位點(diǎn)文件特點(diǎn)及后置處理平臺(tái)的功能。對(duì)SIEMENS和FANUC兩大主流系統(tǒng)的編程指令的特點(diǎn)進(jìn)行剖析；</p><p>　　(4)根據(jù)Pro/E繪制的花形

47、圖案輸出相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)控制程序。數(shù)控操作參數(shù)設(shè)置好之后，控制程序便可以通過(guò)后置處理器將CL文件轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)。</p><p><b>　　2 后置處理技術(shù)</b></p><p>　　基于蛋糕裱花的數(shù)控加工，本章主要針對(duì)Pro/E后置處理技術(shù)進(jìn)行討論研究，分析了通用后置處理系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)途徑。通過(guò)對(duì)后置處理過(guò)程的分析，深入的了解后置處理器在創(chuàng)建過(guò)程中的難點(diǎn)與重點(diǎn)，即坐標(biāo)變換理

48、論。理解后置處理功能的基本理念，是有效對(duì)加工信息處理的重要前提和可靠保證。</p><p>　　2.1 后置處理系統(tǒng)原理</p><p>　　把刀位文件轉(zhuǎn)換成指定數(shù)控機(jī)床能執(zhí)行的數(shù)控程序的過(guò)程稱(chēng)為后置處理(Postproccssing)。后置處理的任務(wù)是根據(jù)具體機(jī)床運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)和控制指令格式，將前置處理中計(jì)算的刀位點(diǎn)數(shù)據(jù)變換成機(jī)床各軸的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，并按其控制指令格式轉(zhuǎn)換成為數(shù)控機(jī)床的加工程序。

49、一般包括以下幾個(gè)方面：機(jī)床運(yùn)動(dòng)變換、程序格式設(shè)置、編程方式設(shè)置、非線性運(yùn)動(dòng)誤差校驗(yàn)、進(jìn)給速度校驗(yàn)等（曾愛(ài)華，1996）。</p><p>　　數(shù)控程序就是一連串的數(shù)控指令，而完成一個(gè)零件的數(shù)控加工一般需要連續(xù)執(zhí)行一連串的數(shù)控指令，數(shù)控機(jī)床的所有運(yùn)動(dòng)和操作都是執(zhí)行特定的數(shù)控指令的結(jié)果。自動(dòng)編程的刀具軌跡計(jì)算產(chǎn)生的是刀位點(diǎn)文件(CL文件)，而不是數(shù)控程序。那么要完成從刀位點(diǎn)文件到數(shù)控程序的轉(zhuǎn)換，就必須通過(guò)與數(shù)控機(jī)床相

50、應(yīng)的后置處理程序。后置處理系統(tǒng)分為通用后置處理系統(tǒng)和專(zhuān)用后置處理系統(tǒng)。專(zhuān)用后置處理系統(tǒng)只是針對(duì)一些特殊數(shù)控編程系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床而開(kāi)發(fā)的專(zhuān)用后置處理程序，其刀位點(diǎn)文件也比較簡(jiǎn)單，不符合IGES標(biāo)準(zhǔn)，其數(shù)控機(jī)床編程的指令也只用少許，程序結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)也比較容易（詹友剛，2008）。</p><p>　　2.2 后置處理過(guò)程分析</p><p>　　數(shù)控機(jī)床的各種運(yùn)動(dòng)都是執(zhí)行特定數(shù)控指令的

51、結(jié)果，完成一個(gè)零件的數(shù)控加工一般需要連續(xù)執(zhí)行一連串的數(shù)控指令，即數(shù)控程序。利用自動(dòng)編程方法將經(jīng)過(guò)刀位計(jì)算產(chǎn)生的是刀位文件設(shè)法轉(zhuǎn)換成數(shù)控機(jī)床能執(zhí)行的數(shù)控程序，并輸入機(jī)床才能進(jìn)行零件的數(shù)控加工（龔榮文，2007）。</p><p>　　后置處理程序的輸入數(shù)據(jù)是輸出刀具位置的數(shù)據(jù)、機(jī)床描述信息以及控制機(jī)床各功能的輔助信息等。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織對(duì)刀位數(shù)據(jù)有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)（Y. H. Jung, D. W. Lee, J. S. K

52、im，2002）。后置處理程序的主要任務(wù)包括對(duì)刀具位置數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換及插補(bǔ)處理，以及對(duì)后置處理語(yǔ)句的處理。其過(guò)程如圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1 后置處理流程</p><p>　　Fig.2.1 The process of Post processing</p><p>　　運(yùn)動(dòng)處理部分是后置處理的主要任務(wù)，它根據(jù)由刀位數(shù)據(jù)文件中讀入的刀具位置數(shù)據(jù)以

53、及幾何輪廓數(shù)據(jù)進(jìn)行如下處理，主要工作包括：</p><p>　　(1)坐標(biāo)的變換：在多坐標(biāo)加工的程序處理過(guò)程中，就不可避免地要進(jìn)行轉(zhuǎn)角的計(jì)算和坐標(biāo)的變換工作。</p><p>　　(2)插補(bǔ)處理：根據(jù)機(jī)床所具有的插補(bǔ)功能和加工對(duì)象選擇采用合適的插補(bǔ)方法，如直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)等。</p><p>　　(3)極限及間隙校驗(yàn)：要保證機(jī)床的工作行程極限不超出，并保證刀具不會(huì)

54、切入機(jī)床的任何部分，另外要保證刀具的加工軌跡在公差范圍之內(nèi)（關(guān)耀奇,譚加才,黃菊生，2005）。</p><p>　　2.3 后置處理的數(shù)學(xué)理論</p><p>　　數(shù)控機(jī)床一般用3個(gè)相互垂直的軸所形成的直角坐標(biāo)系(滿足右手定則)來(lái)定義刀具的運(yùn)動(dòng)軸向。其軸向運(yùn)動(dòng)一般有兩種基本類(lèi)型即線性運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。數(shù)控機(jī)床根據(jù)其結(jié)構(gòu)不同，坐標(biāo)系設(shè)定也不同。</p><p>　　

55、坐標(biāo)變換就是根據(jù)機(jī)床坐標(biāo)系特點(diǎn)，對(duì)刀位點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)平移、旋轉(zhuǎn)等變換，具體表示為：</p><p><b>　　(2.1)</b></p><p>　　2.3.1 坐標(biāo)平移</p><p>　　平移變換是指立體在空間沿X、Y、Z 軸三個(gè)方向移動(dòng)一個(gè)位置，而立體本身的大小和形狀并不改變，齊次交換矩陣為：</p><p>&l

56、t;b>　　(2.2)</b></p><p>　　空間一點(diǎn)(x，y，z)在X、Y、Z軸三個(gè)方向的平移量分別為dl、d2、d3，其平移變化結(jié)果為：</p><p><b>　　(2.3)</b></p><p>　　2.3.2 比例變換</p><p>　　所謂三維比例變換就是將空間立體圖形各個(gè)頂點(diǎn)按

57、規(guī)定的比例放大或者縮小，齊次變換矩陣為：</p><p><b>　　(2.4)</b></p><p>　　如果X、Y、Z軸縮放的比例相同，即為（其中s=a1=b2=c3）?？臻g一點(diǎn)(x，y，z)在X、Y、Z軸三個(gè)方向的放大或者縮小比例s，其變化結(jié)果為：</p><p><b>　　(2.5)</b></p>

58、<p>　　2.3.3 坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)</p><p>　　三維旋轉(zhuǎn)變換指空間立體繞某一軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，一般繞坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)α角。α角的正負(fù)按右手法則確定：右手大拇指指向旋轉(zhuǎn)軸的正向，其余4個(gè)手指的指向即為α角的正向。</p><p>　　(1)XY平面繞Z軸旋轉(zhuǎn)α角</p><p>　　空間立體繞Z軸旋轉(zhuǎn)角α后，各頂點(diǎn)的Z坐標(biāo)不變，只是X和Y坐標(biāo)發(fā)生變化，如

59、圖2.2所示：</p><p>　　圖2.2 XY平面的旋轉(zhuǎn)</p><p>　　Fig.2.2 Rotation of XY plane</p><p><b>　　其齊次變換矩陣為：</b></p><p><b>　　(2.6)</b></p><p>　　(2)Z

60、X平面繞Y軸旋轉(zhuǎn)α角</p><p>　　空間立體繞Y軸旋轉(zhuǎn)角α后，各頂點(diǎn)的Y坐標(biāo)不變，只是Z和X坐標(biāo)發(fā)生變化，如圖2.3所示：</p><p>　　圖2.3 ZX平面的旋轉(zhuǎn)</p><p>　　Fig.2.3 Rotation of ZX plane</p><p><b>　　其齊次變換矩陣為：</b></

61、p><p><b>　　(2.7)</b></p><p>　　(3)YZ平面繞X軸旋轉(zhuǎn)α角</p><p>　　空間立體繞X軸旋轉(zhuǎn)角α后，各頂點(diǎn)的X坐標(biāo)不變，只是Y和Z坐標(biāo)發(fā)生變化，如圖2.4所示：</p><p>　　圖2.4 YZ平面的旋轉(zhuǎn)</p><p>　　Fig.2.4 Rotatio

62、n of YZ plane</p><p><b>　　其齊次變換矩陣為：</b></p><p><b>　　(2.8)</b></p><p>　　3 后置處理器實(shí)現(xiàn)平臺(tái)及數(shù)控系統(tǒng)分析</p><p>　　本章主要介紹了Pro/E的各功能特點(diǎn)及后置處理開(kāi)發(fā)平臺(tái)的功能，并在此平臺(tái)上對(duì)加工中心程序

63、代碼進(jìn)行分析，為后置處理程序的開(kāi)發(fā)提供了基礎(chǔ)平臺(tái)。</p><p>　　3.1 Pro/E軟件概述</p><p>　　Pro/E是美國(guó)PTC公司旗下的產(chǎn)品Pro/Engineer軟件的簡(jiǎn)稱(chēng)，是一款集CAD/CAM/CAE功能一體化的綜合性三維軟件，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，并作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣，是現(xiàn)今最成功的CAD/

64、CAM軟件之一。目前已經(jīng)發(fā)布了Pro/ENGINEER WildFire6.0。PTC的系列軟件包括了在工業(yè)設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)等方面的多項(xiàng)功能，還包括對(duì)大型裝配體的管理、功能仿真、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等。Pro/ENGINEER還提供了全面、集成緊密的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)環(huán)境。是一套由設(shè)計(jì)至生產(chǎn)的機(jī)械自動(dòng)化軟件，是新一代的產(chǎn)品造型系統(tǒng)，是一個(gè)參數(shù)化的實(shí)體造型系統(tǒng)（白晶，劉斌，張?jiān)平埽?009）。</p><p>　　3.1.1 Pro

65、/NC功能分析</p><p>　　Pro/E系統(tǒng)功能強(qiáng)大，其中CAM是其亮點(diǎn)之一，其工作流程如圖3.1所示，主要包括建模、加工數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、加工工藝安排、CL數(shù)據(jù)文件生成、后置處理、NC數(shù)據(jù)程序的生成等（鄒樹(shù)國(guó)，2002）。它能完成多軸聯(lián)動(dòng)的功能。</p><p>　　圖3.1 Pro/NC的工作流程</p><p>　　Fig.3.1 The workflo

66、w of Pro/NC</p><p>　　表3.1列出了Pro/NC的主要功能模塊及其所執(zhí)行的功能。</p><p>　　表3.1 Pro/E主要功能模塊</p><p>　　Table 3.1 The main modules of Pro/E</p><p>　　Pro/E各功能模塊所包括的功能不盡相同，Pro/NC ADVANCE

67、D功能是其中最強(qiáng)大的，其能完成多軸聯(lián)動(dòng)的車(chē)、銑、鉆等加工，如：銑刀側(cè)銑、五軸曲面銑削等。</p><p>　　Pro/NC中的文件格式繁多，其部分常見(jiàn)文件格式如表3.2，了解這些文件格式的擴(kuò)展名，熟悉文件類(lèi)型，有利于進(jìn)行文件的后續(xù)管理，并為后置處理開(kāi)發(fā)提供參數(shù)調(diào)用（劉日良，張承瑞，宋現(xiàn)春，2002）。</p><p>　　Pro/NC的加工模塊功能不同，其各功能模塊的應(yīng)用也千差萬(wàn)別，如體積

68、快、刻模、曲面、鉆孔等操作，加工過(guò)程中機(jī)床參數(shù)及各運(yùn)動(dòng)參數(shù)的設(shè)置都有所區(qū)別。</p><p>　　3.1.2 Pro/NC刀位點(diǎn)文件分析</p><p>　　不同CAM軟件生成的刀具路徑文件的格式均有所不同。例如CYCLE（循環(huán)）操作，這一功能的指令在不同的CAM系統(tǒng)中表述格式各不相同，在Pro/NC中的語(yǔ)句格式為：CYCLE/類(lèi)型，DEEPTH，MMPM，CLEAR。</p>

69、;<p>　　常見(jiàn)CAD/CAM系統(tǒng)的刀位點(diǎn)文件格式大都采用APT語(yǔ)言格式，這種語(yǔ)言接近于英語(yǔ)自然語(yǔ)言，其語(yǔ)句格式可分為刀具運(yùn)動(dòng)語(yǔ)句、幾何定義語(yǔ)句等。刀具運(yùn)動(dòng)語(yǔ)句是描述刀具移動(dòng)的語(yǔ)句，通過(guò)刀具運(yùn)動(dòng)語(yǔ)句，生成刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的數(shù)據(jù)是APT路徑,如FROM/x，y，z，a，b，c語(yǔ)句和GOTO/x，y，z，a，b，c語(yǔ)句等為幾何定義語(yǔ)句。而不能驅(qū)動(dòng)主軸運(yùn)動(dòng)的語(yǔ)句，則為非運(yùn)動(dòng)語(yǔ)句，如COOLNT/ON、OFF和SPINDL/ON、O

70、FF語(yǔ)句等（Eing-Jer Wei and Ming-Chang Lin，2005）。</p><p>　　下面是蛋糕局部裱花（打孔銑削）在數(shù)控加工操作之后生成的一個(gè)CL文件格式，并將其中的一些命令參數(shù)進(jìn)行必要的解釋?zhuān)绫?.3所示。</p><p>　　$$* Pro/CLfile Version Wildfire 4.0 - C000</p><

71、;p>　　$$-> MFGNO / BIAOHUAJI</p><p>　　PARTNO / BIAOHUAJI</p><p>　　$$-> FEATNO / 114</p><p>　　MACHIN / UNCX01, 1</p><p>　　$$-> CUTCOM_GEOMETRY_TYPE / OUTPUT_O

72、N_CENTER</p><p>　　UNITS / MM</p><p>　　LOADTL / 2</p><p>　　$$-> CUTTER / 30.000000</p><p>　　$$-> CSYS / 1.0000000000, 0.0000000000, 0.0000000000, 0.0000000000, $&

73、lt;/p><p>　　0.0000000000, 1.0000000000, 0.0000000000, 0.0000000000, $</p><p>　　0.0000000000, 0.0000000000, 1.0000000000, 0.0000000000</p><p>　　SPINDL / RPM, 1000.000000, CLW</p>

74、;<p>　　COOLNT / TAP</p><p><b>　　RAPID </b></p><p>　　GOTO / -0.0000000000, -110.0000000000, 10.0000000000</p><p>　　CYCLE / DRILL, DEPTH, 149.012909, MMPM, 500.0000

75、00, CLEAR, 4.000000</p><p>　　GOTO / -0.0000000000, -110.0000000000, 0.0000000000</p><p>　　GOTO / -110.0000000000, 0.0000000000, 0.0000000000</p><p>　　GOTO / -0.0000000000, 110.00000

76、00000, 0.0000000000</p><p>　　GOTO / 110.0000000000, 0.0000000000, 0.0000000000</p><p>　　CYCLE / OFF</p><p><b>　　RAPID </b></p><p>　　GOTO / 110.0000000000, 0

77、.0000000000, 10.0000000000</p><p>　　COOLNT / OFF</p><p>　　SPINDL / OFF</p><p>　　$$-> END / </p><p><b>　　FINI </b></p><p>　　表3.3 CL文件參數(shù)說(shuō)明<

78、;/p><p>　　Table 3.3 The description of CL parameter</p><p>　　3.1.3 Pro/NC后置處理功能分析</p><p>　　后置處理就是根據(jù)具體機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的特征輸出適合它的程序指令。由于數(shù)控系統(tǒng)的種類(lèi)繁多，使用的加工程序的語(yǔ)言規(guī)則、格式特點(diǎn)各有不同，即使相同的數(shù)控系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)不同的機(jī)床的程序格式也有區(qū)別，

79、這些差別都需在后置處理前進(jìn)行分析和處理的（李佳,朱心雄，1996）。其后置處理生成過(guò)程如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 Pro/NC后置處理生成過(guò)程</p><p>　　Fig.3.2 The generation process of Pro/NC post processing</p><p>　　后置設(shè)置就是針對(duì)特定的機(jī)床，結(jié)合已經(jīng)設(shè)置好的機(jī)

80、床配置，對(duì)后置輸出的數(shù)控程序的格式，如程序段行號(hào)、程序大小、數(shù)據(jù)格式、編程方式、圓弧控制方式等進(jìn)行設(shè)置。要對(duì)上述指令格式進(jìn)行定義，就須對(duì)Pro/NC的后置處理功能進(jìn)行分析，了解指令格式的定義方式和操作步驟。其定義主要有以下幾個(gè)方面（惠延波，2001）：</p><p><b>　　(1)機(jī)床類(lèi)型定義</b></p><p>　　機(jī)床類(lèi)型主要是定義機(jī)床的加工類(lèi)型(銑、車(chē)

81、、車(chē)銑、線切割等)，機(jī)床軸的定義(軸的數(shù)目、軸的方向等)，包括對(duì)旋轉(zhuǎn)軸類(lèi)型及其方向、角度范圍等的定義，如圖3.3所示。Pro/NC后置處理中提供了七種不同的加工機(jī)床類(lèi)型，在創(chuàng)建后置處理器時(shí)，用戶可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行選擇。</p><p>　　圖3.3 Pro/NC機(jī)床類(lèi)型的定義</p><p>　　Fig.3.3 The definition of Pro/NC machine to

82、ol type</p><p><b>　　(2)文件格式定義</b></p><p>　　文件格式的定義主要包括MCD文件的定義、List文件格式及程序段標(biāo)號(hào)的定義。其中MCD文件可以查看和定義地址寄存器及其格式；List文件可以設(shè)置警示信息、打印格式、紙帶及其他的一些信息；程序段標(biāo)號(hào)（Squence Numbers）可以設(shè)置程序段編號(hào)、程序標(biāo)號(hào)及其操作信息等。其界

83、面如圖3.4所示。</p><p>　　圖3.4 Pro/NC的MCD文件格式定義</p><p>　　Fig.3.4 Defining the MCD file format of Pro/NC</p><p>　　后置處理時(shí)應(yīng)根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)特點(diǎn)使用Squence Numbers。對(duì)于程序存儲(chǔ)器空間不大的系統(tǒng)，加工復(fù)雜零件時(shí)，若不采用Squence Number

84、s，則可節(jié)省約1/4-1/5的空間。</p><p>　　(3)程序頭尾格式定義</p><p>　　程序頭尾格式對(duì)所有程序的特性進(jìn)行定義，包括程序加工平面的選擇、加工單位的設(shè)定，機(jī)床裝卡工件的位置等；是否選擇程序名、程序員、加工的材料、編程的時(shí)間以及默認(rèn)預(yù)備代碼、程序開(kāi)始及程序結(jié)束等選項(xiàng)。如圖3.5所示。</p><p>　　圖3.5 Pro/NC程序頭尾格式定

85、義</p><p>　　Fig.3.5 Defining the Pro/NC start/end of program </p><p>　　(4)運(yùn)動(dòng)格式的定義</p><p>　　運(yùn)動(dòng)格式的定義主要包括直線插補(bǔ)、快速運(yùn)動(dòng)、圓弧插補(bǔ)、固定循環(huán)等定義內(nèi)容。這里是對(duì)輸出的格式定義，如圓弧插補(bǔ)定義，其定義了圓弧插補(bǔ)的模式、輸出基本的格式等，如圖3.6所示。</

86、p><p>　　圖3.6 Pro/NC運(yùn)動(dòng)格式定義</p><p>　　Fig.3.6 Pro/NC motion format definition</p><p>　　(5)機(jī)床代碼格式定義</p><p>　　機(jī)床代碼格式的定義主要是對(duì)上述沒(méi)有定義完的格式進(jìn)行定義，包括G代碼、M代碼、刀具補(bǔ)償、冷卻液、進(jìn)給速率、刀具更換、主軸、暫停參數(shù)

87、等，如圖3.7所示。</p><p>　　圖3.7 Pro/NC機(jī)床代碼格式定義</p><p>　　Fig.3.7 Pro/NC machine code format definition</p><p>　　3.2 數(shù)控系統(tǒng)代碼特點(diǎn)分析</p><p>　　數(shù)控控制（Numberical Control，NC)簡(jiǎn)稱(chēng)數(shù)控，是指利用數(shù)

88、字化的代碼構(gòu)成的程序?qū)刂茖?duì)象的工作過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的一種方法。數(shù)控系統(tǒng)（NCS）是指利用數(shù)字控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)（C.G.Jensen，W.E Red，J.Pi，2002）。</p><p>　　隨著電子和控制技術(shù)的飛速發(fā)展，當(dāng)今的數(shù)控系統(tǒng)功能已經(jīng)非常強(qiáng)大。數(shù)控系統(tǒng)種類(lèi)繁多，如FANUC系統(tǒng)、MITSUBISHI系統(tǒng)、SIEMENS系統(tǒng)、海德漢系統(tǒng)等。其N(xiāo)C程序格式相差很大，現(xiàn)就以當(dāng)今兩大主流系統(tǒng)(FAN

89、UC系統(tǒng)、SIEMENS系統(tǒng))來(lái)分析。對(duì)其程序結(jié)構(gòu)、準(zhǔn)備功能G代碼、輔助功能M代碼、格式的異同點(diǎn)進(jìn)行介紹。</p><p>　　3.2.1 數(shù)控系統(tǒng)文件頭尾格式</p><p>　　NC程序的頭尾格式由數(shù)控系統(tǒng)來(lái)決定，它的格式正確與否，決定NC程序是否能夠準(zhǔn)確傳輸給機(jī)床。SIEMENS系統(tǒng)的文件名主要指定程序是主程序、工件程序還是子程序，并分別用MPF、WDP和SPF表示。而在FANUC

90、系統(tǒng)中，其格式為地址碼O加數(shù)字組成，如O2345，O表示地址碼開(kāi)頭；2345為數(shù)字，表示程序名（劉雄偉，2003）。</p><p>　　3.2.2 準(zhǔn)備功能G代碼</p><p>　　準(zhǔn)備功能G代碼是控制數(shù)控系統(tǒng)預(yù)先設(shè)置為某種預(yù)期狀態(tài)，或某種加工模態(tài)的代碼。依據(jù)IS0I056-1975E國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)制訂了JB3208-83部頒標(biāo)準(zhǔn)（ 黃翔，李迎光，2006），都規(guī)定了部分G

91、代碼的統(tǒng)一功能，如G00快速點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)、G01直線插補(bǔ)、G02順時(shí)針圓等，只有部分G功能在某數(shù)控機(jī)床上有其特有意義，如下表3.5所示。</p><p>　　3.2.3 輔助功能M代碼</p><p>　　輔助功能M代碼主要用于控制數(shù)控機(jī)床的一些運(yùn)動(dòng)功能，如主軸的轉(zhuǎn)向、冷卻液的開(kāi)停、程序的結(jié)束狀態(tài)，其詳細(xì)說(shuō)明如下表3.6所示。</p><p>　　3.2.4 固定循

92、環(huán)特性</p><p>　　固定循環(huán)加工在不同數(shù)控系統(tǒng)上，表示的格式相差很大，主要包括鉆孔循環(huán)、深孔鉆循環(huán)、锪孔循環(huán)、鏜孔循環(huán)等。SIEMENS系統(tǒng)采用MCALL來(lái)調(diào)用、停止CYCLE類(lèi)型循環(huán)，而FANUC系統(tǒng)都采用G類(lèi)型循環(huán)，兩者格式相差較大（鄧奕，謝駭，蔣德軍，2002），如下表3.7所示。</p><p>　　表3.7 SIEMENS 810D和FANUC 16iM系統(tǒng)部分功能比較

93、</p><p>　　Table 3.7 Comparison of partial function between SIEMENS 810D and FANUC 16iM</p><p>　　SIEMENS系統(tǒng)和FANUC系統(tǒng)的參數(shù)意義比較如圖3.8所示。</p><p>　　圖3.8 SIEMENS 810D和FANUC 16iM系統(tǒng)參數(shù)意義的比較<

94、/p><p>　　Fig.3.8 Comparison of system parameters between SIEMENS 810D and FANUC 16iM</p><p>　　SIEMENS 810D系統(tǒng)參數(shù)意義如下：</p><p>　　(1)RTP：后退點(diǎn)的坐標(biāo)值（絕對(duì)）；</p><p>　　(2)RFP：工件表面坐標(biāo)值（絕

95、對(duì)）；</p><p>　　(3)SDIS：相對(duì)于工件表面的安全量；</p><p>　　(4)DP：采用坐標(biāo)最終深度（絕對(duì)）；</p><p>　　(5)DPR：距離工件表面的深度（相對(duì)）；</p><p>　　FANUC 16iM系統(tǒng)參數(shù)意義如下：</p><p>　　(1)R：Z軸的起點(diǎn)；</p>

96、<p>　　(2)Z：鉆孔深度；</p><p>　　(3)F：鉆孔進(jìn)給率；</p><p>　　4 基于Pro/E NC的蛋糕裱花后置處理</p><p><b>　　4.1 概述</b></p><p>　　裱花機(jī)自動(dòng)編程程序的輸出分為三個(gè)部分。分別為數(shù)控加工的操作與演示、后置處理器的創(chuàng)建（配合機(jī)床手冊(cè)

97、）和數(shù)控程序（.tap）文件的自動(dòng)輸出。這三個(gè)部分前后相關(guān)，任何一個(gè)部分操作的正確與否都會(huì)直接影響到其他兩部分的操作，它們共同構(gòu)成了自動(dòng)編程系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體。下面就這三個(gè)部分的操作過(guò)程進(jìn)行初步的分析。</p><p>　　4.2 數(shù)控加工操作與演示</p><p>　　在進(jìn)行數(shù)控加工操作之前，應(yīng)該將毛坯及成品零件圖分別畫(huà)出來(lái)，完成之后進(jìn)入到Pro/E NC加工模塊，選擇“制造模型”菜單，將

98、參照模型和工件通過(guò)裝配的方式組合在一起。Pro/E進(jìn)行數(shù)控加工編程的一般過(guò)程包括加工方法設(shè)置、確定加工范圍、加工過(guò)程仿真和刀具軌跡驗(yàn)證等步驟。結(jié)合蛋糕的整體外形，將蛋糕裱花的數(shù)控加工過(guò)程主要分為三個(gè)過(guò)程：</p><p>　　(1)體積塊操作，即蛋糕整體的制作。體積塊銑削在上一章表3.3已經(jīng)作了說(shuō)明。需要強(qiáng)調(diào)的是體積塊銑削中是將模型中被銑削的材料移除，而在蛋糕裱花中是將奶油堆積起來(lái)，它們的過(guò)程雖有所不同，但走刀（

99、擠奶）路徑及最終雖達(dá)到的目的都是完全一樣的。</p><p>　　(2)打孔操作，即蛋糕的局部裱花。在完成了蛋糕整體的制作之后，需要對(duì)蛋糕表面進(jìn)行修飾，修飾的過(guò)程即局部裱花的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程可以通過(guò)打孔操作來(lái)完成。</p><p>　　(3)刻模操作，即蛋糕刻字操作。在完成了前面兩個(gè)部分之后，蛋糕的制作基本上已經(jīng)完成了，最后是在蛋糕表面進(jìn)行刻字操作，到此，整個(gè)蛋糕裱花操作已經(jīng)完成。</

100、p><p>　　上述三個(gè)過(guò)程可以分別選擇不同的奶桶進(jìn)行裱花，以隨時(shí)更換奶油或花色等。下面就其具體操作過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)的介紹。</p><p>　　4.2.1 蛋糕整體制作</p><p>　　蛋糕整體制作利用體積塊銑削進(jìn)行完成：</p><p>　　(1)蛋糕加工模型創(chuàng)建</p><p>　　打開(kāi)Pro/E，新建【零件】/【

101、實(shí)體】模型，點(diǎn)擊拉伸按鈕，在Top平面上繪制400mm×400mm的矩形，輸入拉伸深度200mm，點(diǎn)擊完成。再次點(diǎn)擊拉伸按鈕，在Top平面上繪制跨度為290mm(8寸)的蛋糕花型，點(diǎn)擊切除按鈕，將這部分實(shí)體切掉，切除深度為100mm，具體創(chuàng)建過(guò)程如圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1 加工模型創(chuàng)建</p><p>　　Fig.4.1 Creating machine

102、modles</p><p><b>　　(2)加工方法設(shè)置</b></p><p>　　明確了制造模型之后，就可以對(duì)體積塊銑削加工方法進(jìn)行設(shè)置。其中，對(duì)于機(jī)床、刀具、夾具等操作設(shè)置，可以在NC序列定義之前預(yù)先建立其數(shù)據(jù)庫(kù)。其數(shù)據(jù)庫(kù)預(yù)先定義主要包括工作機(jī)床設(shè)置、刀具設(shè)置和操作參數(shù)設(shè)置，具體設(shè)置過(guò)程如下。</p><p>　　選擇【制造設(shè)置】/【

103、操作】命令，在彈出的【操作設(shè)置】對(duì)話框中可以定義操作名稱(chēng)，單擊按鈕，可以對(duì)工作機(jī)床進(jìn)行設(shè)置，如圖4.2所示。操作設(shè)置可以對(duì)機(jī)床參數(shù)、坯件材料、加工零點(diǎn)、退刀設(shè)置點(diǎn)等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。</p><p>　　圖4.2 操作參數(shù)設(shè)置</p><p>　　Fig.4.2 The setting of operating parameters</p><p>　　如圖4.3所

104、示，在機(jī)床設(shè)置對(duì)話框中對(duì)體積塊銑削加工相關(guān)相關(guān)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。</p><p>　　圖4.3 工作機(jī)床參數(shù)設(shè)置</p><p>　　Fig.4.3 The setting of working machine parameters</p><p>　　刀具的設(shè)置操作在【制造設(shè)置】菜單中選擇【刀具】命令，在彈出的【刀具設(shè)定】對(duì)話框中對(duì)體積塊銑削加工相關(guān)的各參數(shù)

105、進(jìn)行設(shè)置。</p><p>　　對(duì)于體積塊銑削的NC序列設(shè)置，選擇【加工】/【NC序列】/【新序列】，在彈出的【輔助加工】菜單中選擇【體積塊】/【3軸】，點(diǎn)擊【完成】，可生成如圖4.4所示的【序列設(shè)置】菜單，主要勾選【刀具】、【參數(shù)】、【體積】三個(gè)選項(xiàng)，點(diǎn)擊【完成】，在彈出的【刀具設(shè)定】對(duì)話框中進(jìn)行刀具定義。</p><p>　　圖4.4 NC序列設(shè)置</p><p&

106、gt;　　Fig.4.4 The setting of NC sequence</p><p>　　制造參數(shù)決定了加工的綜合效果，包括切削進(jìn)給速度、切削深度、主軸轉(zhuǎn)速、走刀方式等工藝參數(shù)。NC序列參數(shù)設(shè)置如圖4.5所示。</p><p>　　圖4.5 NC序列參數(shù)設(shè)置</p><p>　　Fig.4.5 The setting of NC sequence p

107、arameters</p><p><b>　　(3)確定加工范圍</b></p><p>　　要進(jìn)行數(shù)控加工，必須確定加工范圍，即明確需要加工的區(qū)域。在Pro/E中，可由MFG幾何特征來(lái)構(gòu)建其加工區(qū)域，MFG幾何特征由銑削窗口、銑削曲面、銑削體積塊等特征組成。</p><p>　　要?jiǎng)?chuàng)建體積塊，可在工具條中選擇銑削體積塊工具圖標(biāo)，再選擇工具欄

108、中的基礎(chǔ)特征指令來(lái)創(chuàng)建一個(gè)封閉的空間體，具體操作步驟如圖4.6所示。</p><p>　　圖4.6 確定銑削體積塊</p><p>　　Fig.4.6 Determining the size of the block milling</p><p>　　(4)體積塊銑削加工過(guò)程仿真</p><p>　　完成刀具路徑規(guī)劃后，可生成刀具路徑

109、和CL數(shù)據(jù)。Pro/E NC可進(jìn)行演示軌跡、NC檢測(cè)，以便查看和修改，生成滿意的刀具路徑。</p><p>　　在【NC序列】菜單中選擇【演示軌跡】命令，在【演示路徑】中選擇【屏幕演示】，可觀測(cè)刀具的行走路線。演示效果如圖4.7所示。</p><p>　　圖4.7 演示軌跡</p><p>　　Fig.4.7 The demo track</p>

110、<p>　　在【演示路徑】中選擇【NC檢測(cè)】，命令，可對(duì)工件材料進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，觀察刀具切割工件的實(shí)際運(yùn)行情況，并可檢查干擾項(xiàng)，如圖4.8所示。</p><p>　　圖4.8 NC檢測(cè)操作</p><p>　　Fig.4.8 NC detection operation</p><p>　　4.2.2 蛋糕局部裱花</p><p&g

111、t;　　蛋糕局部裱花利用打孔操作進(jìn)行完成：</p><p><b>　　(1)加工模型創(chuàng)建</b></p><p>　　在圖4.1的基礎(chǔ)上進(jìn)行孔的創(chuàng)建，點(diǎn)擊拉伸按鈕，以中間的凹槽面為參照面，繪制4個(gè)環(huán)繞蛋糕中心直徑為30mm的孔，點(diǎn)擊切除按鈕，切除深度為40mm，操作如圖4.9所示。</p><p>　　圖4.9 孔加工模型創(chuàng)建</p&