五轴石材数控桥切机的数控编程方法初探 |
| 2013-04-17 17:44 作者：www.guigu.org 来源：吴庆勇 HV： 编辑： 【搜索试试】
|
|
据《硅谷》杂志2012年第23期刊文称，石材是一种装饰艺术材料，其种类繁多，式样和造型变幻无穷。五轴数控设备能够满足复杂的石材外形的加工需求，是石材加工设备发展趋势之一。在数控编程过程中，后处理是衔接数控机床与数控系统的关键环节，它决定由CAM编程所产生的加工程序能否在数控机床上顺利进行。针对具体五轴石材数控加工设备的结构，以Mastercam为编程软件，设计一种满足S-140M五轴数控系统的数控编程解决方案。
0引言
数控自动编程也称为计算机辅助编程，指的是数控程序的编制工作大部分或全部由计算机完成，如刀具路径的规划、刀位点坐标值的计算、生成可加工的NC程序等，甚至能进行工艺处理[1]。
随着现代加工业的不断发展，各种复杂曲线、曲面越来越多，零件结构越来越复杂，手工编程已无法满足实际生产的需要。在这种形式下，数控自动编程得到了很大的发展，目前人们已经习惯于使用各种自动编程软件完成数控编程。编程人员根据零件加工工艺信息，使用CAM软件对加工零件进行交互式编程，生成刀具轨迹文件（NCI文件），后置处理环节将刀位点坐标值的刀位数据文件转换成可用于数控加工的NC程序。数控自动编程的流程可归纳为：
图1数控自动编程的流程
目前常用的数控自动编程软件有UG、Mastercam、Cimatron、hyperMILL9以及PowerMILL等。其中Mastercam是目前最常用的一款集CAD/CAM/CAE为一体的大型软件，广泛应用于机械、电子、航空等工业领域，本文针对具体五轴石材数控加工设备的结构，以Mastercam为编程软件，设计了一种满足S-140M五轴数控系统的数控编程解决方案。
1石材加工设备概况
石材既是人类历史上最古老的建筑材料，也是全球最具艺术价值和经济价值的建筑装饰材料。我国石材产业在改革开发后依靠资源丰富的优势获得蓬勃发展。目前，全国石材企业近5万家，其中中型以上企业超过3千家，相关数据表明，我国石材产量、消费量、进出口贸易量均位于世界首位[2]。但我国石材行业总体仍处于粗放型发展阶段，生产工艺及技术装备落后，企业创新能力低，缺乏核心竞争力。因此，开发具有我国自主产权的自动化设备任重而道远。
雕像制品的轮廓成型加工是石材雕刻加工中最为重要的，也是最为复杂的一道工序。目前，雕像制品的轮廓成型过程大多采用人工凿刻，自动化水平低，雕像的质量难以保证。因此，开发多轴石材雕刻机床具有很大的市场价值。
2五轴石材数控桥切机结构及控制器选用
五轴机床有3个直线轴和2个旋转轴，根据2个旋转轴的位置，五轴机床分为刀具双摆动、刀具加工作台旋转和工作台双旋转三种结构形式[3]。针对国内五轴雕刻设备的空白，福建省华隆机械设备有限公司与厦门大学共同致力研发了适用于石材立体雕刻及复杂轮廓异型加工的五轴龙门数控石材桥切机，其主轴结构如图1所示，属于刀具双摆动结构。
在机械加工行业中，一些著名的数控厂家已有成熟的多轴加工数控系统，如西门子840D系列、三菱M700V系列、发那科31i-modelb5系列、广州数控GSK25i系列及美国SoftServoSystems公司的S-140M系列等。经综合评估选用S-140M作为五轴龙门数控桥切机的控制系统，该系统的原始控制界面如图3所示。
图3基于S-140M的数控五轴联动龙门桥切机的数控系统操作界面
3Mastercam五轴数控编程
数控编程软件中，MastercamX6软件提供了丰富的五轴数控编程“刀具路径类型”，包括曲线五轴、沿边五轴、沿面五轴、曲面五轴、通道五轴、旋转五轴等类型，另外X6版本针对线构架、曲面、钻孔等工艺添加了多种专用的数控加工刀具路径类型。数控编程刀具路径类型应不同的加工工艺要求各异，做好该项工作需要较丰富的经验积累。本文将针对5轴龙门石材桥切机操作平台，分析Mastercam编程软件所需的机床定义文件及后处理文件（或称控制器文件）生成的方法。
3.1机床定义文件生成
机床定义文件描述了机床具体结构，是CAM编程生成刀具路径NCI文件的基础。数控编程时，CAM软件分析工件的结构，结合机床的结构及刀具路径类型，计算出工件加工的刀具路径。Mastercam机床定位文件后缀名为mmd，该文件通过编程界面的工具栏“设置”中的“机床定义管理器”选项生成。机床定义文件设置后，对应机床的编程工作必须调用该指定文件。
针对5轴龙门石材桥切机开发定制的机床机构设置如图3所示。“机床定义管理器”设置包括工作台、刀头及自动换刀三部分结构。工作台为单一构建，X、Y、Z、A、B及主轴构成刀头结构，各轴层叠关系由其运动关系决定，如X轴电机固定在横梁，Y轴电机固定在基座带动横梁运动。
图3机床结构设置
机床轴可分直线轴及旋转轴两种类型。直线轴设置的主要参数有：倾斜方向、行程范围、最大进给速度。直线轴（X轴、Y轴、Z轴）的参数设置方法一致，以X轴参数的设置方法为参考，如图4所示。旋转轴（A轴、C轴）设置的主要参数包括：倾斜角度、旋转轴中心偏置、行程范围及最大进给速度。旋转轴以A轴参数的设置方法为参考，如图5所示。
图4X轴的主要参数
图5A轴的主要参数
3.2控制器文件生成
后置处理是数控自动编程的重要组成部分，是CAM系统与数控机床之间的桥梁，它将CAM系统生成的不包含具体机床和数控系统信息的刀位数据转换成能够控制具体机床运动的数控加工程序，即NC程序。后处理技术内容包括机床运动学建模与求解、机床机构误差补偿和机床运动非线性误差校核修正等。有效准确的后置处理对于保证加工质量、加工效率及机床可靠运行具有重要作用。
Mastercam后处理文件的扩展名为PST，称为后处理器，该文件通过编程界面的工具栏“设置”中的“控制器定义”选项生成。它定义了数控程序的格式、辅助工艺指令、接口功能参数等。在应用Mastercam软件的自动编程功能之前，必须先对这个文件进行编辑，才能在执行后处理程序时产生符合S-140M控制器需要和使用者习惯的NC程序。后处理文件设置的界面如图6所示，用户应根据控制器要求的NC程序的格式进行设置。
图6后处理文件参数设置
不同系列的后处理文件在内容上略有不同，但其格式及主体部分是相似的[4]。除了上述方法设置后处理文件外，用户在熟悉后处理文件结构的前提下，可使用记事本编辑器对Mastercam后处理.pst文件的进行修改。
4总结与展望
目前，市场上3轴结构的桥切机较为常见，其控制器有PLC或CNC，该类型机床局限于简单异型石材的加工，加工刀具要求较高，且加工效率低。五轴联动石材桥切机除了可以实现3轴联动桥切机所具备的功能外，还可在装备圆盘金刚锯条件下，高效地实现异型石材复杂结构的加工。同时，在装备石材雕刻刀或石材专用磨具后，可以实现复杂立体石材工艺品雕刻。笔者在分析了石材行业数控加工设备发展概况的基础上，提出了使用Mastercam软件对特定的桥切设备进行数控编程所需的“机床定制文件”及S-140M数控系统“后处理文件”的生成方法。
五轴加工相对于三轴加工要复杂得多，目前开发的生成五轴加工刀具路径方法远比三轴加工方法少得多，多处于研究阶段，而适用于石材加工行业的路径生成方法更是缺少。因此，针对主要以圆盘锯片作为工具的石材桥切机，开发出与不同加工工艺相适应的刀具路径类型具有重大意义。
作者简介：
吴庆勇（1981-），男，硕士研究生，研究方向：机械制造及其自动化；陈永明（1962-），男，副教授，硕士生导师。
|
|
|
|
【对“五轴石材数控桥切机的数控编程方法初探”发布评论】 |
版权及免责声明：
① 本网站部分投稿来源于“网友”，涉及投资、理财、消费等内容，请亲们反复甄别，切勿轻信。本网站部分由赞助商提供的内容属于【广告】性质，仅供阅读，不构成具体实施建议，请谨慎对待。据此操作，风险自担。
② 内容来源注明“硅谷网”及其相关称谓的文字、图片和音视频，版权均属本网站所有，任何媒体、网站或个人需经本网站许可方可复制或转载，并在使用时必须注明来源【硅谷网】或对应来源，违者本网站将依法追究责任。
③ 注明来源为各大报纸、杂志、网站及其他媒体的文章，文章原作者享有著作权，本网站转载其他媒体稿件是为传播更多的信息，并不代表赞同其观点和对其真实性负责，本网站不承担此类稿件侵权行为的连带责任。
④ 本网站不对非自身发布内容的真实性、合法性、准确性作担保。若硅谷网因为自身和转载内容，涉及到侵权、违法等问题，请有关单位或个人速与本网站取得联系（联系电话：01057255600），我们将第一时间核实处理。
|
|
|
|
