基于MasterCAM X6的V850－5AX加工中心后處理器的開發(fā)

關(guān)躍奇，陳蓉玲，吳修國

（1.湖南工程學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，湘潭 411101；2.湘潭電機(jī)集團(tuán)重裝公司，湘潭 411101）

0 引 言

計算機(jī)輔助編程在參數(shù)設(shè)置后經(jīng)過刀具軌跡計算后產(chǎn)生的是刀具位置數(shù)據(jù)文件（CL文件），這種數(shù)據(jù)文件是不能直接被數(shù)控機(jī)床所識別的，每臺數(shù)控機(jī)床只能識別符合相應(yīng)機(jī)床控制指令格式的數(shù)控程序，故此，需要將生成的刀位數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)變成特定機(jī)床控制系統(tǒng)所能識別的數(shù)控程序代碼，才能在特定的機(jī)床上正常地利用軟件所生成的數(shù)控程序進(jìn)行零件的數(shù)控加工.

后置處理器的作用就是根據(jù)軟件系統(tǒng)所生成的CL文件以及指定機(jī)床和所配控制系統(tǒng)的特征信息文件等信息，將CL文件轉(zhuǎn)換成相應(yīng)機(jī)床控制系統(tǒng)能夠接受的指令代碼格式.在此轉(zhuǎn)換過程中，后處理器將根據(jù)機(jī)床結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的坐標(biāo)變換、校驗非線性運動誤差、校驗各運動軸的運動速度，完成代碼轉(zhuǎn)換、加工程序的生成及程序代碼的輸出等工作；其工作流程如圖1所示.

圖1 后置處理工作流程圖

MasterCAM是業(yè)界公認(rèn)的最方便、最快捷的編程工具，它采用圖形交互式自動編程方法實現(xiàn)數(shù)控加工程序的編制，X6版除繼承X5版的五軸加工功能外，還提供了一個整體葉輪加工模塊.軟件采用專用后置處理系統(tǒng)，并提供了諸如法拉科等當(dāng)今市場占有率較大的知名數(shù)控系統(tǒng)的專用后置處理文件，利用系統(tǒng)提供的這些專用后置處理文件可生成相應(yīng)機(jī)床可識別的數(shù)控加工代碼V850－5AX五聯(lián)動立式加工中心是在三根直線軸的基礎(chǔ)上引進(jìn)了兩根旋轉(zhuǎn)軸，所配置的數(shù)控系統(tǒng)是華中－22M世紀(jì)星，X6版未提供相應(yīng)的后置處理文件對五軸機(jī)床X6軟件僅提供了一個“Generic Fanuc 5XMill.pst”的后置處理程序；華中－22M世紀(jì)星系統(tǒng)控制指令代碼雖然與法拉科系統(tǒng)的控制指令代碼有許多共同點，但若直接采用系統(tǒng)提供的五軸通用后置處理程序所生成的加工代碼還是不能直接應(yīng)用的，往往需要編程人員進(jìn)行大量修改后才能應(yīng)用，這樣既不方便又容易出錯.

為此本文研究了X6軟件提供的五軸通用后置處理程序“Generic Fanuc 5XMill.pst”及相應(yīng)的Mp文件，結(jié)合華中－22M世紀(jì)星數(shù)控系統(tǒng)和捷甬達(dá)產(chǎn)V850－5AX立式五聯(lián)動加工中心的特征，定置出相應(yīng)的專用后置處理器，使X6軟件輸出的數(shù)控加工代碼不需編程人員作任何修改就可直接用于捷甬達(dá)產(chǎn)V850－5AX立式五聯(lián)動加工中心.

1 MasterCAM X6五軸后置處理文件

目前MasterCAM軟件在我國得到了廣泛的應(yīng)用，X6版銑削加工模塊具有完善的四軸、五軸加工功能.X6版軟件對五軸銑削加工提供了基于法拉科系統(tǒng)的通用后置處理器，該處理器由"Generic Fanuc 5XMill.pst"（簡稱PST文件）及相應(yīng)的可執(zhí)行文件（簡稱Mp文件）構(gòu)成.其中Mp文件是用戶不能修改的，用戶僅可根據(jù)機(jī)床結(jié)構(gòu)特征信息及所配控制系統(tǒng)，對軟件提供的PST文件進(jìn)行修改，Mp文件按PST文件修改的開關(guān)量進(jìn)行工作；修改后的PST文件加上相應(yīng)的Mp文件，以適用于特定的控制系統(tǒng)和不同結(jié)構(gòu)的五聯(lián)動加工機(jī)床.

隨著數(shù)控加工技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控五軸銑削加工應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大.對正交型五軸銑削加工機(jī)床兩根旋轉(zhuǎn)軸的配置型式有工作臺雙回轉(zhuǎn)、工作臺回轉(zhuǎn)／主軸擺動、主軸雙擺動三種；目前國內(nèi)多數(shù)五軸銑削加工機(jī)床是在原三根直線運動軸另加上一個帶兩根旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)臺構(gòu)成“3＋2”型五聯(lián)動機(jī)床，因此其配置形式呈多樣化.且不同類型的五聯(lián)動機(jī)床的結(jié)構(gòu)和刀具運動原理都各不相同，加上所配控制系統(tǒng)的多樣化，致使幾乎每臺五聯(lián)動機(jī)床的后處理器都需要單獨配置；后置處理器定制好壞，直接影響軟件五軸銑削加工編程的效率.

定置X6五聯(lián)動后置處理程序的任務(wù)主要是對系統(tǒng)提供的“Generic Fanuc 5XMill.pst”文件按特定的數(shù)控系統(tǒng)及機(jī)床類型來修改和定制相應(yīng)程序段.“Generic Fanuc 5XMill.pst”文件由說明、格式表述、初始值、問題定義、自定義模塊、預(yù)定義模塊等組成.

預(yù)定義模塊包含數(shù)控程序的程序開始和結(jié)束，刀具更換、刀具運動，多軸加工中的機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸配置型式代碼選擇、地址分配代碼、旋轉(zhuǎn)矢量平面代碼、軸偏距的設(shè)定以及主軸擺長設(shè)定等內(nèi)容，這些內(nèi)容均用預(yù)先定義的格式來組織、規(guī)劃.

2 V850－5AX加工中心及華中－22M控制系統(tǒng)的特點

V850－5AX立式五聯(lián)動銑削加工中心是捷甬達(dá)機(jī)床廠生產(chǎn)的工作臺雙回轉(zhuǎn)型的“3＋2”五軸聯(lián)動加工中心，為半閉環(huán)控制，兩根旋轉(zhuǎn)軸配置成分別繞X軸和Z軸旋轉(zhuǎn)的A、C軸.

因該機(jī)床為半閉環(huán)控制，每當(dāng)機(jī)床重新通電后都須先返回參考點，程序結(jié)束后不必每次返回參考點.隨著加工的持續(xù)進(jìn)行，機(jī)床主軸會發(fā)生誤差累積，對配有斗笠式刀庫的加工中心因其主軸充當(dāng)機(jī)械手，故每次換刀時主軸Z向必須返回到指定位置進(jìn)行換刀；這類機(jī)床最好辦法是在每道工序完成后進(jìn)行一次回參考點動作.考慮加工的安全性問題，應(yīng)先Z軸返回參考點，接著其余兩根直線軸回參考點，最后兩根旋轉(zhuǎn)軸回參考點，以避免破壞已加工表面.

V850－5AX加工中心所配備的數(shù)控系統(tǒng)是華中數(shù)控公司的華中－22M世紀(jì)星，華中－22M世紀(jì)星是目前國產(chǎn)五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)最成熟的控制系統(tǒng)之一，其編程指令格式與FANUC系統(tǒng)、西門子系統(tǒng)相比有較大的差別.

3 V850－5AX五聯(lián)動加工中心專用后置處理器的定置

不同的數(shù)控系統(tǒng)之間的指令代碼和程序格式各不相同，彼此之間雖然存在一定的差別，但都有一些共性.如單一程序中G0、G1分別表示快移及直線插補(bǔ)，M3、M4分別表示機(jī)床主軸正、反轉(zhuǎn)等，這些共性是軟件設(shè)計通用后置處理程序的前提條件.

前述可知，V850－5AX加工中心配備的是華中－22M世紀(jì)星控制系統(tǒng)，對特定的數(shù)控系統(tǒng)和五聯(lián)動加工中心定置后置處理器是相當(dāng)復(fù)雜的，先需查閱生產(chǎn)廠家提供的用戶相關(guān)資料，了解機(jī)床原點的位置和各坐標(biāo)軸的行程、編程指南及控制系統(tǒng)的代碼格式要求等.本文對X6版所提供的五軸通用后處理程序“Generic Fanuc 5XMill.pst”文件中有關(guān)三軸后處理文件部分因許多文獻(xiàn)已有論述在此不作重述，重點探討其五聯(lián)動機(jī)床后處理文件所特有的機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸型式選擇、旋轉(zhuǎn)軸地址分配、旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)矢量平面、主軸擺長和旋轉(zhuǎn)軸偏距的設(shè)定等內(nèi)容.

3.1 五聯(lián)動機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸型式選擇

由前述可知，五聯(lián)動機(jī)床兩根旋轉(zhuǎn)軸的配置型式有工作臺雙回轉(zhuǎn)、工作臺回轉(zhuǎn)／主軸擺動、主軸雙擺動三種，另外還有部分非正交五軸機(jī)床.V850－5AX五聯(lián)動加工中心是三根直線軸加上一個帶兩根旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)臺組成的正交工作臺雙回轉(zhuǎn)型機(jī)床，須在相應(yīng)地在PST文件的預(yù)定義模塊進(jìn)行機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸類型代碼的設(shè)定：

mtype：0 ＃Machine type；機(jī)床型式：0（選擇0，表示為：工作臺雙回轉(zhuǎn)）

＃0＝ Table／Table

＃1＝ Tilt Head／Table

＃2＝ Head／Head

＃3＝ Nutator Table／Table

＃4＝ Nutator Tilt Head／Table

＃5＝ Nutator Head／Head

3.2 五聯(lián)動機(jī)床兩根轉(zhuǎn)軸的地址分配

五軸機(jī)床一般由三根直線軸和兩根旋轉(zhuǎn)軸組成，其中兩根旋轉(zhuǎn)軸有A－B、C－B、A－C等多種搭配方式；V850－5AX五聯(lián)動機(jī)床是三根直線軸和兩根旋轉(zhuǎn)軸（A－C）組成的工作臺雙回轉(zhuǎn)型機(jī)床；“Generic Fanuc 5XMill.pst”文件提供的是B－C型組合，為此需要重新設(shè)定；通常將繞主軸旋轉(zhuǎn)的C軸設(shè)定為第一旋轉(zhuǎn)軸，各旋轉(zhuǎn)軸地址代碼分配程序段為：

＃Assign axis address；旋轉(zhuǎn)軸代碼分配

str＿pri＿axis：“C”；設(shè)定C軸為第一旋轉(zhuǎn)軸

str＿sec＿axis：“A”設(shè)定A軸為第二旋轉(zhuǎn)軸

str＿dum＿axis：“B”

3.3 各旋轉(zhuǎn)軸矢量平面的確定

每臺五軸機(jī)床給定機(jī)床坐標(biāo)系各不相同，對兩根旋轉(zhuǎn)軸的坐標(biāo)零點和旋轉(zhuǎn)方向的指定更是各不相同，無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，所以需按照機(jī)床說明書中的坐標(biāo)系進(jìn)行本部分的設(shè)置.V850－5AX機(jī)床兩根旋轉(zhuǎn)軸定義分別為：C軸為繞Z軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸，順時針轉(zhuǎn)為正，逆時針轉(zhuǎn)為負(fù)，角度旋轉(zhuǎn)范圍是＋／－360°；A軸為繞X軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動軸，工作臺面朝上時是零平面，朝前為正，朝里為負(fù)，角度旋轉(zhuǎn)范圍是＋91°／－91°.以下部分為“Generic Fanuc 5XMill.pst”文件提供的第一、第二旋轉(zhuǎn)軸矢量平面代碼設(shè)定程序段：

＃PrimaryXYYZZX；第一旋轉(zhuǎn)軸（C軸）矢量平面

＃SecondaryYZZXXY；第二旋轉(zhuǎn)軸（A軸）矢量平面

各旋轉(zhuǎn)軸角度描述程序段如下：

新中國建立，尤其是改革開放以來，廣州取得了更加快速的發(fā)展，是改革開放的窗口和先行先試的排頭兵。廣州作為中國南方的國際大都市，具有很高的國際地位和廣泛的國際影響，定位為國家重要中心城市。最近，市委市政府提出了廣州建設(shè)國際航空樞紐、國際航運樞紐、國際科技創(chuàng)新樞紐的宏偉目標(biāo)，更是展現(xiàn)了廣州未來發(fā)展的美好前景。

＃Primary axis angle description （in machine base terms）；第一旋轉(zhuǎn)軸（C軸）角度描述

rotaxis1＄ ＝vecx＃Zero；C軸旋轉(zhuǎn)零點為正X軸方向

rotdir1＄ ＝vecy＃Direction；C軸向正Y方向旋轉(zhuǎn)為正

＃Secondary axis angle description （in machine base terms）；第二旋轉(zhuǎn)軸（A軸）角度描述

rotaxis2＄ ＝vecz＃Zero；A軸旋轉(zhuǎn)零點為正Z軸方向

rotdir2＄ ＝vecy＃Direction；A軸向正Y方向旋轉(zhuǎn)為正

各旋轉(zhuǎn)軸起始位的確定程序段如下：

result＝updgbl（rotaxis1＄，“vecx”）＃Zero；C軸零點位

result＝ updgbl（rotdir1＄，“vecy”）＃Direction；C軸正旋轉(zhuǎn)方向

result＝ updgbl（rotaxis2＄，“vecz”）＃Zero；A軸零點位

result＝ updgbl（rotdir2＄，“vecy”）＃Direction；A軸正旋轉(zhuǎn)方向

3.4 主軸擺長和旋轉(zhuǎn)軸偏距設(shè)定

圖2所示為工作臺雙回轉(zhuǎn)機(jī)床的主軸擺長及旋轉(zhuǎn)軸偏距計算示意圖，軸偏距即為旋轉(zhuǎn)中心到工作臺平面的距離.對V850－5AX這種工作臺雙回轉(zhuǎn)機(jī)床無需進(jìn)行主軸擺長設(shè)定，只需設(shè)定旋轉(zhuǎn)軸偏距即可.注意：對V850－5AX這種工作臺雙回轉(zhuǎn)機(jī)床進(jìn)行計算機(jī)輔助編程前應(yīng)將零件坐標(biāo)原點設(shè)在兩旋轉(zhuǎn)軸的交點R處，如圖2（a）所示，這樣進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后得到的加工程序的坐標(biāo)尺寸才會正確；因此，在這種類型機(jī)床上加工時采用計算輔助編程應(yīng)將工件編程原點設(shè)置成與機(jī)床R點位置重合.

圖2 軸偏距示意圖

“Generic Fanuc 5XMill.pst”文件對A軸的軸偏距設(shè)定的程序段為：

saxisx：0＃The axis offset direction？

saxisy：－0wR＃The axis offset direction？

saxisz：0＃The axis offset direction？

Use＿tlength：＃2＝Prompt；選項2，系統(tǒng)將出現(xiàn)提示框，用戶在提示框中輸入軸偏距值

3.5 機(jī)床各運動軸行程的設(shè)定

不同的數(shù)控機(jī)床，由于型號規(guī)格不一，各運動軸的行程、極限位各異，對運動軸的行程設(shè)置需按指定機(jī)床說明書參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)項參數(shù)的設(shè)定，否則將影響機(jī)床數(shù)控程序輸出的正確性.捷甬達(dá)生產(chǎn)的V850－5AX五聯(lián)動立式加工中心各運動軸行程參數(shù)如表1所示.

表1 V850－5AX機(jī)床行程表

“Generic Fanuc 5XMill.pst”文件對運動軸的設(shè)置程序段如下：

（1）各直線運動軸行程設(shè)定：

use＿stck＿typ：2＃0＝Off，1＝Stock def.，2＝Limits；選2，表示下列程序段中數(shù)字為各坐標(biāo)軸的極限值

up＿x＿lin＿lim ：400.＃X axis limit in positive direction

up＿y＿lin＿lim ：200.＃Y axis limit in positive direction

up＿z＿lin＿lim ：0.＃Z axis limit in positive direction

lw＿x＿lin＿lim ：－400.＃X axis limit in negative direction

lw＿y＿lin＿lim ：－290.＃Y axis limit in negative direction

lw＿z＿lin＿lim ：－380.＃Z axis limit in negative direction

（2）第一旋轉(zhuǎn)軸（C軸）旋轉(zhuǎn)軸角度范圍設(shè)定：

pri＿limlo＄ ：－360

pri＿limhi＄ ：360

＃Set intermediate angle，in limits，for post to reposition machine

pri＿intlo＄ ：－360

pri＿inthi＄ ：360

（3）第二旋轉(zhuǎn)軸（A軸）旋轉(zhuǎn)軸角度范圍設(shè)定：

sec＿limlo＄ ：－91

sec＿limhi＄ ：91

＃Set intermediate angle，in limits，for post to reposition machine

sec＿intlo＄ ：－91

sec＿inthi＄ ：91

4 V850－5AX五軸加工中心后處理CNC程序?qū)嵗?/h2>

圖3為某整體葉輪的3D造型.利用 Master－CAM X6對其進(jìn)行計算機(jī)輔助編程時，先須按前述要求將工件零點與機(jī)床R點重合.加工找正時注意編程零點是在工作臺面下面79.81mm處.

圖3 整體葉輪

以下為圖3整體葉輪零件通過按前述方法設(shè)計的專用后置處理器生成的適用于配備HCNC－22M世紀(jì)星系統(tǒng)的捷甬達(dá)公司生產(chǎn)的V850－5AX加工中心的葉輪粗加工程序（部分）：

%

O0001

（DATE＝DD－MM－YY －14－06－12 TIME＝HH：MM －07：31）

N100G21

N102G0G17G40G80G90G94G98

N108T1M6

N110G0G54G90X－15.362Y－146.428C－138.009A84.871S2500M3

N112G43H1Z64.818

N114G1Z34.818F400.

N116X－15.407Y－145.761Z35.993C－138.565A84.417F600.

N118X－15.491Y－144.424Z38.892C－139.323A83.279

N120X－15.63Y－142.706Z42.219C－140.345A81.962

N122X－15.766Y－140.912Z45.496C－141.373A80.648

N124X－16.057Y－137.671Z50.943C－142.956A78.416

N126X－16.304Y－135.172Z55.29C－143.559A76.584

……

N4178X8.91Y28.284Z128.474C－60.05 A8.712

N4180X11.995Y30.904Z128.005C－64.269A7.774

N4182X15.684Y35.604Z127.112C－69.481A6.17

N4184G0Z134.486

N4186M5

N4188G0G28G91Z0.

N4190G0G28X0.Y0.

N4192G28C0.A0.

N4194M30

%

5 結(jié) 論

在X6軟件中按照上述方法定置的專用后置處理器所產(chǎn)生的程序代碼，能夠處理葉輪類復(fù)雜曲面加工的刀具路徑文件，所產(chǎn)生的五聯(lián)動數(shù)控加工程序代碼不需人工作二次處理，可以在配有華中－22M世紀(jì)星系統(tǒng)的捷甬達(dá)產(chǎn)V850－5AX五聯(lián)動加工中心（旋轉(zhuǎn)軸為A、C）上直接應(yīng)用；作者用此后處理器生成的數(shù)控加工程序未作任何修改在捷甬達(dá)生產(chǎn)的V850－5AX五聯(lián)動加工中心機(jī)床上加工出一完整的葉輪零件，由此有效提高了X6版五軸加工的編程效率，實現(xiàn)X6軟件輔助編程用于配備華中－22M世紀(jì)星系統(tǒng)的V850－5AX五聯(lián)動數(shù)控加工編程的無縫對接.對控制系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)型式不同的五聯(lián)動數(shù)控機(jī)床，可參照本文進(jìn)行定置.

［1］關(guān)耀奇.基于 MasterCAM9的 MV－610加工中心專用后置處理器開發(fā)［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，2006（8）：116－120.

［2］唐進(jìn)元，尹 鳳.基于 MasterCAM的三大類型五軸機(jī)床后處理程序編制方法［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，2010（8）：32－38.

［3］劉雄偉.數(shù)控加工理論與編程技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

［4］周 濟(jì)，周艷紅.數(shù)控加工技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.