基于NX/Post的五軸數(shù)控機床后置處理器研究與開發(fā)實踐 Research and Development Practice of Post Processor of Five Axis NC Machine Tool Based on NX/Post

胡斌 HU Bin 王文超 WANG Wen-chao

摘要：使用西門子NXPost后置處理構(gòu)造器，研究后置處理器的開發(fā)及實踐方法。認識到五軸數(shù)控機床后置處理器使用中存在的問題，旨在結(jié)合各項影響因素，細化設(shè)備開發(fā)及實踐方法，提高 NX/Post的五軸數(shù)控機床后置處理器的使用效果，為工業(yè)制造的持續(xù)運行及高質(zhì)量發(fā)展提供保障。

Abstract： The development and practice of post processor are studied by using Siemens nxpost post processing constructor. Recognizing the problems existing in the use of five axis NC machine tool post processor， this paper aims to refine the equipment development and practice methods in combination with various influencing factors， improve the use effect of NX / post five axis NC machine tool post processor， and provide guarantee for the continuous operation and high-quality development of industrial manufacturing.

關(guān)鍵詞：NX/Post;五軸數(shù)控機床;后置處理器

Key words： NX / post;five axis CNC machine tool;post processors

中圖分類號：TG659? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）22-0064-03

0? 引言

根據(jù)工業(yè)產(chǎn)業(yè)的運行模式及發(fā)展狀況，由于信息技術(shù)的不斷深入，不同結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)的五聯(lián)動數(shù)控機床得到了廣泛運用，但是，在五軸數(shù)控機床后置處理器使用中，其存在著程序編輯復雜、難度大等問題，這些現(xiàn)象如果不能及時解決，會影響設(shè)備的使用效果，無法滿足工業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求。結(jié)合五軸數(shù)控機床后置處理器的使用情況，通過 NX/Post系統(tǒng)的運用，可以在CAD/CAM軟件綜合使用中，逐步完善系統(tǒng)設(shè)計方案，及時解決系統(tǒng)開發(fā)中存在的編輯復雜問題，實現(xiàn)后置處理器高效使用的目的，并充分滿足行業(yè)的可持續(xù)化發(fā)展需求。

1? NX/Post的五軸數(shù)控機床后置處理器及工作特點

1.1 NX/Post的五軸數(shù)控機床后置處理器

后置處理器作為數(shù)控自動編程技術(shù)的使用特點，其作為一種數(shù)控編程方案，需要利用刀位軌跡的計算過程確定前置處理方案，之后逐步生成刀位軌跡處理文件。應該注意的是，在不同數(shù)控機床控制系統(tǒng)使用中，需要按照程序格式、指令方式等，確定刀位軌跡文件、機床特性等，明確系統(tǒng)轉(zhuǎn)化要求，充分展現(xiàn) NX/Post的五軸數(shù)控機床后置處理器的使用優(yōu)勢。而且，在 NX/Post后置處理開發(fā)工具中，可以為用戶提供一體化的交互圖形，之后通過機床控制文件的設(shè)定，逐步形成時間處理文件、定義文件等，用戶在該種系統(tǒng)操作中，可以利用代碼程序確定輸出及輸入格式，提高 NX/Post的五軸數(shù)控機床處理器的操作效果[1]。

1.2 后置處理器的工作特點

通過對后置處理器系統(tǒng)運行情況的分析，在設(shè)備使用中其具體的工作特點如下：第一，根據(jù)數(shù)控技術(shù)的使用情況，將其運用在工業(yè)產(chǎn)業(yè)中，不僅可以提高機床設(shè)備的使用效果，而且也可以通過多軸聯(lián)動方案的設(shè)定，提高設(shè)備的使用效果。在NX/Post的五軸數(shù)控機床后置處理器使用的情況下，可以根據(jù)工藝項目的基本特點，對零件完成一次裝夾，之后通過多方位的加工處理，提高設(shè)備的生產(chǎn)效率，同時避免設(shè)備誤差，展現(xiàn)零件生產(chǎn)及加工處理的優(yōu)勢;第二，在三軸加工中，可以確定中心控制方案，之后針對特殊性零件生產(chǎn)情況，提高普通道具的加工及使用效果;第三，簡化夾具生產(chǎn)工藝。在旋轉(zhuǎn)軸運動的情況下，針對零部件加工工藝，可以在二維平面加工的基礎(chǔ)上，解決后置處理器存在的問題，實現(xiàn)NX/Post的五軸數(shù)控機床后置處理器正常使用的目的[2]。

2? 后置處理器研究現(xiàn)狀及存在的問題

2.1 后置處理器研究現(xiàn)狀

結(jié)合后置處理器的使用情況，通過軟件使用及商業(yè)服務(wù)模式的設(shè)定，軟件制造商可以根據(jù)仿真環(huán)境配置相應的后置處理模塊。如，Siemens PLM Software公司利用UG NX系統(tǒng)設(shè)置了 NX/Post平臺，通過該平臺及系統(tǒng)的運用，逐步提升了后置處理器的使用效果，而且，在軟件綜合利用中，通過開發(fā)平臺設(shè)置方案的設(shè)定，可以按照機床結(jié)構(gòu)、數(shù)控系統(tǒng)等，積極開發(fā)后置處理器，及時解決機床結(jié)構(gòu)的復雜性問題。而且，在行業(yè)不斷發(fā)展中，技術(shù)呈現(xiàn)出不斷的創(chuàng)新模式，通過無聯(lián)軸聯(lián)動數(shù)控哦機床及后置處理技術(shù)的運用，可以提高數(shù)據(jù)分析的整體效果，同時也可以展現(xiàn)后置處理模塊的使用價值，之后利用一體化的系統(tǒng)模式，設(shè)置數(shù)控機床后置處理機制，保證后置處理算法的精準性。在國內(nèi)的 NX/Post研究中，將其與五軸數(shù)控機床后置處理器融合，通過速率計算、后置處理算法的融合，可以逐步提升數(shù)據(jù)分析的有效性，提高道具使用壽命，實現(xiàn)速度控制及處理的目的[3]。

2.2 后置處理器使用中面臨的問題

根據(jù)后置處理器的使用狀況，由于機床的結(jié)構(gòu)形式相對復雜，在系統(tǒng)與運用中，所涉及到的自動編程軟件、機床操作系統(tǒng)等存在著多樣化的特點，所以，在實際的系統(tǒng)運用中，會遇到自動編程刀軌數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)加工代碼格式不規(guī)范等問題，這些現(xiàn)象不僅會影響系統(tǒng)的運行效果，也會增加設(shè)備的使用難度，最終影響系統(tǒng)的操作效果，增加后置處理器的使用難度。而且，在當前是數(shù)控機床利用中，受到技術(shù)及標準的限制，后置處理需要建立在標準的刀位源文件之上，之后設(shè)定統(tǒng)一的NC代碼指令，并按照系統(tǒng)指令及操作方案，細化自動編程的設(shè)計方案。但是，在復雜的工件編程中，后期處理所得到的NC代碼相對較大，在五軸加工中，會出現(xiàn)非線性誤差現(xiàn)象。因此，在行業(yè)運行及持續(xù)發(fā)展中，應該將數(shù)控操作技術(shù)的使用作為核心，并利用數(shù)控機床結(jié)構(gòu)形式更新信息分析速度，從而發(fā)揮系統(tǒng)優(yōu)勢，實現(xiàn)后置處理器綜合運用的目的[4]。

3? NX/Post的五軸數(shù)控機床后置處理器的開發(fā)

3.1 NX/Post的五軸數(shù)控機床后置處理的框架構(gòu)造

根據(jù)NX/Post系統(tǒng)的使用情況，在與五軸數(shù)控機床后置處理融合中，需要結(jié)合設(shè)備使用情況及運用特點，設(shè)置規(guī)范性的操作方案。第一，在PUI后處理用戶界面的文件設(shè)置中，其核心作用是進入到后處理構(gòu)造器，之后通過系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定，分析設(shè)備后處理中存在的問題，之后通過文件處理、文件修改等項目的分析，提高數(shù)據(jù)處理及多余文件的處理效果，對于該種后處理器而言，只能使用TCL、DEF文件進行編輯處理。第二，在TCL文件設(shè)置中，其作為一種工具命令語言，需要精準定義文件，之后通過各項規(guī)定、時間處理方式的確定等，確定換刀事件、線行運動事件等，在科學化框架結(jié)構(gòu)設(shè)定中，可以提高機床動作的處理效果，實現(xiàn)文件精準表達的目的。一般情況下，需要將TCL文件運用在虛擬仿真模擬系統(tǒng)之中;第三，DEF文件生成中，其核心作用是規(guī)范、確定后置處理程序，一般情況下，后置處理器的內(nèi)部工作原理如圖1所示;第四，CDL文件主要運用在啟動UDE編輯器生成文件之中，之后按照用戶的定義需求，分析不同文件處理之后的影響因素，逐步提升設(shè)備系統(tǒng)的使用效果，滿足行業(yè)的高質(zhì)量、持續(xù)化發(fā)展需求[5]。

3.2 生成刀位文件

結(jié)合NX/Post的五軸數(shù)控機床后置處理器的使用情況，在設(shè)備運用及系統(tǒng)開發(fā)中，應該根據(jù)設(shè)備的運用情況，細化生成刀位的文件，一般情況下，生成刀位文件的技術(shù)形式體現(xiàn)在以下方面：第一，分析葉輪的幾何體特征。通過對整體葉輪使用情況的分析，在透平機械動力系統(tǒng)運用中，需要結(jié)合汽車、航空航天等系統(tǒng)的使用情況，確定整體葉輪葉片的狀態(tài)，病通過葉片數(shù)量、葉片之間空間大小的確定，規(guī)范刀位文件的生成方案。如，針對不具有葉輪加工模塊的CAD/CAM軟件，系統(tǒng)開發(fā)人員應該結(jié)合自動曲面變刀軸的使用情況，確定葉輪模塊加工方式，之后確定葉輪的特征、加工參數(shù)等，成功分滿足智能葉輪的技術(shù)化使用需求。而且，在NX加工背景下，應該利用WORKPIECE中的子選項，通過葉片幾何體的編輯，設(shè)定葉輪的幾何特征， 為之后的系統(tǒng)開發(fā)提供參數(shù)支持。第二，葉輪刀位軌跡規(guī)劃。在葉輪刀位軌跡規(guī)劃中，需要結(jié)合系統(tǒng)需求，確定粗加工及細加工工藝。如，在粗加工工藝中，其核心目的是快速轉(zhuǎn)移包覆面之間的毛坯余量，之后結(jié)合工藝項目的特點，提高設(shè)備加工質(zhì)量。而且，在五軸加工工藝中的生成刀路工藝中，應該根據(jù)光滑、連續(xù)曲面的公差情況，設(shè)置一系列的平面裝置，在公差值越低的情況下，離散的微小平面也就越多，因此，設(shè)備維護人員應該認識到，在設(shè)備加工中，如果機床連續(xù)、頻繁的運行，當出現(xiàn)增加減速的問題，會在一定程度上降低系統(tǒng)的工作效率。而且，在NX/Post的五軸數(shù)控機床后置處理器使用中，為了防止欠切問題的發(fā)生，一定要增加銑削刀路的長度，之后按照驅(qū)動方法逐步延長道具直徑，展現(xiàn)葉輪粗加工工藝的整體優(yōu)勢。又如，在葉片精加工情況下，通過小余量切削方案使用中，需要結(jié)合設(shè)備工藝，精準的確定葉片的尺寸要求，當切削參數(shù)余量的數(shù)據(jù)設(shè)置為0mm時，內(nèi)公差、外公差的距離要設(shè)置為0.003mm，主軸的轉(zhuǎn)速應該保持在8000r/min的狀態(tài)，通過這種精確定工藝方法的確定，可以更好的改善葉輪的加工質(zhì)量，有效避免欠切問題的出現(xiàn)[6]。

3.3 NX后處理構(gòu)造器

在NX后處理構(gòu)造器使用中，一般要做到以下內(nèi)容：第一，設(shè)定機床參數(shù)。在刀位文件的后置處理中，應該利用NX/Post平臺，設(shè)置專門性的后置程序處理方案，之后通過數(shù)據(jù)處理模塊的設(shè)定，明確界面輸入及管理方案，逐步提升參數(shù)分析的使用效果，并按照五軸帶轉(zhuǎn)頭、裝臺類型機床等，選擇機床操作系統(tǒng)，之后利用線行軸行程限制、回零位置等，確定設(shè)備調(diào)試參數(shù)，實現(xiàn)設(shè)備正常使用及高質(zhì)量運用的目的。第二，程序及刀軌的設(shè)置，在NX/Post程序及刀軌設(shè)置中，應該在起初程序序列、工序結(jié)束序列設(shè)定中，對各項順序組成分方案進行分析，精準設(shè)定NX程序，提高系統(tǒng)程序設(shè)定及格式調(diào)整的效果。第三，在程序起初序列設(shè)定中，應該結(jié)合系統(tǒng)的運行狀況，添加程序名稱，之后通過程序的調(diào)整、管理等，提高NX處理器的使用狀況，增強坐標系統(tǒng)程序段的誰動效果，實現(xiàn)系統(tǒng)循環(huán)利用的目的，充分保障機床加工及處理的安全性。第四，操作起初序列設(shè)定中，應該在自動換刀之后添加命令程序，之后在于系統(tǒng)融合的情況下，保證程度設(shè)定的精準性。

4? 后置處理器的驗證

根據(jù)葉輪自動編程加工技術(shù)的使用特點，開發(fā)DMU 60 monoBLOCK五軸聯(lián)動數(shù)控機床后處理器生成葉輪的數(shù)控程序。第一，在UG軟件使用中，通過葉輪自動編程專用模塊的設(shè)定，可以形成刀具路徑，基本路徑如圖2所示的粗加工刀具路徑;第二，在刀位文件設(shè)定及分析中，通過UG軟件的開發(fā)，DMU 60 monoBLOCK后置處理器會生成五軸聯(lián)動數(shù)控機床的識別控制程序，數(shù)據(jù)代碼為G;第三，結(jié)合NC程序加載及仿真工程使用情況，在初步檢驗中，通過后處理器生成葉輪數(shù)控程序的確定，可以保證參數(shù)設(shè)計的精準性，同時也可以實現(xiàn)五軸聯(lián)動數(shù)控機床數(shù)據(jù)控制的目的;第四，根據(jù)DMU 60 monoBLOCK后置處理器五軸聯(lián)動數(shù)控機床的使用狀況，在葉輪的實際加工中，利用三坐標測量機可以對各項數(shù)據(jù)進行精準確定，可以充分展現(xiàn)后處理器開發(fā)的精準性。因此可以發(fā)現(xiàn)，在葉輪驗證及分析中，通過生成葉輪加工刀具路徑的設(shè)置，可以使用后處理器生成葉輪NC程序，之后通過仿真模擬方案的設(shè)置，可以實現(xiàn)設(shè)備參數(shù)的精準分析，也就是說，在五軸聯(lián)動數(shù)控機床使用中，其存在著一定的參考性。

5? 結(jié)束語

總之，在 NX/Post的五軸數(shù)控機床后置處理器研究及開發(fā)中，為了逐步提升設(shè)備的使用系效率，滿足行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展需求，應該結(jié)合行業(yè)的運行特點及相關(guān)設(shè)備的使用情況，確定NX/Post的生產(chǎn)工藝，之后將NX/Post與五軸數(shù)控機床后置處理器進行融合，結(jié)合設(shè)備使用情況及設(shè)備工藝的基本特點，細化五軸數(shù)控機床后置處理器的整理方案，逐步提升系統(tǒng)的運行效率，滿足行業(yè)的高質(zhì)量、持續(xù)化發(fā)展需求。

參考文獻：

[1]郭山國，張華瑾，張長軍，等.基于UG的SKY-5L14075五軸聯(lián)動數(shù)控機床后處理的開發(fā)[J].機床與液壓，2020，48（08）：55-58，126.

[2]王馨，李憲輝.雙擺頭型五軸數(shù)控機床的坐標變換關(guān)系研究[J].機械工程師，2020（02）：68-70，73.

[3]李鐵鋼.數(shù)控加工后置處理器的實際加工時間的計算[J].沈陽工程學院學報（自然科學版），2020，16（01）：88-91.

[4]杜澎，董佑浩，苗盛.非正交五軸聯(lián)動數(shù)控機床后置處理算法開發(fā)[J].制造技術(shù)與機床，2019（12）：160-164.

[5]許海軍，張沛霞，徐敏，張厚茂，張新文.基于UG/NX10.0的數(shù)控車床后置處理的研究[J].模具制造，2018，18（05）：63-67.

[6]高俊川，卓勇.基于UG的五軸后置處理器實現(xiàn)與運動學模型研究[J].組合機床與自動化加工技術(shù)，2018（03）：75-77，83.

[7]高峰，朱延炎，解瑞東，周飛，李艷.基于等弓高誤差法的雙回轉(zhuǎn)臺五軸數(shù)控加工后置處理器開發(fā)[J].計算機集成制造系統(tǒng)，2017，23（06）：1296-1301