基于Master CAM的Fidia五軸后置處理二次開發(fā)

■ 中國航發(fā)西安航空發(fā)動機(jī)有限公司 （陜西西安 710021） 馮永星

后置處理是將CAM軟件生成的刀位文件轉(zhuǎn)換成機(jī)床可識別的NC代碼的一個重要環(huán)節(jié)，大部分CAM軟件在安裝時自身都配置有后置處理，然而這些文件大都是一些通用的、籠統(tǒng)性的文件，甚至一些CAM軟件自身所帶的后置處理存在缺陷或者功能并不是很完善，通過其生成的NC代碼并不能直接傳輸?shù)綌?shù)控機(jī)床進(jìn)行使用，需要手動更改方可確保加工的安全性以及零件質(zhì)量。而且CAM軟件并不會針對所有的控制系統(tǒng)配置后置處理，因此需要使用者根據(jù)所使用的數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及習(xí)慣進(jìn)行二次開發(fā)。本文是在開發(fā)基于Master CAM的Fidia NC15系統(tǒng)五軸后置處理過程中的一些方法及心得。

1. Fidia NC15控制系統(tǒng)典型特點(diǎn)

（1）NC代碼特點(diǎn) 文中涉及的設(shè)備為意大利菲迪亞股份有限公司生產(chǎn)的HS664RT五軸加工中心，其控制系統(tǒng)為Fidia NC15。與ISO代碼相比，該設(shè)備的NC代碼有如下幾處比較典型的特點(diǎn)。

1）圓弧指令中的I、J、K。在ISO代碼中，圓弧指令中I、J、K后面的數(shù)值指的是從圓弧起點(diǎn)到圓弧中心方向的矢量分量，而在Fidia控制系統(tǒng)中，I、J、K后面的數(shù)值指的是該圓弧圓心的坐標(biāo)值。

2）進(jìn)給指令。與ISO代碼一樣，F(xiàn)idia控制系統(tǒng)進(jìn)給指令代碼為F，不同的是在Fidia系統(tǒng)中F后面的數(shù)值是不帶小數(shù)點(diǎn)的整數(shù)，單位只能為mm/min。

3）加工循環(huán)。這里所說的加工循環(huán)包括鉆中心孔、鉆（深）孔、锪孔、攻螺紋、鏜孔及鉸孔等，其指令代碼有很多地方相似，但是具體到每個指令的格式及運(yùn)動方式都有著顯著的差異。

（2）指令差異 本文以深孔排屑啄鉆指令（均為G83）為例，來說明兩個系統(tǒng)在指令格式及運(yùn)動方式上的差異，其他幾個指令基本類似，這里不再一一細(xì)述。

表1列舉了在兩種系統(tǒng)下排屑啄式鉆孔功能的指令格式，結(jié)合圖1所示的運(yùn)動分解圖，可以得出如下幾個結(jié)論。

1）兩種系統(tǒng)下G83、X_、Y_、R_及F_代碼完全相同。

2）兩種系統(tǒng)下雖然都存在Z_位址，但是其意義不同，在ISO代碼中Z_代表了鉆孔的最終深度，而在Fidia NC15代碼中Z_則是快速定位時的點(diǎn)位坐標(biāo)值。

3）Q_、K_及D_、E_、H_分別是各自系統(tǒng)下特有的代碼，Q_與D_代碼意義大致相似。

4）I S O代碼中Δ值由系統(tǒng)No.5115參數(shù)決定，F(xiàn)idia NC15控制系統(tǒng)中Δ值由G83K MAINT參數(shù)定義。

表1 深孔排屑啄鉆指令

表2列舉了兩種控制系統(tǒng)的換刀指令、刀具指令、長度補(bǔ)償及坐標(biāo)系等代碼的差異，這些差異在后置處理文件中做簡單更改即可。

表2 兩種控制系統(tǒng)的其他差異

圖1 運(yùn)動分解示意

2. 后置處理及開發(fā)

分析出了Fidia NC15系統(tǒng)的特點(diǎn)后，我們可以對CAM軟件后置處理文件的源代碼做出相應(yīng)的調(diào)整或更改，使后置處理出的程序可直接用于當(dāng)前的設(shè)備。通過對Master CAM 2018系統(tǒng)自帶后置處理文件的分析與對比，選擇Generic Fanuc 5X Mill.pst作為此次二次開發(fā)的原始文件，該文件與加密文件Generic Fanuc 5X Mill.psb共同構(gòu)成了Fanuc系統(tǒng)的五軸后置處理。

（1）軸定義 不同的五軸設(shè)備其各軸間的相對運(yùn)動關(guān)系不盡相同，機(jī)床坐標(biāo)軸的配置也各有差異，因此在進(jìn)行后置處理開發(fā)時第一步就是要對當(dāng)前設(shè)備進(jìn)行分析，明確各軸的配置以及各運(yùn)動軸間的相對關(guān)系。

1）H S664RT機(jī)床分析。HS664RT是典型的Table/Table類型的五軸設(shè)備，配置了三個線性軸和兩個旋轉(zhuǎn)軸，其傾斜軸（A軸）擺角為±110°，旋轉(zhuǎn)軸（C軸）轉(zhuǎn)角為±3 60°（N×360°），如圖2所示。在相對運(yùn)動上，線性軸X、Y、Z運(yùn)動與刀具一致，旋轉(zhuǎn)軸A、C運(yùn)動與刀具軸相反（即零件運(yùn)動）。

2）五軸定義及更改。在后置處理文件中，坐標(biāo)軸的定義包含了分配軸地址、旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置、工作平面及軸定義等模塊，針對HS664RT機(jī)床，這部分的代碼應(yīng)按照表3進(jìn)行更改設(shè)置。表3僅列舉出了需要更改的部分，與源文件一致的部分不再一一列出。

其次，在變量格式定義中也需要進(jìn)行更改。

fmt “C” 20 p_out

fmt “A” 20 s_out

fmt “B” 20 d_out

3）軸行程設(shè)定。通常情況下，在更改后置處理文件時要根據(jù)設(shè)備具體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)并結(jié)合使用上的要求來設(shè)置各軸的最大行程。根據(jù)使用習(xí)慣，這部分代碼進(jìn)行了如下更改。

圖2 機(jī)床示意

表3 軸定義及更改

auto_set_lim : 0

pri_limtyp$ : 1

sec_limtyp$ : 0

pri_limlo$ : 0

pri_limhi$ : 360

sec_limlo$ : -110

sec_limhi$ : 110

可以看出，本文僅對旋轉(zhuǎn)軸行程進(jìn)行了設(shè)定，在具體使用時可根據(jù)各自的軟件及設(shè)備等的使用要求及習(xí)慣進(jìn)行線性軸行程的設(shè)定，這部分包含了use_stck_typ、up_x_lin_lim 、up_y_lin_lim、up_z_lin_lim、lw_x_lin_lim 、lw_y_lin_lim及l(fā)w_z_lin_lim等。

（2）程序頭、尾更改 程序頭pheader$及程序尾peof$主要定義程序號、數(shù)控程序起始及結(jié)束程序段的一些注釋性的內(nèi)容（如名稱、日期及刀具表等），這部分可以根據(jù)具體的要求進(jìn)行更改。結(jié)合本文實(shí)際情況，這一段更改后的代碼如下。

pheader$ #Call before start of file

##### Custom changes allowed below #####

!spaces$, spaces$ = 0

if progno$ = zero, progno$ = one

“( ----------------------------------------------------------- )”,e$

“( MACHINE : Fidia HS664RT- CONTROLLER: Fidia NC15 )”,E$

“( PROG NO:CXXFY-PWC-”,*progno$, “)”,e$

“( “, *progno$, “)”,e$

“( “, sprogname$, “ REV- )”,e$

“( ---------------------------------------------------------- )”,e$

pbld, n$, “G17 Q1”,e$

pbld, n$, *sgabsinc,e$

pbld, n$, *smetric, e$

pbld, n$, “M242”,E$

p b l d, n$, “G01 A0. C0.F3000”,e$

spathnc$ = ucase(spathnc$)

smcname$ = ucase(smcname$)

stck_matl$ = ucase(stck_matl$)

snamenc$ = ucase(snamenc$)

spaces$ = prv_spaces$

至于peof$程序段，需要將“M30”更改為“M02”并刪除“%”, e$一行，其余內(nèi)容保持不變。

（3）換刀、初始運(yùn)動及進(jìn)退刀 不同的設(shè)備及使用環(huán)境在換刀格式、設(shè)備初始運(yùn)動和進(jìn)退刀方式上都存在著差異。Master CAM軟件可以在軟件內(nèi)部通過對控制器、刀路參數(shù)定義的方式滿足部分要求，其次還需要對后置處理文件進(jìn)行代碼更改。

針對文中的HS664RT機(jī)床，在后置處理更改時首先將nobrk$值由no$更改為yes$，其次需要對p_goto_strt_tl、p_goto_strt_ntl、pretract、prefreturn、protretinc及ppos_cax_lin等幾個程序塊進(jìn)行改寫，后文中“……”均代表了與源文件格式、內(nèi)容一致的部分。

1）p_goto_strt_tl程序塊。

p_goto_strt_tl #Make the tool start up at toolchange

……

if stagetool <= one, pbld, n$,“M306”,PTOOLS, e$

n$, “G55 O1”,E$

pbld, n$, “G01”,*p_out, *s_out,”F3000”,e$

pbld, n$, “G154”,e$

pbld, n$, *speed, *spindle,e$

……

pg68_map

pbld, n$, *zabs_s, e$

pbld, n$, *sg00, “X0.”,“Y0.”, *zabs_s, e$

pcan1, pbld, n$, *sgcode,*xabs_s, *yabs_s, strcantext, e$

]

else, #5 axis and regular mode (n_tpln_mch = -2)

……

else,

[

pcan1, pbld, n$,*sgcode, *xout, *yout, PFYFEED, pgear,strcantext, e$

]

……

pg68

pbld, n$, *xout,*yout, *zout, pscool, e$

]

else, pbld, n$, *zout, pscool, e$

……

2）p_goto_strt_ntl程序塊。

p_goto_strt_ntl #Make the tool start up at null toolchange

……

pg68_map

pbld, n$, *xabs_s, *yabs_s,*zabs_s, *p_out, *s_out, e$

pg68

pbld, n$, xout, yout, zout, e$

]

#else, pbld, n$, pwcs, sgabsinc,*xout, *yout, *zout, *p_out, *s_out, e$

else,

[

pbld, n$, sgabsinc, *xout,*yout, *zout, e$

pbld, n$, “G01”,*p_out, *s_out,”F3000”,e$

pbld, n$, “G154”,e$

]

……

3）pretract程序塊。

pretract #End of tool path,toolchange

……

##### Custom changes allowed below #####

pbld, n$, *spindle, e$

pbld, n$, *scoolant, e$

pg69

……

#pbld, n, *sg28, protretinc, e

pbld, n$,”G154”,e$

4）prefreturn程序塊。

prefreturn #Refernce return

pbld, n$, “M242”, e$

5）protretinc程序塊。在該程序塊中只需要將pbld, n$, *sg28,p_out, s_out, e$這一行代碼改寫成pbld, n$, *sg01, *p_out, *s_out,“F3000”, e$即可，其余程序段不需要進(jìn)行更改。

6）ppos_cax_lin程序塊。該程序塊需要將pbld, n$, sgcode,p_o u t, s_o u t, e$這一行改成pbld, n$, sgcode, *p_out, *s_out,“F3000”, e$，其余不變。

（4）圓弧模式 如前文所述，HS664RT在圓弧加工時I、J、K后面的數(shù)值指的是該圓弧圓心的坐標(biāo)值，但對arctype$變量值按照后置處理文件的說明進(jìn)行幾次嘗試后均未達(dá)到滿意的效果，因此對源代碼進(jìn)行了如下編寫。

1）增加自定義變量。通過增加FYI、FYJ、FYK三個變量來對輸出的I、J、K值進(jìn)行重新計算，從而獲得需要的結(jié)果數(shù)值。

#FIDIA IJK OUTPUT

fmt “I” 3 FYI #FIDIA IOUT

fmt “J” 3 FYJ #FIDIA JOUT

fmt “K” 3 FYK #FIDIA KOUT

2）parcijk程序塊。通過后置處理文件中的parcijk程序塊對圓弧加工時輸出的格式進(jìn)行控制，這個程序塊需進(jìn)行如下更改。

parcijk #Select the arc output

FYI=prv_X$+I$

FYJ=prv_y$+J$

FYK=prv_Z$+K$

if arcoutput$ = zero | full_arc_flg$,

[

#Arc output for IJK

*FYI, *FYJ, !FYK

]

else,

……

（5）孔加工循環(huán) 孔加工是加工中心最常用的功能之一，HS664RT在孔加工循環(huán)上與ISO代碼有著很大的差異，因此在后置處理文件中需要改寫大量代碼，限于篇幅，在本文中僅列出最復(fù)雜的G83指令的實(shí)現(xiàn)方法，其余指令（如G82、G84、G85等）與G83類似。

1）字地址的定義。通過前文對G83指令后各地址的分析與對比，在后置處理文件中drlx、drly、drlz、peck1$及dwell$的地址需要做如下更改。

fmt “E” 2 drlx #X position output

fmt “E” 2 drly #Y position output

fmt “E” 2 drlz #Z position output

fmt “D” 2 peck1$ #First peck increment (positive)

fmt “H” 11 dwell$ #Dwell

2）鉆孔輸出格式。G83包括啄式排屑鉆孔與斷屑鉆孔，在指令的輸出格式上兩個是一致的，在后置處理文件中包括ppeck$、pchpbrk$兩個程序塊。

ppeck$ #Canned Peck Drill Cycle

pdrlcommonb

pcan1, pbld, n$, *sgdrill,sgabsinc, prdrlout, *peck1$, dwell$,PFYfeed, strcantext, e$

pcom_movea

pchpbrk$ #Canned Chip Break Cycle

pdrlcommonb

pcan1, pbld, n$, *sgdrill,sgabsinc, prdrlout, *peck1$, dwell$,PFYfeed, strcantext, e$

pcom_movea

（6）進(jìn)給的修改 前文提到，在Fidia系統(tǒng)中F后面的數(shù)值是不帶小數(shù)點(diǎn)的整數(shù)，單位只能為mm/min。同時，我公司使用該設(shè)備時出于安全及保護(hù)設(shè)備的考慮，在加工時快速定位功能（G00）均被以F3000運(yùn)動的直線插補(bǔ)代替，因此也需要修改后置處理來實(shí)現(xiàn)這個功能。

fmt “F” 4 FYFEED

#FEED FOR FIDIA

PFYFEED

IF GCODE$=0,

[FYFEED=3000],*FYFEED

ELSE,

[FYFEED=FEED],FYFEED

上面的7行代碼通過定義新變量FYFEED以及對GCODE$變量值的判斷，重新對FYFEED進(jìn)行賦值，解決了Fidia系統(tǒng)對F格式的要求，也滿足了公司對設(shè)備使用的要求。當(dāng)然，在后置處理文件中，需要將所有的“*feed”或“`feed”更改為“PFYFEED”。同時也需要將s g00 : “G0”#Rapid這一行內(nèi)容更改為sg00 :“G1” #Rapid。

（7）其他更改 后置處理文件中其余更改內(nèi)容見表4，主要包括換刀指令、刀具指令、公制/英制代碼以及其他一些功能性的更改或優(yōu)化。

表4 后置處理文件的其他更改

圖3 燃燒室排氣管安裝邊

3. 典型案例

圖3所示為某航空發(fā)動機(jī)燃燒室排氣管安裝邊簡圖，現(xiàn)需要在HS664RT上加工圖示的42個φ1.397mm徑向孔，加工方案采用φ1.0mm球頭銑刀鉆中心孔、φ1.45mm鉆頭鉆孔的方式。

（1）模型及刀路 Master CAM 2018環(huán)境下的刀具路線圖如圖4所示，在加工該零件時傾斜軸A旋轉(zhuǎn)-90°，旋轉(zhuǎn)軸C按圖樣要求分度，從而達(dá)到加工該零件的目的。

（2）加工程序 在完成刀路規(guī)劃及參數(shù)設(shè)定后即可進(jìn)行后置處理操作，在進(jìn)行后置處理時要選擇提前更改好的后置處理文件。圖4所示的刀路圖經(jīng)后置處理后得到程序文件，限于篇幅文中僅列出前三孔與最后一孔的程序?？梢钥闯?，使用經(jīng)過二次開發(fā)的后置處理文件，得到的數(shù)控程序已經(jīng)達(dá)到了不需要做任何修改即可傳輸?shù)綑C(jī)床進(jìn)行使用的目的。通過與DNC系統(tǒng)的結(jié)合，完美實(shí)現(xiàn)了CAM軟件與數(shù)控機(jī)床的無縫連接。

( -------------------------------------------------------------- )

( MACHINE : Fidia HS664RT -CONTROLLER: Fidia NC15 )

( PROG NO:CXXFY-PWC-:0001)

( :0001)

( 3100588-02 REV- )

( -------------------------------------------------------------- )

N100G17 Q1

N110G90

N120G71

N130M242

N140G01 A0. C0. F3000

(T.1|DRILL-1.45 |TOOL DIA.-1.45)

(DRILL-1.45 |TOOL-1|DIA. OFF.-1|LEN.-1|TOOL DIA.-1.45)

N150 M306 T.1

N160 G55 O1

N170 G01 C9. A-90. F3000

圖4 刀具路線圖

N180 G154

N190 S3300 M3

N200 G1 X0. Y-8.128 F3000

N210 Z172.415

N220 G83 X0. Y-8.128 Z139.915 E119.915 R124.915 D1. F70

N230 G80

N240 X0. Y-8.128 Z172.415

N250 G01 C13.5 A-90. F3000

N260 G154

N270 G83 X0. Y-8.128 Z139.915 E119.915 R124.915 D1.

N280 G80

N290 X0. Y-8.128 Z172.415

N300 G01 C18. A-90. F3000

N310 G154

N320 G83 X0. Y-8.128 Z139.915 E119.915 R124.915 D1.

N330 G80

……

N2240 X0. Y-8.128 Z172.415

N2250 G01 C352.286 A-90. F3000

N2260 G154

N2270 G83 X0. Y-8.128 Z139.915 E119.915 R124.915 D1.

N2280 G80

N2290 M5

N2300 M9

N2310 M242

N2320 G1 C0. A0. F3000

N2330 G154

N2340 M02

4. 結(jié)語

Master CAM后置處理開發(fā)所使用的是其公司專用的MP語言，針對該語言及系統(tǒng)函數(shù)、變量的詳細(xì)講解的資料非常少。本文是根據(jù)我公司意大利五軸加工中心HS664RT的使用要求，在Master CAM 2018自帶Fanuc五軸后置處理的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)的過程中得到的一些方法及心得。通過不斷摸索以及嘗試，此次二次開發(fā)達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，滿足了使用上的要求，實(shí)現(xiàn)了CAM軟件與數(shù)控設(shè)備的無縫連接。