基于IMS POST五軸海德漢系統(tǒng)后處理的開發(fā)

白銀礦冶職業(yè)技術(shù)學(xué)院 孫耀恒 王科健

為發(fā)揮五軸數(shù)控加工高速、高效、高精的加工優(yōu)勢，本文以HEIDENHAIN數(shù)控系統(tǒng)為例，基于IMS POST開發(fā)了五軸HEIDENHAIN系統(tǒng)專用后處理。經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證，所生成的加工代碼符合五軸數(shù)控加工要求。本文對其他結(jié)構(gòu)的五軸后處理開發(fā)開發(fā)提供了思路，有利于發(fā)揮CAM軟件的特長，為五軸數(shù)控加工提供強(qiáng)有力的保障。

一、引言

五軸機(jī)床后處理嚴(yán)重的制約著五軸機(jī)床功能的發(fā)揮，近年來，五軸數(shù)控機(jī)床越來越普及，大部分的企業(yè)和學(xué)校都購置了五軸數(shù)控機(jī)床和CAD/CAM軟件。五軸機(jī)床的結(jié)構(gòu)不同、數(shù)控系統(tǒng)不同所需的后處理文件也不同，數(shù)控多軸加工CAM軟件之間發(fā)揮著各自的優(yōu)勢，如何實(shí)現(xiàn)CAM軟件之間的優(yōu)勢互補(bǔ)，例如：A軟件粗加工效率高，B軟件精加工質(zhì)量高，就用A軟件五軸粗加工，用B軟件五軸精加工，最終將A、B軟件生成的刀位文件輸入到IMS POST中處理成機(jī)床識讀的代碼。

二、專用后處理開發(fā)

1.五軸機(jī)床結(jié)構(gòu)及參數(shù)

五軸機(jī)床的控制系統(tǒng)不同，識讀的NC代碼也不同，CAM軟件生成的刀位文件控制系統(tǒng)無法識讀，需將刀位文件轉(zhuǎn)換為機(jī)床可識讀的代碼過程即為后處理。首先控制系統(tǒng)是否具有RTCP功能，具有RTCP功能的五軸機(jī)床編程和操作簡單。本文以具有RTCP功能的HEIDENHAI系統(tǒng)進(jìn)行后處理開發(fā)。

五軸控制系統(tǒng)具有RTCP功能，在編程時(shí)只考慮對刀的工件坐標(biāo)系。編程和操作很簡單。如圖1a所示，具有RTCP功能的雙擺頭控制系統(tǒng)，RTCP功能未開啟，如果轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)軸，機(jī)床的線性軸不動，機(jī)床坐標(biāo)保持不變，程序坐標(biāo)不變，但是刀具中心位置發(fā)生變化，這與編程過程不符。如果啟動RTCP功能，如果轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)軸，機(jī)床線性軸移動，機(jī)床坐標(biāo)變化，程序坐標(biāo)不變，刀具中心位置不變，與編程過程保持一致。如圖1b所示，具有RTCP功能的雙擺頭控制系統(tǒng)。

圖1 雙擺頭五軸機(jī)床結(jié)構(gòu)

具有RTCP功能的雙擺臺控制系統(tǒng)，未開啟RTCP功能，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動軸，加工坐標(biāo)系位置不變，工件坐標(biāo)系發(fā)生變化，如圖2a所示與多軸編程過程不符。開啟RTCP功能后，如果轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)軸，加工坐標(biāo)系被固定在工件上，與工件一起轉(zhuǎn)動，工件坐標(biāo)系保持不變，與多軸編程過程相符。如圖2b開啟RTCP功能雙擺臺機(jī)床帶來很大方便，加工工件擺放在工作臺任意位置，無需考慮工件坐標(biāo)遠(yuǎn)點(diǎn)是否要放在工作臺的回轉(zhuǎn)中心上1。

圖2 雙擺臺五軸機(jī)床結(jié)構(gòu)

本文以友嘉U600五軸加工中心為例定制后制處理，機(jī)床結(jié)構(gòu)如圖3所示。定制IMS POST文件前需充分了解機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和主要參數(shù)。友嘉U600五軸加工中心屬于雙擺臺結(jié)構(gòu)，數(shù)控系統(tǒng)：HEIDENHAIN iTNC530，工作行程：X軸為460mm、Y軸520mm、Z軸為500mm， A軸：行程：+40°～-110°，C軸轉(zhuǎn)角：0°～+360°，工作臺面；φ600 ，主軸轉(zhuǎn)速(r／min)： 100～15000rpm；功率： 7.5KW。最快進(jìn)給速度30000mm/min 。

圖3 機(jī)床結(jié)構(gòu)圖

圖4 IMS POST中設(shè)置機(jī)床結(jié)構(gòu)

2.IMS POST后處理定制

打開IMS POST軟件開啟一個(gè)新文檔，模版選擇“heidenhain530.lib”，輸入/輸出單位為“公制”。 IMS POST提供了銑床、車床、車銑復(fù)合機(jī)床，如圖4選擇銑床類型，機(jī)床結(jié)構(gòu)為立式雙擺臺AC軸。根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的要求定義程序頭和程序結(jié)尾，如圖5a所示定義程序頭，加工前主軸停轉(zhuǎn)、取消旋轉(zhuǎn)軸的短路徑行程、取消刀尖跟隨RTCP、各坐標(biāo)軸返回參考點(diǎn)才能刀具交換。如圖5b所示，定義換刀前和換刀后指令，刀具交換完需開啟旋轉(zhuǎn)軸的短路徑行程M126、刀尖跟隨RTCP功能M128以及主軸正轉(zhuǎn)指令M03。如圖5c定義程序結(jié)束，關(guān)閉冷卻、主軸停轉(zhuǎn)、取消旋轉(zhuǎn)軸的短路徑行程、取消刀尖跟隨RTCP、各坐標(biāo)軸返回參考點(diǎn)。根據(jù)機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)的不同，可以自定義程序頭和程序尾，添加系統(tǒng)所需代碼。

圖5 定義程序內(nèi)容

在Mastercam中完成葉輪粗精加工軌跡，刀具軌跡如圖7所示，輸出Mastercam刀位文件，刀位文件的后綴名nci文件，刀位文件數(shù)控系統(tǒng)是無法識讀的。通過定義好的IMS post后處理文件將刀位文件轉(zhuǎn)換為機(jī)床可識讀的加工代碼。

圖7 Mastercam葉輪加工軌跡

Mastercam輸出的刀位文件如圖8所示，刀位文件含有刀具軌跡的所有信息，生成的是相對于工作平面靜止不動的情況下，刀具的刀尖坐標(biāo)以及刀具軸線上與刀尖距離為1的點(diǎn)的向量分量。當(dāng)XY的向量分量不為0時(shí)，就說明刀具發(fā)生了傾斜，需要進(jìn)行多軸加工。

圖8 Mastercam刀位文件

刀位文件的轉(zhuǎn)換，如圖9a所示，輸入刀位文件，并指定轉(zhuǎn)換后的文件輸出路徑。注意：Mastercam刀位文件有三種類型，分別是銑mill、車turn、線切割wire。本文刀位文件類型指定為Mastercam mill文件類型即可。轉(zhuǎn)換后的NC代碼如圖9b所示。

圖9 Mastercam刀位文件

三、后處理加工驗(yàn)證

生成的NC代碼需仿真后才可加工，在Vericut數(shù)控仿真軟件中添加毛坯、刀具、夾具設(shè)置機(jī)床碰撞和干涉檢查，仿真后如圖10a所示，驗(yàn)證無誤后方可加工，實(shí)際加工如圖10b所示。

圖10 葉輪加工

四、結(jié)語

本文詳細(xì)介紹了IMS POST在五軸數(shù)控加工中的應(yīng)用，以HEIDENHAIN系統(tǒng)為例，從文件的定制、刀位文件轉(zhuǎn)換以及Vericut中仿真和實(shí)際加工，徹底解決了五軸后處理難題，發(fā)揮五軸加工優(yōu)勢有一定的推動作用。