基于CAXA制造工程師的后置處理開發與應用

孫茂軍

北京空間機電研究所 北京 100076

1 序言

本文中應用的四軸立臥鏜銑床購于2002年，數控系統為HEIDENHAIN iTNC530，機床型號為D M U125P，主要應用于中大型空間相機結構件的精密加工。由于購入年份較早，沒有與之相匹配的臥軸加工程序后置處理功能，主要依賴于HEIDENHAIN iTNC530數控系統自帶的編程模塊功能手動編程和計算機三軸立軸模式編程，再通過人工替換程序代碼的方式轉換為可供臥軸模式識別的程序代碼，這就給機床臥軸編程加工帶來大量的低效率計算過程[1-4]。程序修改步驟如圖1所示。

從圖1中可以看出，每條程序都需要人工修改，大大降低了生產效率，且難以控制修改程序過程中的失誤概率。為提高立臥式四軸數控機床的應用效率，以“高質量、高效率、高效益”為目標，提高加工、編程效率，減少人工替換程序代碼的繁瑣性操作，避免替換程序代碼過程的不可控因素，本文經過對CAXA制造工程師程序后置處理模塊的二次開發，擴展了CAXA制造工程師程序后置處理功能，開發出適用于HEIDENHAIN iTNC530數控系統臥軸加工的后置處理程序代碼，直接輸出免更改的后置處理程序，提高了編程效率和輸出程序的準確性。

圖1 程序修改步驟

2 后置處理開發前的程序編制過程

（1）編程坐標系的設定方向 數控機床坐標系采用遵守右手定則的笛卡爾坐標系，確定坐標系各坐標軸時，總是先根據主軸來確定Z軸，再確定X軸，最后確定Y軸。機床坐標系的建立保證了刀具在機床上的正確運動，根據零件圖樣建立的坐標系稱為工件坐標系（亦稱編程坐標系）。

立軸式和臥軸式加工數控機床編程坐標系與機床的方位關系分別如圖2、圖3所示。立軸與臥軸兩種加工模式中，機床坐標系方向不變，而編程坐標系X、Y、Z均不在同一個坐標方向，所以機床在兩種坐標方式上的運動方向矢量和坐標值均不同。

圖2 立軸式編程坐標系

圖3 臥軸式編程坐標系

（2）程序代碼分析 CAXA制造工程師這款數控加工編程軟件可以把軟件系統生成的二軸或三軸刀具軌跡轉化成為機床能夠識別的G代碼或L代碼指令，再通過軟件提供的數控系統文件后置處理功能，使生成的代碼指令可以直接輸入到所匹配的數控機床并用于加工。

但是針對DMU125P四軸立臥鏜銑床，CAXA制造工程師軟件沒有與這臺機床臥式加工匹配的數控代碼后置處理文件，這就需要編程人員在二軸或三軸編程后置處理的基礎上，通過人工方式修改程序代碼，使之成為機床臥軸加工模式能夠識別的代碼，再運行程序。

以內輪廓加工這一簡單的案例來說明DMU125P四軸立臥鏜銑床臥式加工程序的轉換過程。圖4中刀具需要對零件內部輪廓進行切削，加工軌跡及方向如圖4所示，切削方式為順銑，刀具直徑為10mm，切削深度為10mm。

圖4 沿內輪廓加工軌跡

將軌跡線通過CAXA制造工程師內部后置處理文件生成三軸立式加工程序，代碼如下。

以上程序為HEIDENHAIN iTNC530數控系統立軸模式程序代碼，需要在此基礎上進行一系列數控代碼更改，替換為臥軸模式能夠識別的機床代碼，具體操作步驟如下。

1）依據圖2、圖3所示，編程坐標系X軸分別指向兩個相反方向，需要將X軸的向量坐標值替換為相反數，同時將Y軸坐標值與Z軸坐標值互換。

2）由于X軸的向量變動，需要判斷是否有圓弧插補指令如C指令、DR+指令、DR-指令、G02指令和G03指令。如有，需要將順時針圓弧插補指令（G02/DR+）與逆時針圓弧插補指令（G03/DR-）互相替換。

3）輸出G代碼整圓插補需用I、J、K方式編程。I_J_K_為圓弧的圓心相對其起點分別在X、Y和Z坐標軸上的增量值，相應地需要將J和K的坐標增量值互換。

4）刀具半徑補償指令可以使數控系統實現簡化編程功能的目的，分別為刀具半徑左補償（RL/G41）和刀具半徑右補償（RR/G42），如程序中用到刀具半徑補償指令需要將刀具半徑左、右補償指令互換。

（3）程序代碼修改結果 修改后的程序如下。

以上程序是經過修改的可供臥式加工使用的程序。經過全面分析以上程序代碼的使用功能，總結了程序修改步驟，對CAXA制造工程師后置處理進行了二次開發。結合HEIDENHAIN iTNC530系統設置特定的數控代碼、數控程序格式及參數，運用臥軸鏜銑床的數控系統文件，生成配置文件。輸出數控程序時系統根據該配置文件生成HEIDENHAIN iTNC530系統臥式加工專用程序。

3 程序后置處理開發步驟

（1）系統變量索引地址指令代碼的編寫 在軟件后置設置中依次選擇“軌跡參數”→“后置處理”→“設備編輯”，打開“選擇打開后置配置文件”選項卡，通過創建新的數控系統配置文件來實現開發應用。首先是關聯系統變量，在“系統變量”模塊中創建坐標分量，如圖5所示。

圖5 創建坐標分量示意

與系統變量默認關聯的指令地址索引分量創建如圖6所示。

圖6 索引分量創建示意

（2）X軸向量坐標轉換的創建 通過插入MIRROR IMAGE指令，控制HEIDENHAIN iTNC530系統立式三軸數控機床編程坐標系與臥式四軸編程坐標系X軸向量的轉換，同時添加坐標系偏移模塊指令，來設定準備程序使機床回到初始狀態。

（3）設置程序運動方式 將圓弧插補指令代碼順時針圓弧指令設置為“DR-”，逆時針圓弧指令設置為“DR+”，坐標平面圓弧控制方式更改為“絕對坐標”運動方式以匹配HEIDENHAIN iTNC530系統臥式加工機床圓弧插補功能，如圖7所示。

圖7 圓弧插補指令代碼設置

（4）刀具半徑補償代碼設置 更改刀具半徑補償代碼，將刀具半徑左補償設置為“RR”，刀具半徑右補償設置為“RL”，刀具半徑補償取消代碼設置為“R0”，如圖8所示。

圖8 刀具半徑補償代碼設置

4 結束語

以上基于對C A X A制造工程師數控編程軟件程序后置處理功能的二次開發，開發出了專用于HEIDENHAIN iTNC530數控系統四軸立臥式鏜銑床的程序后置處理功能，解決了機床臥式加工模式與編程軟件后置處理程序不匹配的問題，新創建的程序后置處理功能可以更加高效、準確地生成臥軸加工代碼，節省了各個代碼逐個替換的時間，提高了編程速度，縮短了零部件加工生產周期。編程人員只需將計算機編程系統按照當前機床類型的匹配要求，把已經生成的刀具軌跡轉化生成數據代碼，即CNC數控程序，即可直接輸入到機床進行數控加工，后置處理生成的程序代碼避免了人工修改程序的不可靠因素，能更好地保證輸出代碼的準確性，保證了機床的加工質量。

本文論述的后置處理功能經過了加工仿真系統軟件的模擬仿真，并在數控機床實際加工過程中得到反復驗證，現已在各項加工任務中廣泛應用。