基于NX的五軸加工中心后處理程序開發(fā)

陸建軍，徐國(guó)權(quán)

江蘇省鹽城技師學(xué)院 江蘇鹽城 224002

1 序言

五軸機(jī)床的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，種類繁多，且未能實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，導(dǎo)致五軸機(jī)床后置處理器的通用性很差。即使是相同類型的五軸機(jī)床，由于機(jī)床結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)及裝配差異，其后置處理器也不能直接通用。由于五軸機(jī)床存在著多樣性、互換性差的特點(diǎn)，對(duì)于終端用戶來(lái)講，最好是針對(duì)具體的機(jī)床定制開發(fā)合適的后處理文件。一般可以利用CAD/CAM軟件提供的通用后處理模塊，例如UG軟件的后處理構(gòu)造器模塊、PowerMILL軟件的PM Post模塊以及CimatronE軟件的IMS Post模塊等，結(jié)合機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和數(shù)控系統(tǒng)的控制原理，進(jìn)行后處理文件的定制開發(fā)。開發(fā)時(shí)可以參考同類機(jī)床后處理文件的制作原理和參數(shù)，進(jìn)行必要的修改、優(yōu)化，得到需要的后處理程序。

2 NX后處理構(gòu)造器簡(jiǎn)介及機(jī)床主要參數(shù)

NX后處理構(gòu)造器（NX/Post Builder）是UG軟件提供的一個(gè)非常方便的創(chuàng)建和修改后處理的工具，用戶可以通過(guò)NX后處理構(gòu)造器圖形界面的交互方式來(lái)靈活定義建立NC程序的格式和輸出內(nèi)容，以及程序頭尾、換刀或循環(huán)等每一個(gè)事件的處理方式。

采用NX后處理構(gòu)造器定制后處理文件的一般過(guò)程如圖1所示。

圖1 定制后處理文件的過(guò)程

德西數(shù)控MCV850-5五軸加工中心（見(jiàn)圖2）采用三個(gè)直線軸與數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)的形式，屬于雙轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)，具有RTCP（刀尖點(diǎn)跟隨）功能。數(shù)控系統(tǒng)：海德漢iTNC 530；工作行程：X軸700mm，Y軸460m m，Z軸465m m，A軸行程－25°～＋110°，C軸轉(zhuǎn)角－360°～＋360°；連續(xù)工作臺(tái)面600mm×600mm；主軸轉(zhuǎn)速100～10000r/min；功率10kW。工作臺(tái)A軸和C軸的實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)方向如圖3所示。

圖2 德西數(shù)控MCV850-5五軸加工中心

圖3 A軸和C軸實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)方向

3 定制機(jī)床五軸后處理文件

3.1 選擇后置模板，設(shè)置基本參數(shù)

1）啟動(dòng)N X后處理構(gòu)造器程序，新建后置文件，文件名為“MCV850_5”。

2）選擇后置模板：設(shè)置“后處理輸出單位”為“毫米”，“機(jī)床”為“銑床”，“控制器”從庫(kù)里選擇“heidenhain_conversational_Advanced”，然后進(jìn)入用戶編輯界面。

3）設(shè)置機(jī)床的極限參數(shù)。

3.2 后處理程序開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)

（1）判斷加工方式 應(yīng)用T C L語(yǔ)言結(jié)合相關(guān)變量，判斷加工方式是五軸聯(lián)動(dòng)加工還是3+2定向加工。西門子公司在N X后處理構(gòu)造器的模板庫(kù)中提供了相應(yīng)的判斷語(yǔ)句，該機(jī)床采用的海德漢iTNC 530系統(tǒng)，模板庫(kù)中提供了“DPP_GE_DETECT_5AXIS_TOOL_PATH TCL”判斷語(yǔ)句和“dpp_ge(toolpath_axis_num)”變量，可以在此基礎(chǔ)上修改。

使用TCL語(yǔ)言建立加工方式的判斷語(yǔ)句“PB_CMD_detect_tool_path_type”，具體內(nèi)容如下。

該判斷語(yǔ)句中的“DPP_GE_DETECT_5AXIS_TOOL_PATH”為系統(tǒng)內(nèi)置加工方式判斷命令，根據(jù)該命令的返回值輸出結(jié)果給變量“d p p_ge(toolpath_axis_num)”賦值。

（2）五軸聯(lián)動(dòng)加工 海德漢i T N C 530采用M128指令啟動(dòng)刀尖點(diǎn)跟隨功能，實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)，采用M129指令取消刀尖點(diǎn)跟隨功能。一般來(lái)講，五軸聯(lián)動(dòng)加工時(shí)應(yīng)該在換刀前用M129指令使各回轉(zhuǎn)軸復(fù)位，換刀后執(zhí)行M128。

直接調(diào)用該后置模板中塊命令“o u t p u t_M128”，并使用T C L語(yǔ)言添加執(zhí)行條件“P B_CMD_check_block_output_m128”。執(zhí)行條件內(nèi)容如下。

當(dāng)“dpp_ge(toolpath_axis_num)”結(jié)果為5時(shí)，執(zhí)行M128指令，實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)加工。

（3）3+2定向加工 海德漢iTNC 530系統(tǒng)采用PLANE功能或Cycle 19循環(huán)實(shí)現(xiàn)3+2加工。具體格式如下。

其中“SPA SPB SPC”用于定義旋轉(zhuǎn)角度，海德漢系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)順序?yàn)閆→Y→X。

調(diào)用的后置模板中已經(jīng)內(nèi)置了3+2定向加工方式需要的相關(guān)計(jì)算的變量，通過(guò)“DPP_GE_COOR_ROT [ang_mode rot_angle offset_pos]”“DPP_GE_COOR_ROT_LOCAL”“DPP_GE_COOR_ROT_AUTO3D”和“DPP_GE_CALCULATE_COOR_ROT_ANGLE”，將該機(jī)床3+2定向加工時(shí)的旋轉(zhuǎn)順序賦值給“ang_mode”，計(jì)算出旋轉(zhuǎn)中心的偏移值“offset_pos”和旋轉(zhuǎn)角度“rot_angle”供海德漢系統(tǒng)的坐標(biāo)變換指令（Cycle 7、Cycle 19或PLANE SPATIAL）使用。

調(diào)用塊命令“plane_spatial”，并添加執(zhí)行條件“PB_CMD_check_block_plane_spatial”，具體內(nèi)容如下。

當(dāng)“dpp_ge(toolpath_axis_num)”結(jié)果不為5時(shí)，執(zhí)行“plane_spatial”指令，實(shí)現(xiàn)3+2定向加工。

（4）Cycle 32循環(huán)功能 海德漢iTNC 530數(shù)控系統(tǒng)提供的Cycle 32循環(huán)功能，可以通過(guò)定義輪廓公差、加工模式以及旋轉(zhuǎn)軸公差等循環(huán)參數(shù)，影響加工過(guò)程中的加工速度、精度和表面質(zhì)量等指標(biāo)。定制后處理程序時(shí)可以根據(jù)不同的加工要求，選擇不同的加工策略，從而在保證加工精度的基礎(chǔ)上提高加工效率。具體實(shí)現(xiàn)方法是根據(jù)CAM系統(tǒng)的編程公差確定Cycle 32循環(huán)的公差值T、HSC模式和旋轉(zhuǎn)軸公差TA等參數(shù)。

調(diào)用Cycle 32循環(huán)命令（設(shè)定公差），具體內(nèi)容如下。

該段語(yǔ)句根據(jù)CAM軟件設(shè)定的加工公差將所需參數(shù)公差值T、HSC模式和旋轉(zhuǎn)軸公差TA等輸出給Cycle 32命令，在保證加工要求的基礎(chǔ)上，大幅提高加工效率。

最后設(shè)定程序起始序列、程序結(jié)束序列以及工序起始序列、工序結(jié)束序列，修改其他相關(guān)格式，添加到后置模板。

4 后處理程序驗(yàn)證

采用UG NX多軸加工模塊，對(duì)圖4所示葉輪零件進(jìn)行編程，生成刀具軌跡。

刀具軌跡生成后選擇已經(jīng)編寫好的后處理文件（MCV850_5），生成NC程序，葉輪零件加工程序（部分）如下。

先后應(yīng)用VERICUT軟件和實(shí)際MCV850-5機(jī)床對(duì)程序進(jìn)行切削驗(yàn)證，結(jié)果表明，加工程序滿足實(shí)際生產(chǎn)要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

應(yīng)用UG NX軟件的后處理構(gòu)造器，結(jié)合TCL語(yǔ)言定制開發(fā)了德西數(shù)控MCV850-5（海德漢iTNC 530系統(tǒng)）雙轉(zhuǎn)臺(tái)式五軸聯(lián)動(dòng)加工中心的后處理程序，開發(fā)過(guò)程中按照收集機(jī)床參數(shù)→分析確定后處理程序開發(fā)要求→選擇后置模板→修改調(diào)試等步驟，重點(diǎn)針對(duì)五軸后處理的制作開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)，反復(fù)修改驗(yàn)證調(diào)試，并且通過(guò)VERICUT軟件和實(shí)際機(jī)床進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明，開發(fā)的后處理程序可以很好地實(shí)現(xiàn)3+2定向加工和五軸聯(lián)動(dòng)加工，滿足實(shí)際加工需要。本文開發(fā)的后處理程序適用于海德漢iTNC 530系統(tǒng)的雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床，對(duì)其他類型五軸加工中心的后處理程序開發(fā)也具有指導(dǎo)意義。