基于NX的五軸機床后處理開發研究

吳奧嵩

（營口理工學院 機械與動力工程系，營口 115014）

五軸加工技術主要應用于復雜曲面造型和結構復雜的零件加工，如飛機外殼、發動機葉輪、復雜模具和汽車車身等。該加工技術的優越性在于可以實現一次裝夾后，多個表面連續加工，加工效率與加工精度得到了很大提高。高質量的CAM編程和后置處理器是發揮五軸加工技術優勢的關鍵。一般來說，CAM軟件生成的刀軌不能直接用于機床加工，刀路文件必須轉化為NC代碼才能被機床使用，這個轉化過程就是所謂的后處理。

因為不同數控機床的硬件參數和控制系統都不盡相同，所以一般都需要根據實際情況定制與機床相符的后處理。Siemens NX作為業界流行的CAM軟件，提供了后處理器構造器程序，它能夠方便地生成各類機床的后處理。在NX軟件中，后置處理不單是對刀具軌跡的轉換，還包含對刀軌運動的智能處理，使得到的NC代碼更加符合機床要求。本文基于NX11的后處理構造器開發了專用后處理器，可充分發揮五軸機床的加工優越性。

1 NX后處理開發流程

1.1 機床技術參數分析

本研究所用的機床是南京高傳四開數控裝備制造有限公司出品的SK-5L70100型五軸聯動高速數控銑床。該銑床為龍門式結構，通過底部平臺上安裝的數控控制中心，可傾斜回轉工作臺實現五軸聯動加工。其擺動軸為B軸，回轉軸為C軸可連續旋轉。主要技術參數如表1所示。

表1 技術參數

其數控系統為SKY2006NA，是具有中國自主知識產權的數控加工系統。該系統基于PC機構建立，除具有一般高檔數控系統所具有的功能外，還具有三維刀具補償功能、2500程序段的提前預處理功能、二維和三維刀具的實時動態軌跡顯示功能等。

1.2 創建后處理文件

使用NX后處理構造器進行后置處理器的開發主要涉及以下幾項：新建后處理的參數、機床運動學參數、程序和刀軌參數、NC數據定義、輸出設置。

1.2.1 新建后處理器

根據機床情況設置后處理的參數，主要包括：后處理名稱、后處理輸出單位選擇毫米、機床選擇5軸帶雙轉臺的銑床、控制器選擇。

1.2.2 機床運動學參數設置

首先將線性軸行程限制按照機床實際行程改為：X700、Y1000、Z350。其次在第4軸或第5軸頁面，進行旋轉軸配置，設定第4軸旋轉平面為YZ平面，文字引導符為B，第5軸旋轉平面為XY平面，文字引導符為C，默認公差設為0.001，最大進給率設為10000。然后在機床參數第4軸頁面，將軸限制設為-110～0。在機床參數第5軸頁面，將第4軸中心到第5軸中心的Z偏置（即擺長）設為70，軸限制設為0～359.999。

1.2.3 程序和刀軌參數的設置

由于SKY2006NA系統符合標準指令控制，多數參數無需修改，只需修改個別參數即可滿足使用要求。首先在程序和刀軌的“程序”頁面，將“程序起始序列”中程序開始內的代碼都刪除，僅保留第一行，再加入一行“M3 S”。SKY系統在程序需要保證主軸工作時正轉。因此，應注意修改字的順序，系統要求“M3”在“S”之前，并將“工序起始序列”中的“自動換刀”內的代碼都刪除，僅保留“T M6”。

本文研究的五軸聯動銑床沒有自動換刀功能，故刪除。在“刀徑”下的“運動”頁面，根據機床數控系統的要求設置“線性移動”為G17 G41 D1 G1 G90 X Y Z B C F M3 S M8，“圓周移動”為G41 G2 G90 X Y Z I J K F S，“快速移動”為G0 G90 G rap1 rap2 rap3 B C M3 S。然后將“程序結束序列”下程序結束中的最后一行刪除，在“M2”前加入一行“M5 M9”。這樣可以保證程序運行結束后自動關閉主軸和冷卻。

1.2.4 NC數據定義

該功能可以實現自定義指令和編輯、修改原有的指令，方便用戶進行后處理的二次開發。靈活運用TCL編程，可以實現在NC程序中輸出加工時間、所用刀具的信息、刀軌名稱、后處理名稱、零件名以及代碼長度等。

1.2.5 輸出設置項

SKY系統默認讀取的加工程序后綴名為“NC”。將“N/C輸出文件擴展名”改為“NC”。設定好所有參數后，保存后處理。

2 驗證后處理

為了保證后處理的正確性，需要進行加工驗證。首先用NX生成NC代碼，在實際加工前用VERICUT進行仿真驗證，防止因NC代碼錯誤導致事故發生。如果在VERICUT仿真加工中出現干涉、碰撞及超程等錯誤現象，軟件會給出相關錯誤的提示。排除錯誤后重新進行仿真加工。從仿真結果來看，沒有出現錯誤，說明后處理的NC代碼沒有問題。將NC代碼傳輸到機床進行實際加工，筆者驗證了后處理的正確性。加工后的零件如圖1所示。

圖1 加工后的零件

3 結語

由CAM軟件生成的刀軌文件必須經過后處理才能生成機床控制系統認可的NC程序。而不同數控機床的硬件參數和控制系統都不盡相同，須通過NX后處理構造器來創建合適的后處理。以SK-5L70100五軸聯動銑床為例，本文闡述了SKY系統雙轉臺五軸后處理開發過程，進行了NC程序驗證，證明了該后處理的正確性，同時為其他五軸數控機床后處理開發提供一定的借鑒。