基于NX的五轴机床后处理开发研究

吴奥嵩

（营口理工学院 机械与动力工程系，营口 115014）

五轴加工技术主要应用于复杂曲面造型和结构复杂的零件加工，如飞机外壳、发动机叶轮、复杂模具和汽车车身等。该加工技术的优越性在于可以实现一次装夹后，多个表面连续加工，加工效率与加工精度得到了很大提高。高质量的CAM编程和后置处理器是发挥五轴加工技术优势的关键。一般来说，CAM软件生成的刀轨不能直接用于机床加工，刀路文件必须转化为NC代码才能被机床使用，这个转化过程就是所谓的后处理。

因为不同数控机床的硬件参数和控制系统都不尽相同，所以一般都需要根据实际情况定制与机床相符的后处理。Siemens NX作为业界流行的CAM软件，提供了后处理器构造器程序，它能够方便地生成各类机床的后处理。在NX软件中，后置处理不单是对刀具轨迹的转换，还包含对刀轨运动的智能处理，使得到的NC代码更加符合机床要求。本文基于NX11的后处理构造器开发了专用后处理器，可充分发挥五轴机床的加工优越性。

1 NX后处理开发流程

1.1 机床技术参数分析

本研究所用的机床是南京高传四开数控装备制造有限公司出品的SK-5L70100型五轴联动高速数控铣床。该铣床为龙门式结构，通过底部平台上安装的数控控制中心，可倾斜回转工作台实现五轴联动加工。其摆动轴为B轴，回转轴为C轴可连续旋转。主要技术参数如表1所示。

表1 技术参数

其数控系统为SKY2006NA，是具有中国自主知识产权的数控加工系统。该系统基于PC机构建立，除具有一般高档数控系统所具有的功能外，还具有三维刀具补偿功能、2500程序段的提前预处理功能、二维和三维刀具的实时动态轨迹显示功能等。

1.2 创建后处理文件

使用NX后处理构造器进行后置处理器的开发主要涉及以下几项：新建后处理的参数、机床运动学参数、程序和刀轨参数、NC数据定义、输出设置。

1.2.1 新建后处理器

根据机床情况设置后处理的参数，主要包括：后处理名称、后处理输出单位选择毫米、机床选择5轴带双转台的铣床、控制器选择。

1.2.2 机床运动学参数设置

首先将线性轴行程限制按照机床实际行程改为：X700、Y1000、Z350。其次在第4轴或第5轴页面，进行旋转轴配置，设定第4轴旋转平面为YZ平面，文字引导符为B，第5轴旋转平面为XY平面，文字引导符为C，默认公差设为0.001，最大进给率设为10000。然后在机床参数第4轴页面，将轴限制设为-110～0。在机床参数第5轴页面，将第4轴中心到第5轴中心的Z偏置（即摆长）设为70，轴限制设为0～359.999。

1.2.3 程序和刀轨参数的设置

由于SKY2006NA系统符合标准指令控制，多数参数无需修改，只需修改个别参数即可满足使用要求。首先在程序和刀轨的“程序”页面，将“程序起始序列”中程序开始内的代码都删除，仅保留第一行，再加入一行“M3 S”。SKY系统在程序需要保证主轴工作时正转。因此，应注意修改字的顺序，系统要求“M3”在“S”之前，并将“工序起始序列”中的“自动换刀”内的代码都删除，仅保留“T M6”。

本文研究的五轴联动铣床没有自动换刀功能，故删除。在“刀径”下的“运动”页面，根据机床数控系统的要求设置“线性移动”为G17 G41 D1 G1 G90 X Y Z B C F M3 S M8，“圆周移动”为G41 G2 G90 X Y Z I J K F S，“快速移动”为G0 G90 G rap1 rap2 rap3 B C M3 S。然后将“程序结束序列”下程序结束中的最后一行删除，在“M2”前加入一行“M5 M9”。这样可以保证程序运行结束后自动关闭主轴和冷却。

1.2.4 NC数据定义

该功能可以实现自定义指令和编辑、修改原有的指令，方便用户进行后处理的二次开发。灵活运用TCL编程，可以实现在NC程序中输出加工时间、所用刀具的信息、刀轨名称、后处理名称、零件名以及代码长度等。

1.2.5 输出设置项

SKY系统默认读取的加工程序后缀名为“NC”。将“N/C输出文件扩展名”改为“NC”。设定好所有参数后，保存后处理。

2 验证后处理

为了保证后处理的正确性，需要进行加工验证。首先用NX生成NC代码，在实际加工前用VERICUT进行仿真验证，防止因NC代码错误导致事故发生。如果在VERICUT仿真加工中出现干涉、碰撞及超程等错误现象，软件会给出相关错误的提示。排除错误后重新进行仿真加工。从仿真结果来看，没有出现错误，说明后处理的NC代码没有问题。将NC代码传输到机床进行实际加工，笔者验证了后处理的正确性。加工后的零件如图1所示。

图1 加工后的零件

3 结语

由CAM软件生成的刀轨文件必须经过后处理才能生成机床控制系统认可的NC程序。而不同数控机床的硬件参数和控制系统都不尽相同，须通过NX后处理构造器来创建合适的后处理。以SK-5L70100五轴联动铣床为例，本文阐述了SKY系统双转台五轴后处理开发过程，进行了NC程序验证，证明了该后处理的正确性，同时为其他五轴数控机床后处理开发提供一定的借鉴。