基于NX的華中數控818系統四軸后處理研究?

陸龍福，付天翼

（1.黃岡職業技術學院，湖北 黃岡 438002；2.黃岡技師學院，湖北 黃岡 438000）

1 基于NX平臺的后置處理（PostBuilder）研究

NX/PostBuilder一般有兩種方法，一種是根據NX/CAM系統生成的刀路軌跡產生刀位數據源文件（CLS），然后利用CLS進行后置處理的創建；另一種是直接利用NX/PostBuilder進行后置處理的創建。前一種方法只能對當前所生成的刀軌進行后處理，后一種方法由于與CLS無關，所以適用于所有還未生成CLS文件的操作程序。本文將采用第二種方法對NX/PostBuilder進行研究與創建。

NX/PostBuilder是NX系統自帶的工具，用戶可結合現有的機床數控系統，以及機床的類型、特性等，建立相應的事件處理和事件定義文件，即后處理文件。

1.1 NX/Post的結構

NX/Post的結構示意圖如圖1所示。NX后處理過程為：首先NX Post接收Event Generator提取的NX刀具位置源程序數據（事件名稱、變量等）；然后再根據事件處理器（Event Handler.tcl）文件所規定的事件進行處理；最后根據定義文件（Definition File.def）所規定的機床格式，處理輸出機床數控系統所識別的NC代碼。

由圖1可知，后置處理器構成文件主要與Event Handler.tcl和Definition File.def有關，通過PostBuilder創建后生成的Event Handler.tcl文件和Definition File.def文件將控制機床系統進行運動，所以NX/PostBuilder的核心內容就是對Event Handler.tcl和Definition File.def這兩個文件進行定義和創建。

1.2 NX/PostBuilder創建流程

圖2為NX Post Builder創建流程。首先PostBuilder根據數控機床類型、特性（如三軸立式、四軸臥式等）和控制系統等信息數據進行相關事件的處理（如程序頭處理、程序尾處理、G代碼處理、M代碼處理和機床控制軸處理等）；處理后生成的Event Handler.tcl和Definition File.def通過相應的測試驗證NC代碼是否正確（如可通過vericut仿真軟件驗證），如果正確，將直接用于處理生成相關機床類型識別的NC代碼；否則將再次對PostBuilder.pui文件進行修改校正，直至正確。

圖1 NX/Post的結構示意圖

對于某些特殊的機床數控系統NX PostBuilder中不包含的功能，只需要單獨對生成的Event Handler.tcl和Definition File.def這兩文件修改符合特殊機床數控系統的格式，最后再進行相應的測試與驗證即可。

2 華中數控818系統四軸數控機床后處理程序運動求解的研究

2.1 運動求解理論推導

圖3為華中數控818系統四軸坐標系運動分解圖。其 中，坐 標 系OmXmYmZm、OwXwYwZw和OtXtYtZt分別代表與固定軸、工件和刀具固聯的坐標系。為了實現刀位數據和各軸運動數據的轉換，需將代表刀位數據的OtXtYtZt和工件運動數據的OwXwYwZw進行運動轉換，可分解為OwXwYwZw相對于OmXmYmZm的轉動和OtXtYtZt相對于OmXmYmZm的平動兩個運動。

圖2 NX Post Builder創建流程圖

圖3 華中數控機床四軸坐標系運動分解圖

起始位置設置如下：Om在OtXtYtZt的刀位點矢量為［000］T、刀軸矢量為［0 0 1］T，Om在OwXwYwZw的位置矢量為rm（mx，my，mz）；機床平動軸起始位置為rs（sx，sy，sz），轉動軸起始位置為 φA、φC；工件坐標系刀軸方向和刀位點矢量分別為rh（hx，hy，hz）和ru（ux，uy，uz）。則由坐標系變換可推導出：

其中：T（rm）為位置矢量rm移動矢量變換矩陣；T（rs）為位置矢量rs移動矢量變換矩陣；T（rs－rm）為位置矢量rm至位置矢量rs的移動變換矩陣；RZ（－φC）為第四軸為Y軸時的轉動變換矩陣；RX（－φA）為第四軸為X軸時的轉動變換矩陣。將T（rm）＝

式（3）和式（4）即為機床的運動學模型。根據式（3）和式（4）可推導出機床坐標軸運動位移的計算結果：

由式（5）～式（9）可知，由于kA＝1，－1，因此φA不是唯一值，可以通過回轉軸A′行程范圍加以確定其唯一值，由sinφC＝ux/sinφA和cosφC＝uy/sinφA可得φC/φA是唯一對應的。

后置處理可以通過先提取CLS數據和ux、uy、uz、hx、hy、hz坐標值，再計算機床的轉動角 φA/φC、3個平動軸sx、sy和sz，最后組合成聯動四軸坐標值輸出。

2.2 機床運動驗證及誤差補償

由于機床受制造、裝配誤差、環境等各種因素的影響，在機床實際運動中或多或少會存在一定的誤差。

首先進行移動行程距離驗證，設機床刀具從任一點M（xm，ym，zm）移動到另一點N（xn，yn，zn），由式（7）、式（8）、式（9）計算機床移動距離，對驗證理想狀態下的機床移動距離與實際機床移動進行比較；然后再設機床刀具從任一點M（xm，ym，zm）移動到另一點N（xn，yn，zn）時，A軸正轉A°1，反轉－A°2，由式（5）、式（6）計算機床轉動角度，對驗證理想狀態下的機床轉動角度與實際機床轉動角度進行比較；最后將理想狀態下機床運動與實際機床運動存在的誤差求差值，并以此補償機床實際運動的誤差造成的影響，通過誤差補償，更有效地提高了機床的運動精度。

3 小結

本文主要介紹基于NX/PostBuilder四軸聯動數控機床后處理文件的研究與創建，通過對NX/PostBuilder后處理文件的構成要素、創建流程以及創建方法等展開研究。為了更好地將刀具位置源文件數據轉換為機床各坐標軸的運動數據，以典型華中數控軸聯動機床為例進行機床各軸坐標運動求解。

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