1 引言

　　數(shù)控編程后置處理程序開發(fā)，是將CAM軟件生成的刀位軌跡轉(zhuǎn)化為適合數(shù)控系統(tǒng)加工的NC程序，通過(guò)讀取刀位文件，根據(jù)機(jī)床運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)及控制指令格式，進(jìn)行坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)變換和指令格式轉(zhuǎn)換。它包含機(jī)床坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)變換、非線性運(yùn)動(dòng)誤差校驗(yàn)、進(jìn)給速度校驗(yàn)、數(shù)控程序格式變換及數(shù)控程序輸出等方面的內(nèi)容。只有采用正確的后置處理系統(tǒng)才能將刀位軌跡輸出為相應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)機(jī)床能正確進(jìn)行加工的數(shù)控程序，因此編制正確的后置處理程序是數(shù)控編程與加工的前提條件之一。后處理程序的開發(fā)可大量節(jié)省數(shù)控程序編制時(shí)間，減少數(shù)控程序的錯(cuò)誤，在提高數(shù)控程序的編制效率和程序質(zhì)量的同時(shí)，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

2 UGNX/PostBuilder后處理模式

　　2.1 UGNX/PostBuilder后處理開發(fā)基礎(chǔ)

　　UGⅡ/Post Execute和UGⅡ/Post Builder共同組成了UGⅡ加工模塊的后置處理。UGⅡ的加工后置處理模塊使用戶可方便地建立自己的加工后置處理程序，該模塊適用于目前世界上幾乎所有主流數(shù)控加工中心機(jī)床系統(tǒng)，該模塊在多年的應(yīng)用實(shí)踐中已被證明適用于2～5軸或更多軸的銑削加工、2～4軸的車削加工和電火花線切割。利用UGⅡ/Post Builder進(jìn)行后處理新建、編輯修改時(shí)，生成機(jī)床控制系統(tǒng)的功能和格式的定義文件(*.def)、用TCl語(yǔ)言編寫控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)事件處理文件(*.tcl)和用戶界面文件(*.pui)。后置處理程序?qū)AM系統(tǒng)通過(guò)機(jī)床的CNC系統(tǒng)與機(jī)床數(shù)控加工緊密結(jié)合起來(lái)。

　　PostBuilder是UG系統(tǒng)為用戶提供的后處理器開發(fā)工具。使用它用戶只需要根據(jù)自己機(jī)床的特點(diǎn)，在GUI環(huán)境下進(jìn)行一系列的設(shè)置即可完成后處理器的開發(fā)。其核心是使用TCL，TCL是一個(gè)交互式解釋性編程語(yǔ)言，由變量、指令、函數(shù)、流程條件判斷(if/else/for/while/switch)、過(guò)程、子程序構(gòu)成，在UGⅡ中多用于UGPOST后處理、制造過(guò)程輔助(Processor Assisan CAM)、車間工藝文檔(Shop Documentation)、刀位文件生成(CLSF)、POSTBUILDER后處理用戶界面等。PostBuilder后處理開發(fā)包括通過(guò)建立機(jī)床控制系統(tǒng)匹配的兩個(gè)文件——事件處理文件(EventHandler*.tcl) 與機(jī)床定義文件(Definitionfile*.def)。用戶可以直接修改這兩個(gè)文件，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的事件處理。UGNX/Postbuilder系統(tǒng)除提供Heidenhane、Fanuc、Siemens、Fidia、Maho等數(shù)控系統(tǒng)外，用戶可直接定義自己的數(shù)控系統(tǒng)。

　　2.2 UGNX/PostBuiIder后處理結(jié)構(gòu)

　　UG/post主要由事件生成器、事件處理器、定義文件等組成。圖2為UGNX/PostBuilder后處理結(jié)構(gòu)流程，其核心是通過(guò)TCL來(lái)處理其MOM。TCL語(yǔ)言使用通過(guò)宏程序來(lái)提供完善的數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的后處理程序。TCL程序通過(guò)用戶變量定義、條件判斷(when)、邏輯控制(if then/else)、循環(huán)控制(for/loop)、跳轉(zhuǎn)控制(jump)等功能完成添加、刪除或修改刀位文件功能、控制后處理代碼輸出功能、應(yīng)用程序調(diào)用功能。MOM(Manufacturing Output Manager)加工輸出管理器是UG提供的一種事件驅(qū)動(dòng)工具，UG/CAM模塊的輸出均由它來(lái)管理，其作用是從存儲(chǔ)在UG/CAM內(nèi)的數(shù)據(jù)中提取數(shù)據(jù)來(lái)生成輸出。UG/Post就是這種工具的一個(gè)具體運(yùn)用。MOM是UG/post后處理器的核心，UG/post使用MOM來(lái)啟動(dòng)解釋程序，向解釋程序提供功能和數(shù)據(jù)，并加載事件處理器(Event Handler)和定義文件(Definition File)。用戶可以自行開發(fā)后處理程序?qū)G的刀位文件數(shù)據(jù)，根據(jù)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)關(guān)系進(jìn)行數(shù)值處理輸出。

　　后處理中的定義文件主要包含與特定機(jī)床相關(guān)的靜態(tài)信息。使用定義文件中的信息來(lái)格式化NC指令。正如事件處理器一樣，也是由TCL語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)的。定義文件包含內(nèi)容有：

　　(1)一般的機(jī)床信息，如機(jī)床是銑床還是車床，是三軸還是五軸等；

　　(2)機(jī)床支持的地址及其屬性，如X、Y、Z、A、B、C、T、M等；

　　(3)系列模塊，它們描述多個(gè)地址如何組合在一起來(lái)完成一個(gè)機(jī)床動(dòng)作，如程序頭尾和進(jìn)退刀動(dòng)作。

　　事件生成器從UG文件(Pan)中提取刀軌數(shù)據(jù)，并把它們作為事件和參數(shù)傳送給MOM。每一特定事件在機(jī)床運(yùn)行時(shí)將導(dǎo)致一些特別的機(jī)床動(dòng)作，存儲(chǔ)在與這個(gè)事件相關(guān)的參數(shù)中的信息用來(lái)進(jìn)一步確定這些特別的機(jī)床動(dòng)作。如“Linear-Move”事件將導(dǎo)致機(jī)床驅(qū)動(dòng)刀具沿相應(yīng)X、Y、Z坐標(biāo)參數(shù)直線移動(dòng)。事件處理器是為特定機(jī)床及其控制系統(tǒng)開發(fā)的一套程序。每個(gè)事件的處理函數(shù)必須包含一系列指令去處理用戶希望UC/Post處理的事件，這些指令將定義刀軌數(shù)據(jù)如何被處理，以及每個(gè)事件在機(jī)床上如何被執(zhí)行。對(duì)于用戶希望UG/Post去處理的每個(gè)事件，必須有一個(gè)TCL過(guò)程與之對(duì)應(yīng)。事件生成器觸發(fā)一個(gè)事件時(shí)，MOM將調(diào)用與之對(duì)應(yīng)的TCL過(guò)程去處理該事件，并把與此事件相關(guān)的參數(shù)作為全局(Global)變量傳送給處理它的TCL過(guò)程。處理事件的TCL過(guò)程名必須與事件生成器觸發(fā)的事件名統(tǒng)一，如采用TCL過(guò)程MOM_tool_change處理Tool change(換刀)事件，使用MOM_Linear_Move處理直線運(yùn)動(dòng)事件。UGNX五大類事件主要包括設(shè)置事件(Settingup-event)、機(jī)床控制事件(Machine Control event)、運(yùn)動(dòng)事件(Move event)、固定循環(huán)事件(Cycle event)、用戶定義事件(User Defined event)等。

　　2.3典型五坐標(biāo)機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)配置與MOM變量設(shè)置

　　五坐標(biāo)數(shù)控銑削機(jī)床后處理程序開發(fā)首先是根據(jù)機(jī)床類型確定其旋轉(zhuǎn)軸、旋轉(zhuǎn)平面與刀具軸矢量、機(jī)床運(yùn)動(dòng)空間位置關(guān)系確定。然后對(duì)機(jī)床加工過(guò)程中的進(jìn)退刀進(jìn)行處理、格式轉(zhuǎn)換輸出等。在UGNXPostbuilder后處理環(huán)境中，其提供基本的多坐標(biāo)機(jī)床類型包括：四軸回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、主軸擺動(dòng)四軸、五軸工作臺(tái)回轉(zhuǎn)擺轉(zhuǎn)、五軸主軸頭回轉(zhuǎn)擺動(dòng)、五軸主軸頭擺動(dòng)聯(lián)合工作臺(tái)回轉(zhuǎn)、五軸主軸復(fù)合擺與五軸工作臺(tái)復(fù)合擺。

　　數(shù)控五軸銑削機(jī)床的配置形式多種多樣，常見的有繞X軸和Y軸旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)擺動(dòng)工作臺(tái)，或者為主軸繞X軸或Y軸擺動(dòng)，另外的工作臺(tái)則相應(yīng)繞Y軸或X軸擺動(dòng)來(lái)構(gòu)造空間的五軸聯(lián)動(dòng)加工。對(duì)于主軸不擺動(dòng)的五軸數(shù)控機(jī)床，其擺動(dòng)軸存在主次依賴關(guān)系，即主擺動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)影響次擺動(dòng)軸的空間位置，而次擺動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)則不影響主擺動(dòng)軸的空間位置狀態(tài)。數(shù)控五軸機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)合成典型配置如圖3所示的幾種。實(shí)際應(yīng)用中，還有兩種比較特殊的五軸配置機(jī)床，如德馬吉公司的DMU125P為主軸在空間的一個(gè)非基準(zhǔn)的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，主軸在擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，而其DMU50P則為工作臺(tái)復(fù)合擺動(dòng)，其后置處理通過(guò)方向余弦矢量來(lái)定義其程序代碼的輸出。3 五坐標(biāo)后處理開發(fā)實(shí)例應(yīng)用

　　3.1 FIDlA KR214六坐標(biāo)兩種類型的后處理

　　FIDIA KR214為帶旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的六軸五聯(lián)動(dòng)高速銑削加工中心，其中由AC軸構(gòu)成的主軸，其C軸旋轉(zhuǎn)、A軸擺動(dòng)、W軸工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)；由于現(xiàn)有的CAM軟件大多不支持六軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控程序后處理，且實(shí)際加工中，一般的五軸聯(lián)動(dòng)足夠滿足生成的需要。針對(duì)該機(jī)床加工的特性，根據(jù)需要可編制三個(gè)線性軸X、Y、Z、A、C五個(gè)軸聯(lián)動(dòng)后處理程序以及X、Y、Z、A、C五軸后處理程序。這兩種后處理程序方案即可滿足工程需求，修改適合KR214(或K211)數(shù)控機(jī)床的后處理程序?！　?/p>

五坐標(biāo)機(jī)床其核心問題除機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)配置以外，其進(jìn)退刀動(dòng)作處理也很重要。由于程序起始點(diǎn)及進(jìn)退刀動(dòng)作路徑在五軸加工時(shí)的特殊性要求：如果不正確可能導(dǎo)致碰撞，尤其是在加工內(nèi)型零件，需要主軸伸入產(chǎn)品內(nèi)部進(jìn)行加工的場(chǎng)合，更應(yīng)該注意。如下所示為FIDIA KR214的進(jìn)退刀動(dòng)作處理的TCL過(guò)程。 

　　3.2 RTCP功能與特殊機(jī)床設(shè)置

　　五坐標(biāo)機(jī)床及其加工編程常用RTCP功能對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精度和數(shù)控編程進(jìn)行簡(jiǎn)化。RTCP模式編程的運(yùn)行原理是控制系統(tǒng)會(huì)保持刀具中心始終在被編程的XYZ位置上。為了保持住這個(gè)位置，轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)的每一個(gè)運(yùn)動(dòng)都會(huì)被XYZ坐標(biāo)的一個(gè)直線位移所補(bǔ)償。因此，對(duì)于其它傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)而言，一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)會(huì)引起刀具中心的位移；而對(duì)于FIDIA數(shù)控系統(tǒng)(當(dāng)RTCP選件起作用時(shí))，是坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)中心的位移，保持刀具中心始終處于同一個(gè)位置上。在這種情況下，可以直接編程刀具中心的軌跡，而不需考慮轉(zhuǎn)軸中心，這個(gè)轉(zhuǎn)軸中心是獨(dú)立于編程的，是在執(zhí)行程序前由顯示終端輸入的，與程序無(wú)關(guān)。通過(guò)計(jì)算機(jī)編程或通過(guò)PLP選件被記錄的三坐標(biāo)程序，可以通過(guò)RTCP邏輯，以五坐標(biāo)方式被執(zhí)行。對(duì)于這種特殊的應(yīng)用方法，必須要求使用球形刀具。這些轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)，可以通過(guò)JOG方式或通過(guò)手輪來(lái)完成，所以在某些加工條件下，允許所使用的刀具，其刀具長(zhǎng)度要求小于用三坐標(biāo)加工的情況。

　　3.3 五坐標(biāo)高速銑削機(jī)床運(yùn)動(dòng)模擬

　  該產(chǎn)品的加工說(shuō)明了該后處理程序的開發(fā)是正確合理的。

　　由于五坐標(biāo)高速銑削加工時(shí)，刀具軌跡比較復(fù)雜，且加工過(guò)程中刀具軸矢量變化控制頻繁，尤其是在進(jìn)行高速切削時(shí)，刀具運(yùn)動(dòng)速度非?？?，因此在進(jìn)行實(shí)際產(chǎn)品加工前，進(jìn)行數(shù)控程序的校對(duì)審核是非常必要的。由于五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)高速切削其程序量大，許多程序采用手工的方法或者在CAM軟件里進(jìn)行模擬，難以有效的檢查數(shù)控程序和機(jī)床的實(shí)際輸出是否存在問題。用戶借助UG系統(tǒng)提供的機(jī)床模擬或者通過(guò)vericut平臺(tái)進(jìn)行機(jī)床加工仿真模擬可以有效解決這些問題。

4 結(jié)束語(yǔ)

　　本文對(duì)UGNX平臺(tái)下的后處理程序開發(fā)，以PostBuilder為環(huán)境，詳細(xì)講述了其五坐標(biāo)數(shù)控銑削機(jī)床的后處理程序開發(fā)的關(guān)鍵核心技術(shù)，包括PostBuilder后處理開發(fā)模式、五坐標(biāo)機(jī)床運(yùn)動(dòng)及MOM變量設(shè)置、TCL語(yǔ)言應(yīng)用等方面，并以FIDIAKR214六坐標(biāo)高速銑削加工中心的后處理開發(fā)為實(shí)例進(jìn)行了應(yīng)用說(shuō)明。希望對(duì)讀者有所借鑒作用。