基于NX的五軸加工中心后處理程序開發

陸建軍，徐國權

江蘇省鹽城技師學院 江蘇鹽城 224002

1 序言

五軸機床的結構復雜，種類繁多，且未能實現標準化，導致五軸機床后置處理器的通用性很差。即使是相同類型的五軸機床，由于機床結構件的設計及裝配差異，其后置處理器也不能直接通用。由于五軸機床存在著多樣性、互換性差的特點，對于終端用戶來講，最好是針對具體的機床定制開發合適的后處理文件。一般可以利用CAD/CAM軟件提供的通用后處理模塊，例如UG軟件的后處理構造器模塊、PowerMILL軟件的PM Post模塊以及CimatronE軟件的IMS Post模塊等，結合機床的結構特點和數控系統的控制原理，進行后處理文件的定制開發。開發時可以參考同類機床后處理文件的制作原理和參數，進行必要的修改、優化，得到需要的后處理程序。

2 NX后處理構造器簡介及機床主要參數

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

采用NX后處理構造器定制后處理文件的一般過程如圖1所示。

圖1 定制后處理文件的過程

德西數控MCV850-5五軸加工中心（見圖2）采用三個直線軸與數控回轉臺的形式，屬于雙轉臺結構，具有RTCP（刀尖點跟隨）功能。數控系統：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軸轉角－360°～＋360°；連續工作臺面600mm×600mm；主軸轉速100～10000r/min；功率10kW。工作臺A軸和C軸的實際轉動方向如圖3所示。

圖2 德西數控MCV850-5五軸加工中心

圖3 A軸和C軸實際轉動方向

3 定制機床五軸后處理文件

3.1 選擇后置模板，設置基本參數

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

2）選擇后置模板：設置“后處理輸出單位”為“毫米”，“機床”為“銑床”，“控制器”從庫里選擇“heidenhain_conversational_Advanced”，然后進入用戶編輯界面。

3）設置機床的極限參數。

3.2 后處理程序開發關鍵技術

（1）判斷加工方式 應用T C L語言結合相關變量，判斷加工方式是五軸聯動加工還是3+2定向加工。西門子公司在N X后處理構造器的模板庫中提供了相應的判斷語句，該機床采用的海德漢iTNC 530系統，模板庫中提供了“DPP_GE_DETECT_5AXIS_TOOL_PATH TCL”判斷語句和“dpp_ge(toolpath_axis_num)”變量，可以在此基礎上修改。

使用TCL語言建立加工方式的判斷語句“PB_CMD_detect_tool_path_type”，具體內容如下。

該判斷語句中的“DPP_GE_DETECT_5AXIS_TOOL_PATH”為系統內置加工方式判斷命令，根據該命令的返回值輸出結果給變量“d p p_ge(toolpath_axis_num)”賦值。

（2）五軸聯動加工 海德漢i T N C 530采用M128指令啟動刀尖點跟隨功能，實現五軸聯動，采用M129指令取消刀尖點跟隨功能。一般來講，五軸聯動加工時應該在換刀前用M129指令使各回轉軸復位，換刀后執行M128。

直接調用該后置模板中塊命令“o u t p u t_M128”，并使用T C L語言添加執行條件“P B_CMD_check_block_output_m128”。執行條件內容如下。

當“dpp_ge(toolpath_axis_num)”結果為5時，執行M128指令，實現五軸聯動加工。

（3）3+2定向加工 海德漢iTNC 530系統采用PLANE功能或Cycle 19循環實現3+2加工。具體格式如下。

其中“SPA SPB SPC”用于定義旋轉角度，海德漢系統旋轉順序為Z→Y→X。

調用的后置模板中已經內置了3+2定向加工方式需要的相關計算的變量，通過“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”，將該機床3+2定向加工時的旋轉順序賦值給“ang_mode”，計算出旋轉中心的偏移值“offset_pos”和旋轉角度“rot_angle”供海德漢系統的坐標變換指令（Cycle 7、Cycle 19或PLANE SPATIAL）使用。

調用塊命令“plane_spatial”，并添加執行條件“PB_CMD_check_block_plane_spatial”，具體內容如下。

當“dpp_ge(toolpath_axis_num)”結果不為5時，執行“plane_spatial”指令，實現3+2定向加工。

（4）Cycle 32循環功能 海德漢iTNC 530數控系統提供的Cycle 32循環功能，可以通過定義輪廓公差、加工模式以及旋轉軸公差等循環參數，影響加工過程中的加工速度、精度和表面質量等指標。定制后處理程序時可以根據不同的加工要求，選擇不同的加工策略，從而在保證加工精度的基礎上提高加工效率。具體實現方法是根據CAM系統的編程公差確定Cycle 32循環的公差值T、HSC模式和旋轉軸公差TA等參數。

調用Cycle 32循環命令（設定公差），具體內容如下。

該段語句根據CAM軟件設定的加工公差將所需參數公差值T、HSC模式和旋轉軸公差TA等輸出給Cycle 32命令，在保證加工要求的基礎上，大幅提高加工效率。

最后設定程序起始序列、程序結束序列以及工序起始序列、工序結束序列，修改其他相關格式，添加到后置模板。

4 后處理程序驗證

采用UG NX多軸加工模塊，對圖4所示葉輪零件進行編程，生成刀具軌跡。

刀具軌跡生成后選擇已經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。

先后應用VERICUT軟件和實際MCV850-5機床對程序進行切削驗證，結果表明，加工程序滿足實際生產要求。

5 結束語

應用UG NX軟件的后處理構造器，結合TCL語言定制開發了德西數控MCV850-5（海德漢iTNC 530系統）雙轉臺式五軸聯動加工中心的后處理程序，開發過程中按照收集機床參數→分析確定后處理程序開發要求→選擇后置模板→修改調試等步驟，重點針對五軸后處理的制作開發關鍵技術，反復修改驗證調試，并且通過VERICUT軟件和實際機床進行驗證。結果表明，開發的后處理程序可以很好地實現3+2定向加工和五軸聯動加工，滿足實際加工需要。本文開發的后處理程序適用于海德漢iTNC 530系統的雙轉臺五軸聯動機床，對其他類型五軸加工中心的后處理程序開發也具有指導意義。