0 引言

　　五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分和基礎(chǔ)技術(shù)之一，同時(shí)也是目前數(shù)控加工技術(shù)中難度最大的。目前，五軸數(shù)控機(jī)床以其自動(dòng)化程度高、柔性好、加工精度高等優(yōu)點(diǎn)在現(xiàn)代制造領(lǐng)域，尤其是大型與異型復(fù)雜零件的高效加工中得到了廣泛應(yīng)用。高質(zhì)量的五軸加工編程和有針對性的后置處理程序是充分發(fā)揮五軸加工優(yōu)越性的關(guān)鍵。數(shù)控加工后置處理是CAD/CAM集成系統(tǒng)非常重要的組成部分，它直接影響到CAD/CAM軟件的使用效果、零件加工質(zhì)量、加工效率及數(shù)控機(jī)床的安全。本文針對DMC70ev五軸數(shù)控機(jī)床，研究專用后置處理器的開發(fā)方法，以CATIA為數(shù)控編程的前置處理平臺，基于IMSpost開發(fā)適用于五軸數(shù)控加工生產(chǎn)模式的后置處理器，提高數(shù)控編程的水平、質(zhì)量和效率，充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的性能，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的高效加工。

1 后置處理的開發(fā)方法

　　后置處理是數(shù)控加工中的重要環(huán)節(jié)，主要任務(wù)是把CAD/CAM軟件生成的加工刀位文件(APT)轉(zhuǎn)換成特定機(jī)床可接受的數(shù)控代碼文件(NC)。目前，開發(fā)專用后置處理程序主要有用戶自行開發(fā)（利用高級編程語言（如C++、Fortran等語言）編制后置處理程序，把刀位源程序轉(zhuǎn)換成NC指令代碼），基于通用后置處理平臺進(jìn)行開發(fā)及針對具體的數(shù)控機(jī)床及控制系統(tǒng)購買專用后處理程序等方法：

　　本文采用基于通用后置處理平臺IMSpost，以DMC 70eV五軸數(shù)控機(jī)床為研究平臺，開發(fā)適用于五軸數(shù)控加工生產(chǎn)模式的后置處理程序。

2 基于IMSPost后置處理技術(shù)

　　IMSPost是一種基于宏編程的通用后置處理編輯器，它提供多種后置處理文件庫，包含多種類型的數(shù)控機(jī)床庫和數(shù)控系統(tǒng)庫，能支持當(dāng)今流行的CAM軟件（如CATIA、Surfcam、Cimatron等）的刀位文件的后置處理轉(zhuǎn)換，提供了強(qiáng)大的定制功能，可以進(jìn)行宏程序的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)特定功能，配置了針對某機(jī)床及數(shù)控系統(tǒng)的后置處理器。

　　基于IMSPost通用后置處理編輯器開發(fā)專用后置處理的流程如圖1所示。開發(fā)專用后置處理器時(shí)，必須掌握數(shù)控機(jī)床及數(shù)控系統(tǒng)特性文件，保證各項(xiàng)設(shè)置的正確性，可以利用IMSpost所提供的一系列宏操作、宏指令與宏程序來實(shí)現(xiàn)所需要的特定功能，如坐標(biāo)變換、數(shù)值計(jì)算和特殊格式輸出等。

    圖1 基于IMSPost后置處理器開發(fā)流程

3 五軸數(shù)控加工后置處理的開發(fā)

　　3.1 五軸數(shù)控機(jī)床及數(shù)控系統(tǒng)

　　開發(fā)專用后置處理程序必須掌握數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)及數(shù)控系統(tǒng)。DMC 70eV是非正交雙轉(zhuǎn)臺型五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床，采用了非正交坐標(biāo)軸的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)一次裝夾完成除裝夾面以外的其它工作表面的加工，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲面的高效加工。圖2所示為DMC 70eV數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)、各運(yùn)動(dòng)軸配置及行程范圍。

    圖2 DMC 70eV機(jī)床結(jié)構(gòu)

　　開發(fā)DMC70ev五軸數(shù)控機(jī)床后置處理程序時(shí)必須符合其所配制的數(shù)控系統(tǒng)Millplus IT V530的程序結(jié)構(gòu)、代碼及輸出形式等要求，下面是Millplus IT V530數(shù)控系統(tǒng)程序示例4.pm。

3.2 后置處理程序的開發(fā)原理

　　DMC 70eV五軸數(shù)控機(jī)床后置處理程序的開發(fā)主要有兩種方法。一種是利用數(shù)控機(jī)床所配置數(shù)控系統(tǒng)的特殊指令代碼G7，其原理是：根據(jù)刀位點(diǎn)的刀軸矢量計(jì)算出工件坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)角度B、C，并賦值給G7指令，由G7指令控制操作，機(jī)床在執(zhí)行時(shí)會(huì)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)刀具與工件相對位置的要求并進(jìn)行加工。該方法的優(yōu)點(diǎn)是后置處理只需要計(jì)算旋轉(zhuǎn)角度，將刀位點(diǎn)新坐標(biāo)值計(jì)算甩給了機(jī)床，缺點(diǎn)是G7是非標(biāo)準(zhǔn)代碼，對后續(xù)仿真驗(yàn)證時(shí)必須要進(jìn)行G7指令及其相關(guān)參數(shù)的功能定義與開發(fā)，具有一定的難度；另一種方法是不采用特殊指令代碼，根據(jù)刀位點(diǎn)的刀軸矢量計(jì)算出機(jī)床工作臺的旋轉(zhuǎn)角度B、C，再將工件坐標(biāo)系中所有刀位點(diǎn)的坐標(biāo)值轉(zhuǎn)換到機(jī)床坐標(biāo)系中，此時(shí)需要知道工件坐標(biāo)系在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)位置。該方法的優(yōu)點(diǎn)是不采用特殊非標(biāo)準(zhǔn)代碼，避免了后續(xù)仿真驗(yàn)證時(shí)代碼無法被識別的問題，但缺點(diǎn)是必須預(yù)先測量出工件坐標(biāo)系在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置。目前，普遍采用第一種方法，以增強(qiáng)數(shù)控程序的可讀性。本文采用特殊指令代碼G7進(jìn)行后置處理器的開發(fā)。

　　G7是傾斜工作平面指令代碼，是DMC 70eV五軸加工中心配置的Millplus IT V530數(shù)控系統(tǒng)所具有的特殊指令代碼，通過“傾斜工作平面”功能可以實(shí)現(xiàn)傾斜工作平面的位置，在傾斜工作平面內(nèi)執(zhí)行主要平面(G17)中已編程的操作，新的平面變?yōu)榛顒?dòng)狀態(tài)并具有零原點(diǎn)，再在新的平面中垂直定位刀具軸。實(shí)質(zhì)上，G7功能是通過將刀軸矢量解算成為在笛卡爾坐標(biāo)系下空間角度，Millplus數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)其確定的空間角度來完成機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng)控制。

　　3.3 后置處理器的開發(fā)

　　基于IMSpost開發(fā)后置處理程序，在建立新的post processor后，需要進(jìn)行機(jī)床設(shè)置、數(shù)控系統(tǒng)程序格式設(shè)置及修改、子程序的調(diào)用及宏程序編制等。這里就宏程序編制進(jìn)行說明。

　　控制G7指令代碼，利用IMSpost提供的宏程序功能，進(jìn)行宏程序的編制。在進(jìn)入宏程序管理器“Macro Manager”后，可以進(jìn)行宏的增、刪、改、查等操作，選擇“GOTO/*”宏，添加如下宏程序，使后置處理器通過APT文件中的刀位方向輸出G7指令，控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)到指定的加工角度。

　　代碼：

　　代碼結(jié)束。輸出結(jié)果如圖3所示。

    圖3 編輯“GOTO/*”宏

　　其中全局變量Global是用戶根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定和使用要求自己創(chuàng)建的，其生命周期是在宏內(nèi)外部使用均有效的，全局變量GLOBALI用來控制G7代碼只輸出一次。

　　后置處理程序開發(fā)后，就可以完成刀位源文件到數(shù)控程序的轉(zhuǎn)換，CATIA軟件與IMSpost有較好的集成，在CATIA軟件中生成的刀位源文件，可以直接送入到IMSpost環(huán)境中進(jìn)行轉(zhuǎn)換。下面是五軸數(shù)控加工刀位源文件經(jīng)開發(fā)的后置處理程序轉(zhuǎn)換生成的數(shù)控加工程序的部分內(nèi)容。

4 后置處理程序開發(fā)的正確性驗(yàn)證

　　后置處理程序開發(fā)的正確性可以采用數(shù)控加工仿真技術(shù)進(jìn)行虛擬驗(yàn)證，同時(shí)也可以進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證。以圖4所示零件為上件，基于VERICUT構(gòu)建的DMC70ev五軸數(shù)控機(jī)床虛擬加工仿真平臺上進(jìn)行了虛擬驗(yàn)證，如圖5所示，在DMC70ev五軸數(shù)控機(jī)床上也進(jìn)行了實(shí)際加工。驗(yàn)證結(jié)果表明：用開發(fā)的后置處理程序生成的數(shù)控程序虛擬加工的零件和實(shí)際加工的零件均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，開發(fā)的后置處理程序是正確可靠的，有效正確地生成了五軸數(shù)控加工程序，提高了數(shù)控編程的效率和質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了五軸數(shù)控高效加工。

    圖4 驗(yàn)證用零件模型

    圖5 基于VERICUT虛擬加工仿真平臺

5 結(jié)束語

　　后置處理是數(shù)控編程技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)之一，作為CAD，CAM系統(tǒng)與機(jī)械制造連接的紐帶，后置處理直接影響自動(dòng)編程系統(tǒng)的使用效果、機(jī)床的可靠運(yùn)行和零件的加工質(zhì)量以及效率。配置和開發(fā)有效的后置處理程序?qū)鉀Q從設(shè)計(jì)到制造過程存在的瓶頸、提高編程效率和加工的可靠性有著重要意義。本文的研究成果對其它類型五軸數(shù)控機(jī)床的后置處理程序的開發(fā)具有一定的借鑒意義，并為開發(fā)其它CAD/CAM軟件的后置處理程序提供了思路。