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，通過讀取刀位文件，根據(jù)機床運動結(jié)構(gòu)及控制指令格式，進行坐標運動變換和指令格式轉(zhuǎn)換。它包含機床坐標運動變換、非線性運動誤差校驗、進給速度校驗、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)機床能正確進行加工的數(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)控程序編制時間，減少數(shù)控程序的錯誤，在提高數(shù)控程序的編制效率和程序質(zhì)量的同時，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)控加工中心機床系統(tǒng)，該模塊在多年的應(yīng)用實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進行后處理新建、編輯修改時，生成機床控制系統(tǒng)的功能和格式的定義文件(*.def)、用TCl語言編寫控制機床運動事件處理文件(*.tcl)和用戶界面文件(*.pui)。后置處理程序?qū)AM系統(tǒng)通過機床的CNC系統(tǒng)與機床數(shù)控加工緊密結(jié)合起來。

　　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)自己機床的特點，在GUI環(huán)境下進行一系列的設(shè)置即可完成后處理器的開發(fā)。其核心是使用TCL，TCL是一個交互式解釋性編程語言，由變量、指令、函數(shù)、流程條件判斷(if/else/for/while/switch)、過程、子程序構(gòu)成，在UGⅡ中多用于UGPOST后處理、制造過程輔助(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)包括通過建立機床控制系統(tǒng)匹配的兩個文件——事件處理文件(EventHandler*.tcl) 與機床定義文件(Definitionfile*.def)。用戶可以直接修改這兩個文件，實現(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TCL來處理其MOM。TCL語言使用通過宏程序來提供完善的數(shù)控機床系統(tǒng)的后處理程序。TCL程序通過用戶變量定義、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)動工具，UG/CAM模塊的輸出均由它來管理，其作用是從存儲在UG/CAM內(nèi)的數(shù)據(jù)中提取數(shù)據(jù)來生成輸出。UG/Post就是這種工具的一個具體運用。MOM是UG/post后處理器的核心，UG/post使用MOM來啟動解釋程序，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)機床的運動關(guān)系進行數(shù)值處理輸出。

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

　　(1)一般的機床信息，如機床是銑床還是車床，是三軸還是五軸等；

　　(2)機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，它們描述多個地址如何組合在一起來完成一個機床動作，如程序頭尾和進退刀動作。

　　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。每一特定事件在機床運行時將導(dǎo)致一些特別的機床動作，存儲在與這個事件相關(guān)的參數(shù)中的信息用來進一步確定這些特別的機床動作。如“Linear-Move”事件將導(dǎo)致機床驅(qū)動刀具沿相應(yīng)X、Y、Z坐標參數(shù)直線移動。事件處理器是為特定機床及其控制系統(tǒng)開發(fā)的一套程序。每個事件的處理函數(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，以及每個事件在機床上如何被執(zhí)行。對于用戶希望UG/Post去處理的每個事件，必須有一個TCL過程與之對應(yīng)。事件生成器觸發(fā)一個事件時，MOM將調(diào)用與之對應(yīng)的TCL過程去處理該事件，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過程。處理事件的TCL過程名必須與事件生成器觸發(fā)的事件名統(tǒng)一，如采用TCL過程MOM_tool_change處理Tool change(換刀)事件，使用MOM_Linear_Move處理直線運動事件。UGNX五大類事件主要包括設(shè)置事件(Settingup-event)、機床控制事件(Machine Control event)、運動事件(Move event)、固定循環(huán)事件(Cycle event)、用戶定義事件(User Defined event)等。

　　2.3典型五坐標機床運動學(xué)配置與MOM變量設(shè)置

　　五坐標數(shù)控銑削機床后處理程序開發(fā)首先是根據(jù)機床類型確定其旋轉(zhuǎn)軸、旋轉(zhuǎn)平面與刀具軸矢量、機床運動空間位置關(guān)系確定。然后對機床加工過程中的進退刀進行處理、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機床類型包括：四軸回轉(zhuǎn)工作臺、主軸擺動四軸、五軸工作臺回轉(zhuǎn)擺轉(zhuǎn)、五軸主軸頭回轉(zhuǎn)擺動、五軸主軸頭擺動聯(lián)合工作臺回轉(zhuǎn)、五軸主軸復(fù)合擺與五軸工作臺復(fù)合擺。

　　數(shù)控五軸銑削機床的配置形式多種多樣，常見的有繞X軸和Y軸旋轉(zhuǎn)的兩個擺動工作臺，或者為主軸繞X軸或Y軸擺動，另外的工作臺則相應(yīng)繞Y軸或X軸擺動來構(gòu)造空間的五軸聯(lián)動加工。對于主軸不擺動的五軸數(shù)控機床，其擺動軸存在主次依賴關(guān)系，即主擺動軸的運動影響次擺動軸的空間位置，而次擺動軸的運動則不影響主擺動軸的空間位置狀態(tài)。數(shù)控五軸機床運動軸的運動合成典型配置如圖3所示的幾種。實際應(yīng)用中，還有兩種比較特殊的五軸配置機床，如德馬吉公司的DMU125P為主軸在空間的一個非基準的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，主軸在擺動的運動過程中，同時實現(xiàn)兩個方向的復(fù)合運動，而其DMU50P則為工作臺復(fù)合擺動，其后置處理通過方向余弦矢量來定義其程序代碼的輸出。3 五坐標后處理開發(fā)實例應(yīng)用

　　3.1 FIDlA KR214六坐標兩種類型的后處理

　　FIDIA KR214為帶旋轉(zhuǎn)工作臺的六軸五聯(lián)動高速銑削加工中心，其中由AC軸構(gòu)成的主軸，其C軸旋轉(zhuǎn)、A軸擺動、W軸工作臺旋轉(zhuǎn)；由于現(xiàn)有的CAM軟件大多不支持六軸聯(lián)動的數(shù)控程序后處理，且實際加工中，一般的五軸聯(lián)動足夠滿足生成的需要。針對該機床加工的特性，根據(jù)需要可編制三個線性軸X、Y、Z、A、C五個軸聯(lián)動后處理程序以及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)控機床的后處理程序。　　

五坐標機床其核心問題除機床運動學(xué)配置以外，其進退刀動作處理也很重要。由于程序起始點及進退刀動作路徑在五軸加工時的特殊性要求：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)部進行加工的場合，更應(yīng)該注意。如下所示為FIDIA KR214的進退刀動作處理的TCL過程。 

　　3.2 RTCP功能與特殊機床設(shè)置

　　五坐標機床及其加工編程常用RTCP功能對機床的運動精度和數(shù)控編程進行簡化。RTCP模式編程的運行原理是控制系統(tǒng)會保持刀具中心始終在被編程的XYZ位置上。為了保持住這個位置，轉(zhuǎn)動坐標的每一個運動都會被XYZ坐標的一個直線位移所補償。因此，對于其它傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)而言，一個或多個轉(zhuǎn)動坐標的運動會引起刀具中心的位移；而對于FIDIA數(shù)控系統(tǒng)(當RTCP選件起作用時)，是坐標旋轉(zhuǎn)中心的位移，保持刀具中心始終處于同一個位置上。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，這個轉(zhuǎn)軸中心是獨立于編程的，是在執(zhí)行程序前由顯示終端輸入的，與程序無關(guān)。通過計算機編程或通過PLP選件被記錄的三坐標程序，可以通過RTCP邏輯，以五坐標方式被執(zhí)行。對于這種特殊的應(yīng)用方法，必須要求使用球形刀具。這些轉(zhuǎn)動坐標的運動，可以通過JOG方式或通過手輪來完成，所以在某些加工條件下，允許所使用的刀具，其刀具長度要求小于用三坐標加工的情況。

　　3.3 五坐標高速銑削機床運動模擬

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

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

4 結(jié)束語

　　本文對UGNX平臺下的后處理程序開發(fā)，以PostBuilder為環(huán)境，詳細講述了其五坐標數(shù)控銑削機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、五坐標機床運動及MOM變量設(shè)置、TCL語言應(yīng)用等方面，并以FIDIAKR214六坐標高速銑削加工中心的后處理開發(fā)為實例進行了應(yīng)用說明。希望對讀者有所借鑒作用。