7.基于UG_POST极坐标数控机床后置处理器的开发

1 基于UG POST极坐标数控机床后置处理器的开发 董晓岚1 摘 要：数控机床的控制系统、控制方式不同，G代码程序格式和指令方式也不同。极坐标数控机床接受“G01 X，Z，C” 格式的极坐标指令完成C轴旋转坐标和Z轴线性坐标的合成运动轨迹—阿基米德螺线轨迹运动。本文通过UG后置处理开发工具POST Builder完成对极坐标数控机床后置处理文件的定制,实现极坐标指令格式、动作事件、文件格式的处理。 关键词：极坐标 后置处理 刀位轨迹文件 G代码程序

1、极坐标数控机床后置处理与UG Post后置处理器开发工具 后置处理技术是数控自动编程技术的一项关键技术。数控编程中，刀位轨迹的计算过程称为前置处理(Preprocessing)，生成刀位轨迹文件(.cls)。由于不同数控机床的控制系统程序格式和指令方式不同，刀位轨迹文件不能直接驱动机床。将刀位轨迹文件与具体的机床特性结合，转换成符合机床控制系统要求，能正确识别和加工的G代码文件称后置处理(Post-processing)。 极坐标数控机床用于加工造船、航空、工程机械中大型回转类、盘类零件，属于特殊加工工序专门化数控机床。由于采用“极坐标”设计方案，数控分度头配合工作台或刀架两轴联动，突破曲线/曲面加工的三轴直线进给模式。加工阿基米德螺线、渐开线，螺旋线易获得曲线方程，控制简单；加工二次曲线，工件定位方便，加工精度高。极坐标机床和直角坐标机床的指令方式不同，直角坐标数控机床接受直线插补指令“G01 X，Y，Z”；极坐标数控机床接受“G01 X，Z，C” 格式的极坐标指令。G01指令在极坐标数控机床上完成C轴旋转进给坐标（角位移θ）和X轴的线性进给坐标（位移ρ）合成的运动轨迹—阿基米德螺线轨迹运

1作者简介：董晓岚（1980-），女，硕士，江苏省苏州人，主要研究方向数控技术，CAD/ CAM/CAE集成。 2

动。本文通过UG的后置处理开发工具完成对极坐标数控机床后置处理文件指令格式、运动模式的定制。 UG提供后置处理开发工具UG Post Builder，提供用户一交互图形界面，对机床控制系统文件：事件处理文件（.tcl后缀，定义每一事件的处理方式）和定义文件（.def后缀，定义机床控制系统的功能和程序格式）进行设置。用户可灵活定义G代码程序的输出格式和内容，包括：程序头尾的格式、操作头尾的指令格式、运动指令格式、换刀、循环等动作事件的处理。

2、极坐标数控机床后置处理器的定制 2.1 UG系统平台的设置[1] 1) 复制UGII_ROOT_DIR\Mach\resource目录到用户目录UGII_SUER_DIR。复制UGII_ROOT_DIR\ugiiUG环境变量文件ugii_env.dat到用户目录UGII_SUER_DIR。 2) 编辑ugii_env.dat文件，修改“UGⅡ_CAM_RESOURCE_DIR=${UGⅡ_CAM_BASE_DIR}resource\”指向用户目录。例：“UG_CAM_RESOURCE_DIR=C:\resource\”。 2.2 创建极坐标数控机床后置处理文件 本文在UG-Post Builder下，以三轴车铣中心的后置处理文件作为蓝本定制极坐标数控机床的后置处理器[2][3]，实现极坐标机床“G01 X Z C”格式的G代码文件和运动模式的生成，关键的步骤有： 1) 收集机床数据：开发或修改后处理器时首要一步是收集机床数据，以便能输出正确的NC程序格式，尤其像极坐标机床这样的特殊机床。 2) UG Post Builder“Create New Post Processor”对话框下设置：  Post Output Unit(后处理输出单位)：Millimeters  Machine Tool(机床类型)：Mill 3-Axis Mill-Turn（XZC）  Controller(控制器)：本例使用Library（数据库）下的Siemens系统 3) 设置Machine tool功能页： 设置General parameters项：  输入机床X、Z行程和机床零点与转轴中心的位移偏置。  Output circular record：NO。代码只采用线性输出（只允许G01格式），采用极坐标刀位轨迹算法，用阿基米德螺线拟合加工轮廓。  Coordinate Mode：polar。代码以极坐标形式输出。变量mom_sys_coordinate_output_mode决定输出模式，确定极坐标输出 3

格式。将直角坐标系点),,(iiizyx转化为极坐标系点),,(iiiczx的算式为：







)()(22iiiiiiiixyArcTanczzyxSqrtx

（3-1） 此段程序将被写入事件处理文件MOM_linear_move程序段中。

 Spindle Axis：Z Axis。指定Z轴为工作台的回转轴。

图3-1 UG-Post Builder下Rotary axis参数页设置 设置Rotary axis项（如图3-1）：  Axis rotation：normal。在XY平面内，将刀轴方向的I、J、K数据转换成转角的方式，确定转轴方式。从Z轴的正向看，如果转轴顺时针方向转向大角度，为normal方式，反之reverse方式。  Axis direction：magnitude determines direction。正负轴方向：确定转轴角度为正时顺时针旋转，角度为负时逆时针旋转。假如：回转工作台由90度转向45度时，在此方式下：最小角度45度，CLW 45， CCLW 45。与此相反的是sign determines direction方式，指顺时针转向大角度而逆时针转向小角度。在上例中，该方式记录：最小角度-45度，CLW 45， CCLW–45。 4) 保存，将后置处理文件添加至UG后置处理器中。菜单Utilities—edit template posts data file—new选项，弹出安装后置处理文件对话框，选择“Browse”，点选刚刚生成的后置处理文件my_post.pui。后置处理就文件就被加入UG后置处理配置文件中了。 5) 修改mom_sys_millturn_yaxis变量。 4

UGII_ROOT_DIR\MACH\resource\postprocessor目录下，以记事本文件方式打开my_post.def文件，查找mom_sys_millturn_yaxis变量，将“TURE”改为“FALSE”，确定本后置处理文件不允许Y轴矢量输出。 3、测试极坐标数控机床后置处理器 启动UG，打开示例文件，选择极坐标数控CAM系统菜单Polar CAM—Involute，输入加工加工参数，生成渐开线的刀位轨迹文件。进入UG CAM加工模块，选择后置处理图标。弹出如图4-1所示UG后置处理器对话框，可以看到刚生成的后置处理文件my_post出现在后置处理窗口中。

图4-1 UG加工程序后置处理界面 选择my_post，生成G代码文件，生成的部分程序列举如下。至此，极坐标数控机床的后置处理工作就完成了[4]。比较CLS文件和G代码程序文件的区别，实现了极坐标机床CLS文件到G代码程序文件的转换。 生成的CLS文件部分如下： TOOL PATH/FIXED_CONTOUR，TOOL，UGT0203_060 MSYS/0.0000，0.0000，0.0000，1.0000000，0.0000000，0.0000000，0.0000000，1.0000000，0.0000000 RAPID GOTO/194.635376，0.000000，3.000000，0.0000000，0.0000000，1.0000000 FEDRAT/MMPM，400.000000 GOTO/194.635376，0.000000，-2.000000 GOTO/195.761687，0.171082，-2.000000 GOTO/196.886074，0.490386，-2.000000 ………… 生成的相应的G代码数控程序文件如下示： N0010 G40 G17 G94 G90 G70 5

N0020 T00 M06 N0030 (TOOL，UGT0203_060) N0040 G12.1 N0050 G00 X194.635 Y0.0 C0.0 S0 M03 N0060 G43 Z3. H00 N0070 G01 Z-2. M08 F400. N0080 X195.762 C.05 N0090 X196.887 C.143

参考文献： [1] 安杰, 梁志权等. UG后处理技术[M]. 清华大学出版社, 2002． [2] 陈辉,王知行等.基于UG/Post的并联机床数控后置处理器的开发[J].哈尔滨理工大学学报,2002,7(5)． [3] Unigraphics NX Post Builder Help[CD].Unigrophics Solutions Inc., 2002． [4] 陈建良,陈爱萍等.基于UG的鞋楦CAD/CAM系统开发[J].机械设计,2004(11)．

The Application of Special Post-processor for Polar-coordinate NC Tool based on UG Post DONG Xiao-lan

Abstract：Different NC systems and control fundamentals acquires different G code format and instruction mode. Polar-coordinate NC Tool accept ‘G01 X,Z,C’ instruction to complete a resultant Archimedes Spiral trails, composed by a rotational coordinate (C Axis) and a linear motion(Z Axis). The paper custom-tailored a polar-coordinate NC tool post-processor under the UG development tool, a polar-coordinate set of code instructions, motion event definitions, file formats were accomplished. Keyword：Polar-coordinate; Post-process; CLSF File; G Code File