基于IMS POST五轴海德汉系统后处理的开发

白银矿冶职业技术学院 孙耀恒 王科健

为发挥五轴数控加工高速、高效、高精的加工优势，本文以HEIDENHAIN数控系统为例，基于IMS POST开发了五轴HEIDENHAIN系统专用后处理。经实际验证，所生成的加工代码符合五轴数控加工要求。本文对其他结构的五轴后处理开发开发提供了思路，有利于发挥CAM软件的特长，为五轴数控加工提供强有力的保障。

一、引言

五轴机床后处理严重的制约着五轴机床功能的发挥，近年来，五轴数控机床越来越普及，大部分的企业和学校都购置了五轴数控机床和CAD/CAM软件。五轴机床的结构不同、数控系统不同所需的后处理文件也不同，数控多轴加工CAM软件之间发挥着各自的优势，如何实现CAM软件之间的优势互补，例如：A软件粗加工效率高，B软件精加工质量高，就用A软件五轴粗加工，用B软件五轴精加工，最终将A、B软件生成的刀位文件输入到IMS POST中处理成机床识读的代码。

二、专用后处理开发

1.五轴机床结构及参数

五轴机床的控制系统不同，识读的NC代码也不同，CAM软件生成的刀位文件控制系统无法识读，需将刀位文件转换为机床可识读的代码过程即为后处理。首先控制系统是否具有RTCP功能，具有RTCP功能的五轴机床编程和操作简单。本文以具有RTCP功能的HEIDENHAI系统进行后处理开发。

五轴控制系统具有RTCP功能，在编程时只考虑对刀的工件坐标系。编程和操作很简单。如图1a所示，具有RTCP功能的双摆头控制系统，RTCP功能未开启，如果转动旋转轴，机床的线性轴不动，机床坐标保持不变，程序坐标不变，但是刀具中心位置发生变化，这与编程过程不符。如果启动RTCP功能，如果转动旋转轴，机床线性轴移动，机床坐标变化，程序坐标不变，刀具中心位置不变，与编程过程保持一致。如图1b所示，具有RTCP功能的双摆头控制系统。

图1 双摆头五轴机床结构

具有RTCP功能的双摆台控制系统，未开启RTCP功能，转动转动轴，加工坐标系位置不变，工件坐标系发生变化，如图2a所示与多轴编程过程不符。开启RTCP功能后，如果转动旋转轴，加工坐标系被固定在工件上，与工件一起转动，工件坐标系保持不变，与多轴编程过程相符。如图2b开启RTCP功能双摆台机床带来很大方便，加工工件摆放在工作台任意位置，无需考虑工件坐标远点是否要放在工作台的回转中心上1。

图2 双摆台五轴机床结构

本文以友嘉U600五轴加工中心为例定制后制处理，机床结构如图3所示。定制IMS POST文件前需充分了解机床的结构特点和主要参数。友嘉U600五轴加工中心属于双摆台结构，数控系统：HEIDENHAIN iTNC530，工作行程：X轴为460mm、Y轴520mm、Z轴为500mm， A轴：行程：+40°～-110°，C轴转角：0°～+360°，工作台面；φ600 ，主轴转速(r／min)： 100～15000rpm；功率： 7.5KW。最快进给速度30000mm/min 。

图3 机床结构图

图4 IMS POST中设置机床结构

2.IMS POST后处理定制

打开IMS POST软件开启一个新文档，模版选择“heidenhain530.lib”，输入/输出单位为“公制”。 IMS POST提供了铣床、车床、车铣复合机床，如图4选择铣床类型，机床结构为立式双摆台AC轴。根据数控系统的要求定义程序头和程序结尾，如图5a所示定义程序头，加工前主轴停转、取消旋转轴的短路径行程、取消刀尖跟随RTCP、各坐标轴返回参考点才能刀具交换。如图5b所示，定义换刀前和换刀后指令，刀具交换完需开启旋转轴的短路径行程M126、刀尖跟随RTCP功能M128以及主轴正转指令M03。如图5c定义程序结束，关闭冷却、主轴停转、取消旋转轴的短路径行程、取消刀尖跟随RTCP、各坐标轴返回参考点。根据机床和数控系统的不同，可以自定义程序头和程序尾，添加系统所需代码。

图5 定义程序内容

在Mastercam中完成叶轮粗精加工轨迹，刀具轨迹如图7所示，输出Mastercam刀位文件，刀位文件的后缀名nci文件，刀位文件数控系统是无法识读的。通过定义好的IMS post后处理文件将刀位文件转换为机床可识读的加工代码。

图7 Mastercam叶轮加工轨迹

Mastercam输出的刀位文件如图8所示，刀位文件含有刀具轨迹的所有信息，生成的是相对于工作平面静止不动的情况下，刀具的刀尖坐标以及刀具轴线上与刀尖距离为1的点的向量分量。当XY的向量分量不为0时，就说明刀具发生了倾斜，需要进行多轴加工。

图8 Mastercam刀位文件

刀位文件的转换，如图9a所示，输入刀位文件，并指定转换后的文件输出路径。注意：Mastercam刀位文件有三种类型，分别是铣mill、车turn、线切割wire。本文刀位文件类型指定为Mastercam mill文件类型即可。转换后的NC代码如图9b所示。

图9 Mastercam刀位文件

三、后处理加工验证

生成的NC代码需仿真后才可加工，在Vericut数控仿真软件中添加毛坯、刀具、夹具设置机床碰撞和干涉检查，仿真后如图10a所示，验证无误后方可加工，实际加工如图10b所示。

图10 叶轮加工

四、结语

本文详细介绍了IMS POST在五轴数控加工中的应用，以HEIDENHAIN系统为例，从文件的定制、刀位文件转换以及Vericut中仿真和实际加工，彻底解决了五轴后处理难题，发挥五轴加工优势有一定的推动作用。