基于NX的五轴加工中心后处理程序开发

陆建军，徐国权

江苏省盐城技师学院 江苏盐城 224002

1 序言

五轴机床的结构复杂，种类繁多，且未能实现标准化，导致五轴机床后置处理器的通用性很差。即使是相同类型的五轴机床，由于机床结构件的设计及装配差异，其后置处理器也不能直接通用。由于五轴机床存在着多样性、互换性差的特点，对于终端用户来讲，最好是针对具体的机床定制开发合适的后处理文件。一般可以利用CAD/CAM软件提供的通用后处理模块，例如UG软件的后处理构造器模块、PowerMILL软件的PM Post模块以及CimatronE软件的IMS Post模块等，结合机床的结构特点和数控系统的控制原理，进行后处理文件的定制开发。开发时可以参考同类机床后处理文件的制作原理和参数，进行必要的修改、优化，得到需要的后处理程序。

2 NX后处理构造器简介及机床主要参数

NX后处理构造器（NX/Post Builder）是UG软件提供的一个非常方便的创建和修改后处理的工具，用户可以通过NX后处理构造器图形界面的交互方式来灵活定义建立NC程序的格式和输出内容，以及程序头尾、换刀或循环等每一个事件的处理方式。

采用NX后处理构造器定制后处理文件的一般过程如图1所示。

图1 定制后处理文件的过程

德西数控MCV850-5五轴加工中心（见图2）采用三个直线轴与数控回转台的形式，属于双转台结构，具有RTCP（刀尖点跟随）功能。数控系统：海德汉iTNC 530；工作行程：X轴700mm，Y轴460m m，Z轴465m m，A轴行程－25°～＋110°，C轴转角－360°～＋360°；连续工作台面600mm×600mm；主轴转速100～10000r/min；功率10kW。工作台A轴和C轴的实际转动方向如图3所示。

图2 德西数控MCV850-5五轴加工中心

图3 A轴和C轴实际转动方向

3 定制机床五轴后处理文件

3.1 选择后置模板，设置基本参数

1）启动N X后处理构造器程序，新建后置文件，文件名为“MCV850_5”。

2）选择后置模板：设置“后处理输出单位”为“毫米”，“机床”为“铣床”，“控制器”从库里选择“heidenhain_conversational_Advanced”，然后进入用户编辑界面。

3）设置机床的极限参数。

3.2 后处理程序开发关键技术

（1）判断加工方式 应用T C L语言结合相关变量，判断加工方式是五轴联动加工还是3+2定向加工。西门子公司在N X后处理构造器的模板库中提供了相应的判断语句，该机床采用的海德汉iTNC 530系统，模板库中提供了“DPP_GE_DETECT_5AXIS_TOOL_PATH TCL”判断语句和“dpp_ge(toolpath_axis_num)”变量，可以在此基础上修改。

使用TCL语言建立加工方式的判断语句“PB_CMD_detect_tool_path_type”，具体内容如下。

该判断语句中的“DPP_GE_DETECT_5AXIS_TOOL_PATH”为系统内置加工方式判断命令，根据该命令的返回值输出结果给变量“d p p_ge(toolpath_axis_num)”赋值。

（2）五轴联动加工 海德汉i T N C 530采用M128指令启动刀尖点跟随功能，实现五轴联动，采用M129指令取消刀尖点跟随功能。一般来讲，五轴联动加工时应该在换刀前用M129指令使各回转轴复位，换刀后执行M128。

直接调用该后置模板中块命令“o u t p u t_M128”，并使用T C L语言添加执行条件“P B_CMD_check_block_output_m128”。执行条件内容如下。

当“dpp_ge(toolpath_axis_num)”结果为5时，执行M128指令，实现五轴联动加工。

（3）3+2定向加工 海德汉iTNC 530系统采用PLANE功能或Cycle 19循环实现3+2加工。具体格式如下。

其中“SPA SPB SPC”用于定义旋转角度，海德汉系统旋转顺序为Z→Y→X。

调用的后置模板中已经内置了3+2定向加工方式需要的相关计算的变量，通过“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”，将该机床3+2定向加工时的旋转顺序赋值给“ang_mode”，计算出旋转中心的偏移值“offset_pos”和旋转角度“rot_angle”供海德汉系统的坐标变换指令（Cycle 7、Cycle 19或PLANE SPATIAL）使用。

调用块命令“plane_spatial”，并添加执行条件“PB_CMD_check_block_plane_spatial”，具体内容如下。

当“dpp_ge(toolpath_axis_num)”结果不为5时，执行“plane_spatial”指令，实现3+2定向加工。

（4）Cycle 32循环功能 海德汉iTNC 530数控系统提供的Cycle 32循环功能，可以通过定义轮廓公差、加工模式以及旋转轴公差等循环参数，影响加工过程中的加工速度、精度和表面质量等指标。定制后处理程序时可以根据不同的加工要求，选择不同的加工策略，从而在保证加工精度的基础上提高加工效率。具体实现方法是根据CAM系统的编程公差确定Cycle 32循环的公差值T、HSC模式和旋转轴公差TA等参数。

调用Cycle 32循环命令（设定公差），具体内容如下。

该段语句根据CAM软件设定的加工公差将所需参数公差值T、HSC模式和旋转轴公差TA等输出给Cycle 32命令，在保证加工要求的基础上，大幅提高加工效率。

最后设定程序起始序列、程序结束序列以及工序起始序列、工序结束序列，修改其他相关格式，添加到后置模板。

4 后处理程序验证

采用UG NX多轴加工模块，对图4所示叶轮零件进行编程，生成刀具轨迹。

刀具轨迹生成后选择已经编写好的后处理文件（MCV850_5），生成NC程序，叶轮零件加工程序（部分）如下。

先后应用VERICUT软件和实际MCV850-5机床对程序进行切削验证，结果表明，加工程序满足实际生产要求。

5 结束语

应用UG NX软件的后处理构造器，结合TCL语言定制开发了德西数控MCV850-5（海德汉iTNC 530系统）双转台式五轴联动加工中心的后处理程序，开发过程中按照收集机床参数→分析确定后处理程序开发要求→选择后置模板→修改调试等步骤，重点针对五轴后处理的制作开发关键技术，反复修改验证调试，并且通过VERICUT软件和实际机床进行验证。结果表明，开发的后处理程序可以很好地实现3+2定向加工和五轴联动加工，满足实际加工需要。本文开发的后处理程序适用于海德汉iTNC 530系统的双转台五轴联动机床，对其他类型五轴加工中心的后处理程序开发也具有指导意义。