五坐標(biāo)數(shù)控銑后置處理技術(shù)（一）

一、引言
  我們知道，數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)不同，機(jī)床結(jié)構(gòu)形式和運(yùn)動(dòng)方式也存在差異，所使用的NC程序格式也是不一樣，因此，數(shù)控操作中的刀具軌跡必需經(jīng)過(guò)處理轉(zhuǎn)換成特定機(jī)床控制器能夠接受的特定格式的NC程序，這樣的處理過(guò)程就是后置處理。正是由于機(jī)床運(yùn)動(dòng)方式的不同，特別是五坐標(biāo)擺角結(jié)構(gòu)的不同，保證刀位文件通過(guò)后置處理生成NC程序與編程人員在CAD/CAM軟件數(shù)控操作設(shè)計(jì)的符合性，便成為后置處理的關(guān)鍵內(nèi)容。     二、現(xiàn)狀 
   目前，常用的后置處理方法主要有以下兩種：
    利用CAD/CAM軟件的通用后置處理模塊，定義數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)方式，通過(guò)選取CAD/CAM軟件提供的機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)控制系統(tǒng)，定義某一類型或某臺(tái)數(shù)控機(jī)床的后置處理，如CATIA的PPBUILD模塊，UG的UGPOST模塊；
    利用C/C++等計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，按數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)方式和控制系統(tǒng)的編程規(guī)范，歸納出計(jì)算空間點(diǎn)坐標(biāo)的數(shù)學(xué)公式，通過(guò)編制專用的后置處理程序并生成可執(zhí)行文件，定義數(shù)控機(jī)床的后置處理。
     第①種方法，其特點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，對(duì)后置處理模塊定義人員的數(shù)控專業(yè)技能要求不高，缺點(diǎn)是靈活性較低，滿足對(duì)程序格式有特殊要求的能力低。
    第②種方法，其特點(diǎn)是，能夠滿足機(jī)床對(duì)程序格式的各種特殊要求，針對(duì)性強(qiáng)，能夠完全保證數(shù)控操作設(shè)計(jì)與NC程序的符合性，缺點(diǎn)是需編寫后置處理的計(jì)算機(jī)程序，第一次開(kāi)發(fā)工作量大，需軟件開(kāi)發(fā)人員和數(shù)控編程人員共同完成。
三、解決方案 
    由于加工航空結(jié)構(gòu)件使用的數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)多，控制系統(tǒng)多，前置類型多。開(kāi)發(fā)通用后置平臺(tái)是解決這種情況的最好辦法。通用后置平臺(tái)需要滿足以下幾點(diǎn)要求：
   可以識(shí)別多種CAD/CAM軟件產(chǎn)生的前置程序（如UG，CATIA）。
對(duì)于不同結(jié)構(gòu)的機(jī)床和控制系統(tǒng)，能夠輸出該機(jī)床能夠識(shí)別的NC代碼。
對(duì)一些特殊機(jī)床，可以滿足其對(duì)程序運(yùn)算、程序格式、輔助信息的要求。
可擴(kuò)展性，用戶可以根據(jù)自己的需求，定義實(shí)現(xiàn)新機(jī)床的處理輸出。
可升級(jí)性，可根據(jù)實(shí)際需求，不斷擴(kuò)展完善核心處理模塊。
          現(xiàn)在國(guó)內(nèi)后置處理程序（尤其是多軸機(jī)床）的開(kāi)發(fā)還僅僅處于初始階段，國(guó)內(nèi)后置處理程序開(kāi)發(fā)方面還很落后。主要依靠國(guó)外有關(guān)公司進(jìn)行開(kāi)發(fā)，價(jià)格昂貴，且只對(duì)單一機(jī)床或系統(tǒng)進(jìn)行后置，通用性不強(qiáng)。開(kāi)發(fā)通用后置處理軟件，可以有效的保證NC程序正確性，提高程編人員的后置處理效率，還可以把加工信息（如圖號(hào)、工序號(hào)、刀具規(guī)格、程序加工時(shí)間等參數(shù)）嵌入NC程序中，增加程序的可讀性，減少操作人員的人為加工誤差。
 四、后置處理技術(shù) 
      UG的CLS文件是標(biāo)準(zhǔn)的APT語(yǔ)言生成的刀位文件（APT是一種自動(dòng)編程工具（Automatically Programmed Tool）的簡(jiǎn)稱，是對(duì)工件、刀具的幾何形狀及刀具相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)等進(jìn)行定義時(shí)所用的一種接近于英語(yǔ)的符號(hào)語(yǔ)言）。 
     采用APT語(yǔ)言自動(dòng)編程時(shí)，計(jì)算機(jī)（或編程機(jī)）代替程序編制人員完成了繁瑣的數(shù)值計(jì)算工作，并省去了編寫程序單的工作量，因而可將編程效率提高數(shù)倍到數(shù)十倍，同時(shí)解決了手工編程中無(wú)法解決的許多復(fù)雜零件的編程難題。
    下文著重分析論述了利用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，針對(duì)UG軟件CLS刀位文件，開(kāi)發(fā)專用后置處理軟件的技術(shù)要點(diǎn)和解決方法。
  4.1 CLS刀位文件
    CLS刀位文件是UG生成的前置程序，通過(guò)對(duì)CLS文件不同后置處理，可以生成各種機(jī)床系統(tǒng)的NC加工程序。
    以下是UG的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)CLS刀位文件,現(xiàn)對(duì)部分程序段進(jìn)行解釋：
   TOOL PATH/PLANAR_MILL, TOOL, FLAT20R2
注:為刀軌說(shuō)明，每個(gè)CLS頭均有這一語(yǔ)句
   TOOL PATH/PLANAR MILL——刀軌名稱,名稱為“PLANAR MILL”
   TOOL，F(xiàn)LAT20R2?——使用刀具，刀具名稱為FLAT20R2
   TLDATA/MILL,20.0000,2.0000,75.0000,1.0000,1.0000
注:為刀具說(shuō)明
MILL——表示刀具為立銑刀，其它參數(shù)還有 TCUTTER：T型刀; DRILL:鉆頭等等。
為刀具參數(shù)，各參數(shù)對(duì)應(yīng)下圖（D＝20，R1＝2，L＝75，B＝1，A＝1）
                                                                      
                           MSYS/0.0000, 0.0000, 0.0000,1.0000000, 0.0000000,0.0000000, 0.0000000, 1.0000000, 0.0000000
注:加工坐標(biāo)系的說(shuō)明，不參與后置處理
PAINT/……
注:在UG中顯示刀軌用，不參與后置處理
RAPID
注:進(jìn)行快速定位，隨后會(huì)跟一段GOTO語(yǔ)句，后置的NC代碼為“G00”。
GOTO/70.2739,56.1953,-8.8824,0.5773503,-0.5773503,0.5773503
注：定位語(yǔ)句，格式為GOTO/X,Y,Z,I,J,K。
參數(shù)說(shuō)明：空間刀軌坐標(biāo)點(diǎn)（X,Y,Z）值，以及單位刀軸矢量在X軸的投影I、在Y軸的投影J、在Z軸的投影K。
注：當(dāng)I,J,K值為0，0，1時(shí)，機(jī)床為三軸加工。當(dāng)I,J,K為其它值時(shí)，機(jī)床為四軸或五軸加工。
FEDRAT/MMPM, 250, 0000
注：走刀速度
CIRCLE/66.1128,52.2324,-13.8804,-0.5773503,0.5773503,-0.5773503,7.0000,0.0600,0.5000,20.0000,2.0000
GOTO/63.2551,55.0901,-8.1650
注：圓弧定位語(yǔ)句，是由兩段組成，第一段指定圓弧起點(diǎn)和圓弧半徑等參數(shù)。第二段指定圓弧終點(diǎn)。
參數(shù)說(shuō)明：格式為CIRCLE/X,Y,Z,I,J,K,R,公差1,公差2,刀具直徑,刀具底角
(X,Y,Z)=軌跡的起點(diǎn)坐標(biāo)
(I,J,K)=圓弧在空間的矢量坐標(biāo)
(R)=圓弧的半徑值
(公差1,公差2)=圓弧擬合為線段所使用的公差
(刀具直徑,刀具底角)=加工圓弧時(shí)所使用的刀具參數(shù)
END-OF-PATH
注：走刀結(jié)束
     UG還有很多其它語(yǔ)句，如開(kāi)關(guān)冷卻液、鎖定主軸、延時(shí)等等，需在UG中手動(dòng)輸入，平時(shí)使用上較少，這里不一一累述。
     4.2 軸加工中擺角的算法
   在UG的前置文件中，出現(xiàn)的最多的語(yǔ)句是“GOTO/X,Y,Z,I,J,K”，后置的主要工作也就是把這段語(yǔ)句轉(zhuǎn)化為機(jī)床能夠識(shí)別NC語(yǔ)句。
   這里我在算法上說(shuō)明了怎樣將I,J,K語(yǔ)句后置為五軸機(jī)床的轉(zhuǎn)角A，B，C。、
    機(jī)床主軸頭AB擺角的五坐標(biāo)后置處理
    主軸頭AB擺角的五坐標(biāo)數(shù)控銑床主要有三種：
第1種：B為主擺角，A為副擺角，刀具軸在Z軸上；
第2種：A為主擺角，B為副擺角，刀具軸在Z軸上；
第3種：A、B擺角，刀具軸在X軸上。見(jiàn)下圖：
                                                 
        第1、2種擺角類型在龍門結(jié)構(gòu)和單柱結(jié)構(gòu)的數(shù)控機(jī)床上均廣泛采用；第3種類型機(jī)床主要是臥式結(jié)構(gòu)的機(jī)床。