基于UGNXISV的數(shù)控加工仿真

基于UGNX/IS&V的數(shù)控加工仿真設計總說明中國的制造業(yè)面臨著巨大的機遇和嚴峻的挑戰(zhàn)。機床工業(yè)是裝備制造業(yè)的核心，關系國家的經濟命脈和平安。虛擬機床是虛擬制造技術的熱點研究課題之一。以數(shù)控加工仿真為主要內容的虛擬機床技術可以在計算機上解決實際加工中遇到的各種問題，提高編程速度，縮短開發(fā)周期，降低生產本錢，提高產品質量，并得到了廣泛的實際應用。因此本文通過運用CAD/CAM軟件UG和UGIS&V模塊，針對VS1575型三軸立式數(shù)控銑床進行了虛擬機床技術的研究。本文通過查閱大量文獻資料，系統(tǒng)研究了虛擬機床技術的產生、研究內容、研究現(xiàn)狀及應用前景。并通過觀察說明書等資料和實際動手操作，全面了解了VS1575型三軸立式數(shù)控銑床的結構、功能、主要參數(shù)及數(shù)控系統(tǒng)。同時深入學習了CAD/CAM軟件UG的各個模塊，重點學習了其中的建模、加工及后處理模塊，對IS&V模塊進行了全面的學習。以上是虛擬機床技術研究的前期工作。本文利用軟件UG的CAD模塊建立了數(shù)控機床、被加工零件及毛坯的參數(shù)模型，同時在CAM模塊中完成了數(shù)控編程工作，并運用后處理模塊生成了可被機床直接執(zhí)行的G代碼;在調入由UG輸出的機床及被加工零件的STL模型和數(shù)控代碼的根底上，本文運用后處理構造器進一步創(chuàng)立了數(shù)控系統(tǒng)文件和刀具文件，實現(xiàn)了數(shù)控加工過程仿真，并進行了刀具軌跡優(yōu)化和加工質量檢驗，實現(xiàn)了完全的虛擬加工過程，保證了數(shù)控程序的正確性。IS&V是UG軟件中一個功能強大用于數(shù)控機床集成仿真和驗證的專用模塊。介紹了該模塊的結構組成及工作原理,并在IS&V環(huán)境下建立了一臺三軸數(shù)控銑床的仿真模型。在該模型的根底上分別對零件加工過程中的刀具路徑和銑床運動進行仿真,預見和評估其加工過程中可能出現(xiàn)的問題并加以解決,最終提高企業(yè)的生產效率并使其獲得"首試成功"的加工制造。目前多數(shù)三軸數(shù)控機床仿真系統(tǒng)，一般只提供二維的動畫仿真，而且仿真系統(tǒng)的幾何造型功能十分有限，零件和機床模型需要在其他CAD軟件中進行建模，然后導人數(shù)控仿真系統(tǒng)。由于文件格式的轉化，零件的CAD模型將會產生誤差，降低了仿真精度。該文利用UGCAD/CAM軟件造型功能建立三軸數(shù)控機床和零件模型，讀取數(shù)控代碼對機床各部件進行三維運動仿真，并對加工過程中機床運動部件之間的干預及工件過切進行檢查，建立干預實體，為刀具軌跡的修改提供依據(jù)，同時免除了文件格式的轉化產生的誤差。本文通過實驗對課題理論研究局部的內容進行了驗證，證明將UG建模和后處理相結合進行虛擬機床技術研究是一種可行的方法。目錄第一章緒論.............................1................21.2UGIS&V的結構和優(yōu)點.....................21.2.1IS&V模塊的結構組成1.2.2IS&第二章定義機床的裝配........................52.1組織數(shù)據(jù)...........................52.2虛擬機床建模.........................5主要組件的建模.....................5虛擬機床的模型裝配...................8第三章虛擬機床運動模型的創(chuàng)立....................103.1建立運動模型的必要工作....................103.2建立和創(chuàng)立機床運動模型....................10機床運動模型的定義...................10模型的創(chuàng)立步驟.....................113.3添加機床到庫........................15第四章虛擬機床MTD的創(chuàng)立......................174.1UG/Post后處理綜述.....................174UG/Post的組成結構...................174UG/Post的組成元素..................194UG/Post的開發(fā)方法...................204UG/Post的安裝及使用.................214FANUGG代碼.....................224.2在Postbuilder中創(chuàng)立VNC控制器..............234.3添加后處理到機床數(shù)據(jù)文件..................254.4刀具、刀柄和工件、夾具的創(chuàng)立................26第五章應用IS&V機床........................30第六章總結與展望..........................36緒論1.1數(shù)控機床加工仿真設計的開展簡況隨著加工技術與機床技術的開展，加工過程和應用的機床愈加復雜，這一過程所需工具和設備十分昂貴，在加工中由于無法預測，目前國外已有成熟的軟件實現(xiàn)機床加工的仿真與模擬，仿真，驗證，三軸銑削加工，鉆孔，車削，車銑加工，線切割刀路驗證；構建并模擬CNC機床和機床控制系統(tǒng)，準確檢查機床碰撞；自動修正進給速度，提高切削效率，提高零件外表質量；仿真并驗證四，五軸的銑削加工，鉆，車，復雜的車銑聯(lián)動機床操作；在加工的任何階段，創(chuàng)立和模擬CNC探測程序；根據(jù)模擬所產生的過程加工特征，生成過程檢測說明及工藝文檔，可以節(jié)省時間和改良精度；檢查過切情況，材料的去除量，接觸面積等。例如VerCut。另外，像UGS公司的Tecnomatix中eMPowerMaching不僅能實現(xiàn)機床的模擬，而且支持從生產線設計，具體的工藝設計到生產廠作業(yè)的整個制造過程生命周期。它支持用電子工藝表〔eBOP〕的格式定義制造工藝并儲存到數(shù)字化制造效勞器。虛擬機床(VirtualMachineTool,VMT)是隨著虛擬制造技術的開展而提出的一個新的研究領域，它的最終目標是為虛擬制造建立一個真實的加工環(huán)境，用于仿真和評估各加工過程對產品質量的影響。虛擬機床加工系統(tǒng)與現(xiàn)實中的機床加工系統(tǒng)是對應的，幾乎具備現(xiàn)實機床加工系統(tǒng)的全部功能、特征和行為。它可以根據(jù)實際機床或加工中心的狀況進行初始化，然后用數(shù)控代碼驅動虛擬機床進行切削加工，完成現(xiàn)實機床加工系統(tǒng)同樣的生產任務。虛擬機床是虛擬制造的支撐技術之一。虛擬機床加工系統(tǒng)的研究工作是由美國提出的。1994年美國科學技術政策辦公室提出了美國機床業(yè)競爭力的測試報告，總結機床業(yè)和它的市場環(huán)境的根本變化如下:(1)產品壽命期快速縮短;(2)機械技術與電子技術的融合;(3)技術集成和系統(tǒng)集成的重要性增加;(4)全球市場集成與競爭力;(5)對新技術的需求;(6)對新投資的需求。報告的任務是從事機床設計、制造和使用相關先進技術的研究，促使研究所、企業(yè)同高校聯(lián)合，共同為加速現(xiàn)有的機床技術的再造和向工業(yè)企業(yè)的轉移速度開展有效的工作。其中研究工作包括:(1)立足公司企業(yè)層次，為機床制造的敏捷化建立更好的信息系統(tǒng)，進行更好的人員培訓，建立更好的其他支撐系統(tǒng)。(2)敏捷制造的支撐技術的研究①機床的運作水平:在機床和加工系統(tǒng)開發(fā)中考慮功能性、精確性和通用性，將最近的研究成果納入新一代的機床運作中去。②機床設計開發(fā)水平:標準化、通用化設計，建模仿真系統(tǒng)，多供給廠商支撐等技術和方法大大縮短機床產品的設計開發(fā)時間。③加工系統(tǒng)的研究與培訓教育水平:開展大學、研究所和開發(fā)單位間的合作，采用標準數(shù)據(jù)結構，通用硬件實現(xiàn)技術集成。④敏捷性的探索研究:研究機床制造敏捷性的內涵和規(guī)律，改善敏捷性的方法，提供并行工程和虛擬機床制造的范例。(3)制造活動驅動力的測試:信號采集、譯碼、建模和向企業(yè)轉移傳播，更好的利用產品與過程的建模技術，設計仿真與虛擬現(xiàn)實制造，競爭能力的測試、表征和實施。在進行這些廣泛的研究時，研究人員認識到針對金屬切削加工的模擬并不存在，盡管只考慮標定幾何和運動過程的關系的碰撞檢驗系統(tǒng)以及NC代碼的檢驗系統(tǒng)被廣泛使用而且頗為有效，但在很多技術領域和工業(yè)實踐中，有針對制造過程和設備的模擬的軟件系統(tǒng)存在，如果不用實際的硬件進行昂貴的試驗和錯誤運行，這些系統(tǒng)對于估計和驗證針對新產品的設想過程的正確性是不可缺少的工具。這個系統(tǒng)的目標是模擬切削的操作，獲得具有真實感的結果。該報告相信伴隨著計算模型的新的進展，將促使對加工過程的了解的進步，為此，他們進行了“虛擬機床(VirtualMachineTool一VMT)〞工程方案，這個方案的目標是模擬切削加工操作，獲得真實感的結果的預測能力，這個系統(tǒng)將在切削以及與切削相關的過程中有效。與此同時，美國國家標準技術協(xié)會(NIST,NationalInstituteofStandardsandTechnology)等部門也在從事VMT的研究。其主要內容是開發(fā)新世紀的以信息為根底的制造的標準和度量工具。VMT成為NIST開發(fā)的國家開展制造試驗臺(NAMT,NationalAdvancedManufacturingTested)的重要組成局部。美國科學技術政策辦公室特別強調VMT真實感的切削工程，包括計算工件的屬性:幾何特性(公差、輪廓、外形)和完整(剩余應力、結晶變化)的系統(tǒng)的特殊性能;由外部指令施加的操作參數(shù):施加的力和溫度場以及控制物理機構的影響等。而美國國家標準技術協(xié)會認為VMT是機床的準確特性的電子描述，VM'T將去檢驗和優(yōu)化制造以及制造工藝，包括切削過程、加工結果，以防止價格昂貴的試切削。當今因為還有很多的有關金屬切削過程的機理人們并沒有掌握，VMT還沒有形成一個成形的系統(tǒng)，但是不僅在美國，而且在其他地區(qū)包括中國，對VMT的研究都在被廣泛的關注，正在成為制造研究領域的熱點。相比而言我國在機床仿真模擬方面與國外有較大差距，目前主要集中在界面仿真，對G代碼的模擬僅限于三軸，由于CAD平臺的限制，國內在三維機床仿真模擬方面還未有獨立自主的軟件。UGIS&V的結構和優(yōu)點UGNX是當今世界上最先進和緊密集成的、面向制造行業(yè)的CAID/CAD/CAE/CAM高端軟件。作為一個全面集成的產品工程解決方案,其中的IS&V(IntegratedSimulationandVerification)模塊是一個功能強大的集成仿真驗證專用模塊,用于模擬刀具路徑以及整個數(shù)控機床的切削過程。它可以建立與實際生產加工中的數(shù)控機床完全一致的精確運動模型,以使模擬仿真結果完全符合實際情況。1IS&V模塊的結構組成IS&V模塊由機床驅動器MTD(MachineToolDriver)和仿真驗證引擎S&VEngine(Simulation&VerificationEngine)兩大核心構成,而UGCAM、NC代碼輸出以及圖形反應輸出等都是以此為前提的。圖1.1ISV結構組成及處理過程其中MTD是UG后處理的延伸和擴展,它除了包括一個傳統(tǒng)的后處理文件(MOMPost)和虛擬NC控制器VNC(VirtualNCController)以外,還包括機床的所有運動和特性。在進行仿真時,MTD會接受UGCAM模塊產生的必要信息和數(shù)據(jù)(包括刀路、換刀及后處理信息等),然后將仿真和驗證命令傳遞到S&VEngine。而S&VEngine那么在收集處理信息和數(shù)據(jù)之后把結果仿真反應給圖形顯示窗口或仿真控制面板(包含在UGCAM模塊中)。使用IS&V模塊可以進行精確地加工仿真并生成逼真、全方位的加工仿真動畫,以保證最后生成的NC代碼能在實際的數(shù)控機床上平安、快速、可靠地運行。IS&V的優(yōu)點ISV可以反映機床加工零件的實際過程，在此過程中我們可以捕捉和在加工過程中產生的任何問題，甚至有可能把這些問題反應給設計人員來修改零件〔DFM面向制造的設計〕，在加工的時候，我們已經確定該零件的可加工性，并且把所有阻礙加工的障礙去除了，這些障礙可能會導致機床的停工，從而節(jié)約本錢。除此之外IS&V模塊還有很多優(yōu)點：1：該結構允許控制器插入到軟件控制器中。2：可以檢測任何機床部件之間的干預碰撞，例如工裝、刀具、工件等。3：可以預覽所有的加工操作，例如宏、子程序、循環(huán)、M、G、H等命令。4：提高了加工質量。5：消除了昂貴并且耗時的試加工驗證和干切削驗證。6：減小了破壞機床、工件、夾具可能的損壞，而這些損壞可能會花費很多。7：通過模擬仿真增大了機床的利用率，因為之前可能因為一些加工因為缺少驗證和可視化而不去做。8：對新員工或新操作人員進行培訓。第二章定義機床的裝配2.1組織數(shù)據(jù)如果要進行機床仿真操作，我們必須把機床模型建立成一個裝配體，機床的各個組件分別在獨立的部件中給出，然后裝配起來，這是因為所有的部件要賦予運動幅。應用裝配模塊組裝成機床裝配模型，在機床模型中不要有幾何元素，特別重要的是，哪些要變成運動組件的機床組件一定要單獨的文件中畫出，然后組裝成裝配體。裝配名字：目錄的名字和父裝配體的名字相同，建議放在在例如...\MACH\resource\library\machine\graphics\new_mill_xxx目錄下。組件名：給組件命名的名字要有一定的意義，例如不運動的名字是base，運動的是slide。2.2虛擬機床建模到現(xiàn)場實際量取機床主要組件的數(shù)據(jù)以備建模?！すぷ髋_長1700mm,寬650mm,高100mm;·工作臺上槽數(shù)量5個，槽上寬18mm，下寬30mm，高30mm,各槽間距125mm;·機身長1020mm，寬750mm，高2050mm;·機頭長800mm，寬460mm，高1120mm;·主軸頂端直接128mm，底端直116mm，高270mm;·底座長1420mm,寬750mm，厚85mm;主要組件的建模我們以VS1575大型立式加工中心為模型進行模擬機床的建模。為了使建立好的機床仿真模型數(shù)據(jù)不甚復雜并保證其最后的仿真逼真度,一般仿真模型中只要包含其主要部件就能滿足要求。到現(xiàn)場實際量取機床主要組件的數(shù)據(jù)以備建模。利用UG建模，機床組件模型尺寸與實際機床組件誤差控制在以內。底座如圖2.1所示命名為y_base，圖2.1y_base機身如圖2.2所示命名為z_base,圖2.2z_base工作臺如圖2.3所示命名為x_slide,圖2.3x_slide以及支持工作臺y方向運動的臺下局部如圖2.4所示命名為y_slide，圖2.4y_slidez_slide_1,z_slide_2，圖2.5z_slide_1圖2.6z_slide_2虛擬機床的模型裝配,定義機床幾何體模型為一裝配部件文件,用主模型概念,即總的裝配部件文件應該引用組件部件或自裝配而不應直接含有幾何體元素。裝配模型命名為zhuangpei2?！な紫燃虞d機身z_base，定位為絕對?！ぜ虞d底座y_base,與z_base兩側面中心配對，并對齊底面?！ぜ虞dy_slide,使其底面與y_base上面配對，并中心對齊到中間?！ぜ虞d工作臺x_slide,底面配對y_slide,并中心對齊前后兩面?！ぜ虞dz_slide_1,與z_base兩側面中心配對?！ぜ虞dz_slide_2,上底面配對到slide_1的下面，然后圓錐面中心對稱一對二slide_1的兩側面。圖2.7為該機床的主要部件所組成的仿真模型。圖2.7機床仿真模型虛擬機床運動模型的創(chuàng)立運動模型(KinematicsModel)需要添加到一個建模完成的裝配中。運動模型定義裝配部件之間的關系，以及軸的名稱，方向和行程。仿真過程將利用這些信息和機床驅動器(MachineToolDriver)提供的信息來使機床運動起來。機床驅動器是由后處理器創(chuàng)立的。只有在機床的仿真模型上定義了運動,機床驅動器MTD才能通過后處理文件驅動機床進行運動。而機床的運動定義是在機床構造器(MachineToolBuilder)里完成的。定義的運動要完全參照實際機床的運動,這樣進行的仿真才會生成可靠的結構。而該三軸銑床主要完成三個方向的運動,故定義了其X、Y、Z三個方向的運動和其它一些輔助信息。機床構建器(MTB)幫助建立運動學模型,建立數(shù)據(jù)模型,同時MTB能編輯運動學模型及測試動畫運動學模型。定義的運動要完全參照實際機床的運動,這樣進行的仿真才會生成可靠的結構。主要定義了三軸銑床其X、Y、Z三個方向的運動及其他一些輔助信息?！C床裝配的幾何模型，包括基座，工作臺，導軌，主軸等。·機床構建器(MachineToolBuilder)用于定義機床模型部件之間的關系，還定義軸方向和行程?！そ⒁粋€名稱和庫標志識相同的子目錄，其中包括機床裝配和所有的部件?！ぴ趍achine_database.dat文件中需要為新的機床添加一項注冊信息?！ざx和創(chuàng)立機床運動模型機床運動模型的定義將運用機床構建器來為新機床定義運動模型。在UGNX4.0右側機床導航器圖標中進入機床構建器模塊(MachineToolBuilder),在名稱欄單擊右鍵插入運動組件,參考兩條運動鏈的順序,設定基座(MACHINE_BASE)為父節(jié)點,在其下添加其他子節(jié)點部件,逐步建立機床運動模型。MTB通過一個運動樹來表示創(chuàng)立的運動模型。這個樹包含運動部件(K-Components)并顯示了這些部件之間的關系。K-Components是機床的物理模型。當父部件移動，每一個子部件都隨著移動。機床導航器(MachineToolNavigator)提供了一個非常有用的工具,可以查找并創(chuàng)立、修改運動樹結構。假設要創(chuàng)立機床運動模型，需要定義：·K-Components—通過裝配部件表示并定義在MTB中?！xes—建一個運動軸，以便可以為K-Component賦予運動。MTB中的樹形結構決定了K-Components之間的關系。可以賦線性或旋轉軸?！unctions—Junctions是經過分類和命名的坐標系。這個坐標系是根據(jù)模型部件的絕對坐標系桌定義的。Junctions是一個永久對象并且和某個K-Component關聯(lián)。CAM系統(tǒng)利用它來自動定位刀具和其他器件。機床刀具驅動器能用它來定位K-Components或替換坐標。Junctions還用于NC軸定義。如圖3.1所示表示的是一個運動模型的例子。樹形結構表示運動的依賴關系。例如，在這臺機床中，如果Y—SLIDE運動，那么PART、BLANK、FIXTURE和X—SLIDEE也會隨著運動。圖3.1運動模型關系樹例子3.2.2上一章中我們已經建立好了虛擬機床的裝配，在建立機床虛擬裝配模型后,還需要定義裝配模型中各移動部件間相互運動關系(即機床運動模型),指定機床各NC軸(如直線軸和旋轉軸)的移動方向、行程及運動范圍等。在以下步驟中，將賦予運動模型到現(xiàn)有的一個機床裝配中。需要賦予K-組件，軸和聯(lián)結點。第1步從已經建立好的部件目錄new_mill_liuyuan復制到UGII_LIBRARY_MACHINE_DIR中。第2步創(chuàng)立一個新部件，將作為一個裝配文件用于包含機床運動模型。·選擇“文件〞→“新建’’命令，以便在mach＼resource＼library＼machine＼graphics＼new_mill目錄中創(chuàng)立一個新部件，為方便期間，以自己名字命名為new_mill_liuyuan。·選擇“文件〞→“存盤〞命令，以存盤該部件。添加機床裝配作為新部件的子裝配。．·選擇“裝配〞→“組件〞→“添加現(xiàn)有的組件〞命令?！螕簟斑x擇部件文件〞按鈕并從目錄new_mill_liuyuan中選中zhuangpei2?！螕簟按_定〞按鈕。。·在“添加現(xiàn)有的組件〞對話框中單擊“確定〞按鈕，彈出“點構建器〞對話框?！ぴ俅螐棾觥安考x擇〞對話框時單擊“取消〞按鈕?！みx擇“適合窗口〞以使模型充滿整個屏幕。第3步需要開啟MTB應用并開始建立機床運動模型?！みx擇“起始〞→“所有應用模塊〞一“機床構建器〞命令?！ぴ谫Y源條上單擊“機床構建器〞圖標?！ぴ跈C床導航器上雙擊NO_NAME,并以自己名更改名稱LIUYUAN_SIM。第4步必須定義機床的一個組成作為機床的基座。當系統(tǒng)開始仿真時，它會搜索這個基座并在圖形窗口中顯示它以及所有的子件。機床基座將被添加到機床。下面將添加機床基座對應的幾何模型?！ぴ跈C床導航器上選中LIUYUAN_SIM，單擊鼠標右鍵然后選擇“插入〞→“加工根本組件〞命令。；·單擊“確定〞按鈕回到“機床導航器〞對話框?！じ吡吝x中MACHINE_BASE，單擊鼠標右鍵選擇“聯(lián)結點〞→“添加〞命令?！ぴ诿Q處輸入MACH_ZERO?！みx擇“定義CSYS〞然后單擊“確定〞按鈕以接受當前的WCS?！螕簟按_定〞按鈕回到“機床導航器〞對話框?！みx中MACHINEBASE，單擊鼠標右鍵后選擇“聯(lián)結點〞命令接著選擇MachineZero?！みx擇“分類〞命令接著選擇MachineZero。機床原點(MachineZero)的Junctions用于定義機床中所有能移動的線性軸。它的方向應和機床的方向平行。機床原點Junctions的z正方向需要和機床的z正方向一致。同樣的規(guī)那么適用于X和Y。·單擊“確定〞按鈕回到“機床導航器〞對話框。第5步添加Z_BASE局部?！みx中MACHINE_BASE，單擊鼠標右鍵選擇“插入〞→“K組件〞命令?！ご婷Q處輸入Z_BASE?！螕簟疤砑莹暟粹o并從窗口中選中Z_BASE裝配部件，然后單擊“確定〞按鈕兩次。第6步在本步驟中將添加機床的主軸?！みx中Z_BASE，單擊鼠標右鍵選擇“插入〞→“K組件〞命令?！ぴ诿Q處輸入SPINDLE并單擊“添加〞按鈕?！膱D形窗口中選中Z_SLIDE_1和Z_SLIDE_2裝配部件并單擊“確定〞按鈕直到機床導航器。·高亮選中SPINDLE，然后單擊鼠標右鍵選擇“聯(lián)結點〞→“添加〞命令?！ぴ诿Q處輸入TOOL_MOUNT_JCT?！みx擇“定義CSYS〞并選中主軸基座上已存在的坐標系統(tǒng)，如下圖。圖選擇已存在的坐標系統(tǒng)·單擊“單部向前〞和“單步向后〞按鈕查看軸的運動情況?！螕簟按_定〞按鈕回到“機床導航器〞對話框。第8步將添加Y_BASE局部。·高亮選中MACHINE_BASE然后單擊鼠標右鍵選擇“插入〞→“K組件〞命令。·在名稱處輸入Y_BASE并單擊“添加〞按鈕?！膱D形窗口中選中Y_BASE裝配部件?！螕簟按_定〞按鈕回到“機床導航器〞對話框。第9步添加Y_SLIDE局部?！みx中Y_BASE然后單擊鼠標右鍵選擇“插入〞→“K組件〞命令?！ぴ诿Q處輸入Y_SLIDE并單擊“添加〞按鈕?！膱D形窗口中選中Y_SLIDE裝配部件?！螕簟按_定〞按鈕回到“機床導航器〞對話框?！みx中Y_SLIDE然后單擊鼠標右鍵選擇“插入〞→“軸〞命令?！ぴ凇熬庉嬢S〞對話框中設定以下參數(shù)。>名稱：Y。>聯(lián)結：MACHINE_BASE@MACHINE_ZERO。>聯(lián)結軸：-y。>軸類型：線性。>NC軸：選中。>上限：500。>下限：-250?！螕簟皢尾肯蚯皑暫汀皢尾较蚝蟥暟粹o查看軸的運動情況?！螕簟按_定〞按鈕回到“機床導航器〞對話框。第10步將添加X_SLIDE局部?！じ吡吝x中Y_SLIDE然后單擊鼠標右鍵選擇“插入〞→“K組件〞命令。-·在名稱處輸入X_SLIDE并單擊“添加〞按鈕。·從圖形窗口中選中X_SLIDE裝配部件?！螕簟按_定〞按鈕回到“機床導航器〞對話框?！みx中X_SLIDE并單擊鼠標右鍵選擇“插入〞→“軸〞命令。·在“編輯軸〞對話框中設定以下參數(shù)。>名稱：X。>聯(lián)結：MACHINE_BASE@MACHINE_ZERO。>聯(lián)結軸：-X。>軸類型：線性。>NC軸：選中。>上限：850。>下限：-650。·單擊“單部向前〞和“單步向后〞按鈕查看軸的運動情況?！螕簟按_定〞按鈕回到“機床導航器〞對話框。第11步添加SETUP到機床。·選中X_SLIDE然后單擊鼠標右鍵選擇“插入〞→“K組件〞命令?！ぴ诿Q處輸入SETUP?！みx擇“分類〞然后選中SETUP_ELEMENT復選框，接著單擊“確定〞按鈕?！螕簟按_定〞按鈕回到“機床導航器〞對話框?！みx中SETUP然后單擊鼠標右鍵選擇“聯(lián)結〞→“添加〞命令。·在名稱處輸入PART_MOUNT_JCT。·選擇“定義CSYS〞接著選中位于VISE組件中的坐標系。·單擊“確定〞按鈕回到“機床導航器〞對話框。第12步添加BLANK到機床。·選擇SETUP然后單擊鼠標右鍵選擇“插入〞→“K組件〞命令?！ぴ诿Q處輸入BLANK?！みx擇“分類〞然后選中WORKPIECE復選框_SETUP_ELEMENT復選框也自動被選中，接著單擊“確定〞按鈕?！螕簟按_定〞按鈕回到“機床導航器〞對話框。第13步添加FIXTURE到機床?！みx擇SETUP然后單擊鼠標右鍵選擇“插入〞→“K組件〞命令?！ぴ诿Q處輸入FIXTURE。·選擇“分類〞接著選中_SETUP_ELEMENT復選框，然后單擊“確定〞按鈕。·單擊“確定〞按鈕回到“機床導航器〞對話框。第14步添加PART到機床?！みx中SETUP然后單擊鼠標右鍵選擇“插入〞→“K組件〞命令?！ぴ诿Q處輸入PART?！みx擇“分類〞然后選中_PART復選框，_SETUP_ELEMENT復選框也自動被選中，然后單擊“確定〞按鈕?！螕簟按_定〞按鈕回到“機床導航器〞對話框。第15步存盤?！みx擇“文件〞→“存盤〞命令，將文件存盤。3.3添加機床到庫我們已經定義完成了銑床的仿真模型,但要想讓UGIS&V能識別并使用該仿真模型,必須將該仿真模型加至UG的默認機床庫。機床庫被存放在ASCII文件…MACH\resource\library\machine\ascii\machine_database.dat中，如圖4.1。這個文件包含庫標識〔Libref〕、機床類型〔MachineType〕、制造商〔Manufacturer〕、機床描述〔MachineDescription〕、控制器〔Controller〕、后處理器〔PostProcessor〕、和剛度系數(shù)〔RigidityFactor〕。圖因此首先要在UG的機床庫記錄文件Machine_Data.dat中添加一條新機床的記錄用機床模型文件路徑將設置好的機床參加到機床庫以便被調,通常按以下:…MACH\resource\library\machine\graphics\new_mill_liuyuan。在…\MACH\resource\library\machine\ascii\machine_database.dat下添加新機床入口，用記事本翻開machine_database.dat，添加如下內容"DATA|new_mill_liuyuan|1|3_AxMill(MM)(XY-TB/Z-HD/Vert)|None|Ex:|${UGII_CAM_POST_DIR}liuyuan_sim.dat|1.000000”如圖4.2。這樣IS&V便能夠找到之前我們定義和創(chuàng)立機床。圖存盤文件。第四章虛擬機床MTD的創(chuàng)立虛擬機床驅動器MTD(MachineToolDriver)是UG后處理器(UG/post)的延伸,它由一組程序組成,能對所建立的虛擬機床進行驅動和控制。其作用是將預加工的刀具軌跡翻譯成相應的控制命令,控制虛擬機床各裝配部件進行相應布爾運算,以實現(xiàn)虛擬機床的各種"動作",在計算機虛擬環(huán)境中完成數(shù)控加工過程,從而到達仿真的目的。MTD是在UG/Post的根底上增加了一個虛擬NC控制器(VNC)而形成。其工作過程如下:事件生成器掃描刀具軌跡數(shù)據(jù),提取事件及相關參數(shù)信息,并將其傳送給MOM;MOM將這些事件信息再傳給事件處理器;事件處理器根據(jù)相關規(guī)那么對每一事件進行處理并將結果數(shù)據(jù)傳給MOM作為其輸出,同時,MOM又將處理信息又傳給VNC,VNC依據(jù)具體事件處理信息調用不同的S&V命令來驅動虛擬機床各運動模塊,產生所需的機床動作,直到完成全部加工仿真。本章用UG/PostBuilder創(chuàng)立該機床后處理器,生成事件處理器(.tcl文件)、定義文件(.def文件),對通用VNC文件進行相應修改,生成該機床的VNC文件,最后建立了虛擬機床驅動器MTD。4.1UG/Post后處理綜述無論是哪種CAM軟件，其主要用途都是生成在機床上加工零件的刀具軌跡〔簡稱刀軌〕。一般來說，不能直接傳輸CAM軟件內部產生的刀軌到機床上進行加工，因為各種類型的機床在物理結構和控制系統(tǒng)方面可能不同，由此而對NC程序中指令和格式的要求也可能不同。因此，刀軌數(shù)據(jù)必須經過處理以適應每種機床及其控制系統(tǒng)的特定要求。這種處理，在大多數(shù)CAM軟件中叫做“后處理〞。后處理的結果是使刀軌數(shù)據(jù)變成機床能夠識別的刀軌數(shù)據(jù)，即NC代碼?？梢?，后處理必須具備兩個要素：刀軌——CAM內部產生的刀軌；后處理器——是一個包含機床及其控制系統(tǒng)信息的處理程序。UG系統(tǒng)提供了一般性的后處理器程序——UG/Post，它使用UG內部刀軌數(shù)據(jù)作為輸入，經后處理后輸出機床能夠識別的NC代碼。UG/Post有很強的用戶化能力，它能適應從非常簡單到任意復雜的機床及其控制系統(tǒng)的后處理。4.提到UG/Post后處理器，不得不簡單的介紹一下MOM(ManufacturingOutputManager)，即加工輸出管理器。MOM是UG提供的一種事件驅開工具，UG/CAM模塊的輸出均由它來管理，其作用是從存儲在UG/CAM內的數(shù)據(jù)中提取數(shù)據(jù)來生成輸出。UG/Post就是這種工具的一個具體運用。MOM是UG/post后處理器的核心，UG/post使用MOM來啟動解釋程序，向解釋程序提供功能和數(shù)據(jù)，并加載事件處理器(EventHandler)和定義文件(DefinitionFile)。除MOM外，UG/post主要由事件生成器、事件處理器、定義文件和輸出文件等四個元素組成。一旦啟動UG/POST后處理器來處理UG內部刀軌，其工作過程大至如下：事件生成器從頭至尾掃描整個UG刀具軌跡數(shù)據(jù)，提取出每一個事件及其相關參數(shù)信息，并把它們傳遞給MOM去處理；然后，MOM傳送每一事件及其相關參數(shù)給用戶預先開發(fā)好的事件處理器，并由事件處理器根據(jù)本身的內容來決定對每一事件如何進行處理；接著事件處理器返回數(shù)據(jù)給MOM作為其輸出，MOM讀取定義文件的內容來決定輸出數(shù)據(jù)如何進行格式化；最后，MOM把格式化好的輸出數(shù)據(jù)寫入指定的輸出文件中。圖4.1描述了這些概念及內容。內部刀軌內部刀軌事件生成器輸出文件MOM〔加工輸出管理器〕事件處理器定義文件讀入刀軌數(shù)據(jù)傳輸事件相關參數(shù)輸出已格式化數(shù)據(jù)請求事件處理返回處理結果讀入格式化信息圖UG/post的工作過程示意圖4.下面進一步介紹組成UG/Post的四個根本元素。1.事件生成器事件生成器是UG提供的一個程序，它從UG文件(Part)中提取刀軌數(shù)據(jù)，并把它們作為事件和參數(shù)傳送給MOM。每一特定事件在機床運行時將導致一些特別的機床動作，存儲在與這個事件相關的參數(shù)中的信息用來進一步確定這些特別的機床動作。比方，一個“Linear-Move〞事件將導致機床驅動刀具沿直線移動，而具體移動到的位置那么由存儲在與此事件相關的參數(shù)X、Y、Z中的數(shù)值來進一步確定。在這個例子中，事件生成器將觸發(fā)“Linear-Move〞事件，并且將代表終點位置的數(shù)據(jù)裝入相應的參數(shù)X、Y、Z，然后這些信息傳送到MOM去處理。UG/Post的事件很多，分為五大類：設置事件(Setup-event)、機床控制事件(MachineControlevent)、運動事件(Moveevent)、固定循環(huán)事件(Cycleevent)、用戶定義事件〔UserDefinedevent〕等。有關事件及其相關參數(shù)的詳細描述，可參見UG的幫助文檔。在進行后處理時，事件生成器生成各事件有一定的順序，并且這個順序是固定的，不能改變。其生成順序大致如下：StartofProgramStartPostUDE'sattachedtotheprogramStartofGroupStartPostUDE'sattachedtothegroupMachineModeStartofPathStartPostUDE'sattachedtotheoperationFirstTool(ToolChange，NoToolChange)LoadToolMSYSInitialMove(InitialMove，F(xiàn)irstMove)ToolPathEndPostUDE'sattachedtotheoperationEndofPathEndPostUDE'sattachedtothegroupEndofgroupEndPostUDE'sattachedtotheprogramEndofprogram2.事件處理器事件處理器是為特定機床及其控制系統(tǒng)開發(fā)的一套程序。每個事件的處理函數(shù)必須包含一系列指令去處理用戶希望UG/Post處理的事件，這些指令將定義刀軌數(shù)據(jù)如何被處理，以及每個事件在機床上如何被執(zhí)行。用來定義事件處理器指令的計算機語言是TCL(Toolcommandlanguage)。TCL是一種解釋型的計算機語言，以其小巧、靈活、功能強大、易于擴展、易于集成而聞名。當UG/Post進行后處理時，TCL語言的解釋器充當了UG/Post的轉換器。對于用戶希望UG/Post去處理的每個事件，必須有一個TCL過程與之對應。事件生成器觸發(fā)一個事件時，MOM將調用與之對應的TCL過程去處理該事件，并把與此事件相關的參數(shù)作為全局〔Global〕變量傳送給處理它的TCL過程。如果不希望事件處理器去處理某個特別的事件，在事件處理器中不要包含處理該事件的TCL過程或使該事件的TCL過程為空即可。另外，處理事件的TCL過程名必須與事件生成器觸發(fā)的事件名統(tǒng)一。比方，處理Toolchange(換刀)事件的TCL過程名必須是MOM_tool_change。3.定義文件定義文件主要包含與特定機床相關的靜態(tài)信息。因為機床的多樣性，至少每類機床需要一個定義文件。大多數(shù)NC機床使用地址(Address)這一概念來描述控制機床的各個參數(shù)。比方，X地址用來存儲機床移動時終點的X坐標值。NC程序中的每個命令行通過改變地址的值來到達改變機床狀態(tài)的目的，而機床加工工件的過程實際上就是一系列機床狀態(tài)發(fā)生改變的過程。UG/Post實現(xiàn)了一定的機制，使用定義文件中的信息來格式化NC指令。正如事件處理器一樣，UG/Post的這種機制本質上也是由TCL語言來實現(xiàn)的，只不過是TCL語言核心的擴展。定義文件包含以下內容：(1)一般的機床信息，如機床是銑床還是車床，是三軸還是五軸等；(2)機床支持的地址，如X、Y、Z、A、B、C、T、M等；(3)每個地址的屬性，如格式、最大值、最小值等；(4)模塊，它們描述多個地址如何組合在一起來完成一個機床動作。比方，命令G01X[Xval]Y[Yval]Z[Zval]完成一個直線移動。4.輸出文件在UG/post執(zhí)行時，即后處理時，用戶指定一個文件來存儲后處理生成的NC指令，這個指定的文件就是輸出文件。輸出文件的內容由事件處理器來控制，而輸出文件中NC指令的格式由定義文件來控制。有了包含NC指令的輸出文件后，這個文件就可以傳送到機床上進行加工了。4.UG/Post的開發(fā)，其核心是TCL語言的運用。具體實現(xiàn)上有兩種途經：PostBuilder和手工編程。PostBuilder是UG系統(tǒng)為用戶提供的后處理器開發(fā)工具。使用它用戶只需要根據(jù)自己機床的特點，在GUI環(huán)境下進行一系列的設置即可完成后處理器的開發(fā)。值得一提是，使用PostBuilder不僅生成事件處理器文件(*.tcl)、定義文件(*.def)，還生成一個特別的文件(*.pui)。這個文件是專供PostBuilder使用的，記錄著關閉PostBuilder時的配置，對后處理器來說，這個文件是多余的。關于PostBuilder的更多信息可參見UG幫助文檔。手工開發(fā)后處理器，就是直接用TCL語言編寫事件處理器文件(*.tcl)和定義文件(*.def)。這要求用戶具有TCL語言的根本知識，同時，還要了解UG對TCL語言的擴展局部。雖然手工開發(fā)后處理器對用戶技能要求較高，但手工開發(fā)靈活、方便，開發(fā)的后處理器精煉、易懂、執(zhí)行效率高。4.一旦用戶結合自己的機床特性，使用TCL開發(fā)好了后處理器，接下來就要考慮如何向UG系統(tǒng)安裝它，以及如何在UG系統(tǒng)中使用它了。1.安裝后處理為了使一個后處理程序能夠在UG中進行使用，必須在后處理配置文件中注冊、安裝它。UG系統(tǒng)默認的后處理配置文件及其在注冊表中的位置為。該文件中，“#〞開始的行為注釋行，其他每一行為一個后處理器注冊項，其格式為：后處理器名，包含路徑的事件處理器文件，包含路徑的定義文件例如，。2.使用后處理當后處理器安裝好后就可以使用了，具體的做法如下：翻開已經做好加工操作(Operation)的UG文件，選取一個或多個加工操作，點擊“ManufacturingOperations〞工具條上“UG/POSTpostprocess〞圖標(見圖4.2),出現(xiàn)如圖4.3所示的對話框，在對話框中選取特定機床的后處理器以及輸入輸出文件的名稱，點擊Ok或Apply即可生成輸出文件。圖4.2ManufacturingOperations的局部工具條圖4.3后處理對話框UG后處理是UG/CAM應用的關鍵技術之一，隨UG系統(tǒng)提供的后處理器一般不能適應各企業(yè)的機床多樣性，因此學習、開發(fā)和維護UG后處理器是各UG/CAM用戶必須注意的環(huán)節(jié)。4.對于復雜零件，手工編程難以滿足生產要求，而CAD/CAM軟件UG那么可以編制各種復雜的加工程序。在UG中完成刀路設計后，輸出NC程序。有些數(shù)控機床的控制器NC程序格式常用代碼與ISO標準相同，可用通用后處理器，輸出NC程序后再手工編輯。當數(shù)控機床的控制器不同，所使用的NC程序格式不一樣時，需要針對不同機床的控制器轉換成特定的格式，要開發(fā)或修改后處理進行后處理。比方FANUC、SEIMENS、MITSUBISH等圓弧指令的圓心坐標為絕對坐標，就不能用通用后處理器。在此我們選FANUC，并列舉其G代碼。G00定位(快速移〕；G01直線切削；；G02順時針切圓弧(CW，順時鐘)；G03逆時針切圓弧(CCW，逆時鐘)；G04暫停(Dwell)；G09停于精確的位置；G2006英制輸入；G21公制輸入；G22內部行程限位有效；G23內部行程限位無效；G27檢查參考點返回；G28參考點返回；G29從參考點返回；G30回到第二參考點；G32切螺紋；G40取消刀尖半徑偏置；G41刀尖半徑偏置(左側)；G42刀尖半徑偏置(右側)；G50修改工件坐標；設置主軸最大的RPM；G52設置局部坐標系；G53選擇機床坐標系；G70精加工循環(huán)；G71內外徑粗切循環(huán)；G72臺階粗切循環(huán)；G73成形重復循環(huán)；G74Z向步進鉆削；G75X向切槽；G76切螺紋循環(huán)；G80取消固定循環(huán)；G83鉆孔循環(huán)；G84攻絲循環(huán)；G85正面鏜孔循環(huán)；G87側面鉆孔循環(huán)；G88側面攻絲循環(huán)；G89側面鏜孔循環(huán)；G90(內外直徑)切削循環(huán)；G92切螺紋循環(huán)；G94(臺階)切削循環(huán)；G96恒線速度控制；G97恒線速度控制取消；G98每分鐘進給率；G99每轉進給率；4.2在PostBuilder中創(chuàng)立VNC控制器機床控制器是通過PostBuider創(chuàng)立的。在PostBuider中有一個選項用于創(chuàng)立VNC控制器。需要新建一個后處理器然后在以下的步驟中激活VNC。創(chuàng)立一個新的后處理器和VNC控制器。第1步創(chuàng)立一個新的三軸銑加工處理器。啟動PostBuider，在Windows系統(tǒng)中點擊“開始〞，選擇“所有程序〞→“UGSNX”→“后處理工具〞→“后處理構造器〞。啟動后并選擇File→New命令，輸入liuyuan_sim作為后處理名稱。選擇Millimeters、Mill和Library,并在Library下拉列表中選擇fanuc_6M。如圖4.4所示。第2步設定選項以創(chuàng)立一個VNC控制器并存盤該后處理器?！みx擇MachineTool,在LinearAxisTravellimits中填改成實際機床的X，Y，Z軸的行程。校辦工廠的威海華東數(shù)控股份生產的VS1575大型立式加工中心的行程數(shù)據(jù)如圖4.5所示?！みx擇OutputSettings→OtherOptions命令，然后選中GenerateVirtualN/CController(VNC)復選框，接受默認的Standalone設置。如圖片4.6所示。·選擇File→Save命令以存盤該后處理和VNC控制器。圖4.4創(chuàng)立新的3軸加工后處理器圖4.5行程數(shù)據(jù)的添加圖4.6生成VNC選項此時在…UGS\NX4.0\MACH\resource\postprocessor目錄下將生成，，liuyuan_sim.def,四個文件。4.3添加后處理器到機床數(shù)據(jù)文件前面編輯過的機床數(shù)據(jù)文件需要另外一個數(shù)據(jù)文件來找到正確的后處理器。這個文件位于…UGS\NX4.0\MACH\resource\postprocessor下。以下步驟便是添加后處理器到機床數(shù)據(jù)的方法。第1步復制現(xiàn)有的數(shù)據(jù)文件。復制sim010101_001_in.dat,文件位置于…UGS\NX4.0\MACH\resource\postprocessor。第2步需要使用文本編輯器翻開這個數(shù)據(jù)文件，然后修改后處理的位置?！な褂梦谋揪庉嬈鞣_liuyuan_sim.dat文件?！ぞ庉嫼筇幚砥髅Q和位置如下：如圖4.7。圖4.7編輯后處理器同樣和上一節(jié)編輯過的，，liuyuan_sim.def,四個文件存放到…UGS\NX4.0\MACH\resource\postprocessor目錄下。4.4刀具、刀柄和工件、夾具的創(chuàng)立機床碰撞干預仿真，主要是模擬刀具、刀柄、Z軸和工裝夾具、工件之間的碰撞，而刀柄往往是標準的，UG中提供了刀柄的構建方法，下面詳細說明刀柄是如何構建和入庫的，刀柄定制在目錄刀柄庫存放在文件目錄…\MACH\resource\library\tool\metric\刀柄數(shù)據(jù)分成很多區(qū)域來分別描述，各區(qū)域之間用“|〞符號區(qū)分。LIBRF：刀柄標識ID，用來表示刀柄的唯一性RTYPE：記錄類型，=1的時候是通用刀柄記錄，=2的時候是刀柄數(shù)據(jù)記錄。FORMATLIBRF刀柄ID，用來確保刀柄的唯一性。RTYPE記錄類型，為1的時候是通用刀柄為2的時候是刀柄數(shù)據(jù)記錄。當RTYPE=1的時候HTYPE：=1銑刀刀柄或鉆刀柄。=2數(shù)控車刀柄。STYPE：刀柄子類型.SNUM：刀柄的部件數(shù)目。MAXOFF：該刀柄支持的最大偏置〔以備將來用〕。MINDIA：刀柄可以加緊的刀具最小直徑，如果是0的話那么表示沒有任何限制。

MAXDIA：刀柄可以加緊的刀具最大直徑，如果是0的話那么表示沒有任何限制。

DESCR：刀柄描述信息。下面這些是針對RTYPE=2的時候的信息。LIBRF：刀柄ID，確定刀柄的為一性。HTYPE：刀柄類型。為1的時候是銑刀刀柄或鉆刀柄。2的時候是數(shù)控車刀柄。STYPE：刀柄子類型。SEQ：刀柄界面號。DIAM：截面直徑。LENGTH：截面長度TAPER：截面的弧度。CRAD：界面的角度。這局部信息分兩局部存放，通用信息放在第一局部，一些定制性的信息放在二局部。刀柄的類型很多，例如以下圖所示。同時不同類型的刀柄長短尺寸也不一樣，因此，針對實際應用的刀柄建模，確保仿真的正確性有非常重要的意義。圖4.8刀柄的類型以下圖4.9，4.10是局部BT30/40/50ER類型刀柄的數(shù)據(jù)，由于刀柄安裝到機床主軸后，錐度局部就隱藏到主軸內部，因此，站在分析的角度，錐度局部并不重要，因此，主要參數(shù)是主要是如以下圖BT40所示的直徑為63高度為27的圓柱形卡槽和刀具加緊裝置。例如BT40-ER11-70，我們可以在UG下建立如下刀柄數(shù)據(jù)，刀具加緊局部D=19，長度=L-27=70-27=43，這是第一局部數(shù)據(jù)，第二局部數(shù)據(jù)是刀柄卡槽，直徑是63，長度是27，因此UG刀柄庫中的數(shù)據(jù)設置如下圖。通過刀柄庫調用刀柄以及刀柄和刀具顯示如下圖。圖4.9BT30/40/50ER類型刀柄的數(shù)據(jù)圖4.10BT30/40/50ER類型刀柄的數(shù)據(jù)圖4.11刀柄庫中的數(shù)據(jù)設置圖4.12刀柄和刀具顯示第五章應用新的IS＆V機床實際應用中，以山東理工大學校辦工廠為泰安航天特種車加工的TA5380特種車過橋齒輪上箱蓋為例子，將已生成刀路的