U G N X 數控車床自動編程的M CS-SPIN DL E 設置
2016-10-20 來源:蘭州石化職業技術學院 作者:張明艷,劉興勤, 汪 紅
摘要: 設置加工坐標系是自動編程與加工的前提條件,加工坐標系的設置對生成的數控程序的準確性有很大影響。闡述了軸類零件在UG8.5 的CAM 環境車削模塊中設置MCS-SPINDLE 的兩種方法, 給出了在UGNX 中創建軸類零件加工模型的要點及思路。
關鍵詞: UG ; 自動編程; 坐標系; 數控車床
0 .引言
數控機床零件加工前必須編寫加工程序,加工程序中的坐標數據是以工件坐標系為基準來度量的,因此在使用軟件自動編程前,必須設置好加工坐標系。在UG 中,加工坐標系是用MCS 來表示的,一般情況下,MCS 有3 個方向的坐標軸,這3 個坐標軸與數控機床的笛卡爾坐標系的3 個坐標軸是一致的。但在使用UG 的CAM 模塊自動編程時,加工零件的模型來自于建模環境,建模環境下對建模坐標系并沒有特別的要求,這樣很容易導致加工坐標系與建模坐標系軸方向的不一致,尤其在數控車床中,編程及加工是基于Z-X 平面的,只用到兩個坐標軸,如果所設置的加工坐標軸與建模坐標軸的映射關系不匹配,將會導致所生成的數控程序手工修改量大甚至完全無法加工的問題。本文將闡述在UG NX8 .5 中數控車床自動編程的MCS 設置方法。
1. UG 車削加工使用的坐標系名稱及用途
UG 車削加工從零件建模到加工要用到3 個坐標系:
(1) 絕對坐標系(ACS) :用X-Y-Z 標識,是由NX 系統內核生成的用來度量所有參數的基礎坐標系。該坐標系是模型固有坐標系,其原點和各坐標軸線的方向不可編輯。
(2) 工作坐標系(WCS) :用XC-Y C-ZC 標識,是用戶建模所使用的坐標系,在初始狀態下與ACS 是重合的,建模過程中可以根據需要對WCS 坐標系進行變換(如移動或旋轉) 。
(3) 加工坐標系(MCS 或MCS-SPINDLE ,后者是數控車床) :用XM-Y M-ZM 標識,是加工刀具走刀的位置基準,在數控編程前應進行設置,一般與數控機床的坐標系方向一致。
2. 軸類零件在UG 中的建模要求
軸類零件一般是用回轉成型的方法來創建模型的,在使用“回轉”特征命令前,先要繪制二維草圖。在用UG 的CAD 模塊建模時,二維草圖應繪在ACS 的XY 平面上,以X 軸為旋轉軸,盡量使圖形右端的回轉中心與ACS 坐標系原點重合。這樣選擇草圖平面及回轉軸形成的軸類零件在加工中直接將對應的ZMXM 作為車削加工平面,生成的加工程序符合數控車床的坐標。
如果加工模型是已經創建好的模型,并且建模沒有按照上述的要求完成(例如以Z 軸旋轉) ,那么,應在建模環境中通過坐標系旋轉,把WCS 坐標的XC 方位轉到回轉體旋轉軸線方向,并設置WCS 的原點位于數控加工的工件坐標系原點,目的在于使回轉體模型的軸線與絕對坐標系ACS 的X 軸重合或與工作坐標系WCS 的XC 軸重合,以便于加工坐標系的設置。
3. 車床加工坐標系的設置(MCS-SPINDLE 的設置)
進入UG 的加工環境,在UG 加工環境中設置選擇LATHE → TURNING ,單擊工具條中的“創建幾何體”圖標,打開“創建幾何體” 對話框,選擇第一項“MCS_SPINDLE” ,在Turn Orient(見圖1)中進行設置。
3.1 設置MCS
單擊“指定MCS”后面的第一個圖標,在打開的CSYS 窗口(見圖2)中,“類型”選取默認的“動態” ;“參考CSYS”的選擇則需要考慮是選擇“絕對” 、還是選擇“WCS” :
(1) 當回轉體工件的軸線與絕對坐標系ACS 的X 軸重合時,“參考CSYS”選取“絕對” ,此時以絕對坐標系ACS 來考量MCS 的方向和原點位置;在“指定方位”中將加工坐標系原點設定到工件的左(或右)端面中心(可以輸入坐標值,也可以用鼠標直接點擊右端面中心確定) ,則就會在端面中心出現XM-Y M-ZM 的加工坐標系標記,其中ZM 和工件軸線重合,與建模的絕對坐標X 軸一致,XM 與建模的絕對坐標Y 軸一致,見圖3 。

圖1 Turn Orient 對話框

圖2 MCS 原點及方位設置

圖3 軸線與ACS 坐標系的X 軸重合
(2) 當回轉體工件的軸線與WCS 坐標的XC 軸重合時,“參考CSYS”就必須選取“WCS” ,此種情況下用工作坐標系WCS 來考量MCS 的方向和原點位置,按上述同樣的方法設定加工坐標系的原點位置為工件端面中心,出現的加工坐標系標記XM-Y M-ZM 與WCS 的XC-Y C-ZC 完全對應(見圖4) ,此時XM 與工件軸線重合。
3 .2 車床工作平面及坐標映射關系設置
車床工作平面是車削加工時車刀運動的二維平面。在UG 的車削加工設置時,如果在MCS 的設置中已將ZM 設定為主軸,則“指定平面”選擇“ ZM-X M ”為工作平面,其他各軸與機床坐標軸的映射關系如圖1 所示;反之,如果XM 為主軸,則XM-Y M 為工作平面,其他各軸與機床坐標軸的映射關系如圖5 所示。
由此可見,車床工作平面的選擇與Turn Orient 中對“參考CSYS”的選擇是相關聯的:如果在“參考CSYS”中選取了“絕對” ,則ZM 軸與X 軸一致,此種情況下選取ZM-X M 作為工作平面;如果在“參考CSYS”中選取了“WCS” ,則XM 軸與X C 軸一致,此種情況下選取XM-Y M 作為工作平面。

圖4 軸線與WCS 坐標系的X 軸重合

圖5 工作平面及坐標軸映射
4. MCS-SPINDLE 設置對程序代碼的影響
車削加工時選擇不同的“工作平面”所生成的NC 程序是相似的,但同樣的刀具運動軌跡在程序中標識的坐標地址字不同。表1 是兩種不同工作平面選擇下的NC 程序對比。從表1 可以看出,以ZM-X M 為工作平面所生成的程序中,x 為徑向尺寸值(半徑值) ,z 為軸向尺寸值(長度值) ,y 值均為零,與數控車床編程的坐標一致;以XM-Y M 為工作平面生成的程序中,x 為軸向尺寸值(長度值) ,y 為徑向尺寸值(半徑值) ,z 值均為零,與建模用的WCS 坐標一致,并不符合數控機床編程的坐標要求,在轉換成G 代碼文件的后處理過程中應該注意并加以修正。
表1 兩種不同工作平面選擇下生成的NC 程序對比

5. 總結
在UG 數控車削編程時,建模所用的坐標平面及回轉軸影響后序加工坐標系MCS-SPINDLE 的設置,而“MCS-SPINDLE” 設置關系到車床工作平面的選擇,并直接影響到所生成數控程序代碼的準確性,因此,軸類零件在建模時就應盡可能選擇合適的坐標方位,以簡化數控加工時程序的后處理問題。
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