五轴加工中心后处理程序开发
为充分发挥MCV850-5（海德汉iTNC530系统）双转台式五轴联动加工中心机床的多轴加工优势，研究应用UG NX后处理构造器，结合TCL语言定制五轴机床专用后处理程序的步骤和方法，解决了五轴加工中心后处理程序定制开发的关键技术，使用结果表明定制开发的后处理程序能够满足多轴加工要求。
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序 言
五轴机床的结构复杂，种类繁多，且未能实现标准化，导致五轴机床后置处理器的通用性很差。即使是相同类型的五轴机床，由于机床结构件的设计及装配差异，其后置处理器也不能直接通用。由于五轴机床存在着多样性、互换性差的特点，对于终端用户来讲，最好是针对具体的机床定制开发合适的后置处理文件。一般可以利用CAD/CAM软件提供的通用后置处理模块，例如UG软件的后处理构造器模块、PowerMILL软件的PM Post模块、CimatronE软件的IMS Post模块等，结合机床的结构特点和数控系统的控制原理，进行后处理文件的定制开发。开发时可以参考同类机床后置处理文件的制作原理和参数，进行必要的修改、优化，得到需要的后置处理程序。
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NX后处理构造器简介及机床主要参数
NX后处理构造器（NX/Post Builder）是UG软件提供的一个非常方便的创建和修改后处理的工具，用户可以通过NX后处理构造器图形界面的交互方式来灵活定义建立NC程序的格式和输出内容，以及程序头尾、换刀、循环等每一个事件的处理方式。
采用NX后处理构造器定制后处理文件的一般过程如图1所示。
德西数控MCV850-5五轴加工中心（见图2）采用三个直线轴与数控回转台的形式，属于双转台结构，具有RTCP（刀尖点跟随）功能。数控系统：海德汉iTNC530；工作行程：X轴700mm，Y轴460mm，Z轴465mm，A轴行程﹣25°～＋110°，C轴转角﹣360°～＋360°；连续工作台面600mm×600mm；主轴转速100～10000r/min；功率10kW。工作台A轴和C轴的实际转动方向如图3所示。
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定制机床五轴后处理文件
3.1 选择后置模板，设置基本参数
1）启动NX后处理构造器程序，新建后置文件，文件名为“MCV850_5”。
2）选择后置模板：设置“后处理输出单位”为“毫米”，“机床”为“铣床”，“控制器”从库里选择“heidenhain_conversational_Advanced”，然后进入用户编辑界面。
3）设置机床的极限参数。
3.2 后置程序开发关键技术
（1）判断加工方式 应用TCL语言结合相关变量，判断加工方式是五轴联动加工还是3+2定向加工。西门子公司在NX后处理构造器的模板库中提供了相应的判断语句，如该机床采用的海德汉iTNC530系统，模板库中提供了“DPP_GE_DETECT_5AXIS_TOOL_PATHTCL”判断语句和“dpp_ge(toolpath_axis_num)”变量，可以在此基础上修改。
使用TCL语言建立加工方式的判断语句“PB_CMD_detect_tool_path_type”，具体内容如下。
global mom_ude_5axis_tool_path
global dpp_ge
DPP_GE_SAVE_KINEMATICS
if {[DPP_GE_DETECT_5AXIS_TOOL_PATH]} {
set dpp_ge(toolpath_axis_num)”5″
} else {
set dpp_ge(toolpath_axis_num)”3″
}
if {[info exists mom_ude_5axis_tool_path]&& $mom_ude_5axis_tool_path == “YES”} {
setdpp_ge(toolpath_axis_num) “5”
} elseif {[info existsmom_ude_5axis_tool_path] && $mom_ude_5axis_tool_path == “NO”}{
setdpp_ge(toolpath_axis_num) “3”
}
该判断语句中的“DPP_GE_DETECT_5AXIS_TOOL_PATH”为系统内置加工方式判断命令，根据该命令的返回值输出结果给变量“dpp_ge(toolpath_axis_num)”赋值。
（2）五轴联动加工 海德汉iTNC530采用M128指令启动刀尖点跟随功能，实现五轴联动，采用M129指令取消刀尖点跟随功能。一般来讲，五轴联动加工时应该在换刀前用M129指令使各回转轴复位，换刀后执行M128。
直接调用该后置模板中块命令“output_M128”，并使用TCL语言添加执行条件“PB_CMD_check_block_output_m128”。执行条件内容如下。
if {$dpp_ge(toolpath_axis_num)==”5″ } {
MOM_force Once fourth_axis fifth_axis
VMOV 3 mom_mcs_goto mom_pos
VMOV 3 mom_prev_mcs_goto mom_prev_pos
VMOV 3 mom_arc_centermom_pos_arc_center
set mom_kin_arc_output_mode”LINEAR”
set mom_kin_helical_arc_output_mode”LINEAR”
MOM_reload_kinematics
return 1
} else {
return 0
}
当“dpp_ge(toolpath_axis_num)”结果为5时，执行M128指令，实现五轴联动加工。
（3）3+2定向加工 海德汉iTNC530系统采用PLANE功能或CYCLE 19循环实现3+2加工。具体格式如下。
CYCL DEF 7.0
CYCL DEF 7.1 X
CYCL DEF 7.2 Y
CYCL DEF 7.3 Z; 定义旋转中心
PLANE SPATIAL SPA SPB SPC TRUN FMAX 或
CYLE DEF 19.1 SPA SPB SPC L Q120 Q121Q122 FMAX
其中“SPA SPB SPC”用于定义旋转角度，海德汉系统旋转顺序为Z→Y→X。
调用的后置模板中已经内置了3+2定向加工方式需要的相关计算的变量，通过“DPP_GE_COOR_ROT [ang_mode rot_angle offset_pos]”“DPP_GE_COOR_ROT_LOCAL”“DPP_GE_COOR_ROT_AUTO3D”和“DPP_GE_CALCULATE_COOR_ROT_ANGLE”，将该机床3+2定向加工时的旋转顺序赋值给“ang_mode”，计算出旋转中心的偏移值“offset_pos”和旋转角度“rot_angle”供海德汉系统的坐标变换指令（循环7、循环19或PLANE SPATIAL）使用。
调用块命令“plane_spatial”，并添加执行条件“PB_CMD_check_block_plane_spatial”，具体内容如下。
if { $dpp_ge(toolpath_axis_num)==”5″} {
return 0
}
if {[EQ_is_lt $mom_out_angle_pos(0)0]} {
set seq “SEQ-”
} else {
set seq “SEQ+”
}
if { $dpp_ge(coord_rot) !=”NONE” } {
MOM_do_templaterapid_rotary CREATE
MOM_disable_addressfourth_axis fifth_axis
MOM_force Once X Y Z
return 1
} else {
return 0
}
当“dpp_ge(toolpath_axis_num)”结果不为5时，执行“plane_spatial”指令，实现3+2定向加工。
（4）Cycle32循环功能 海德汉iTNC530数控系统提供的CYCLE32循环功能，可以通过定义轮廓公差、加工模式以及旋转轴公差等循环参数，影响加工过程中有关加工速度、精度和表面质量指标。定制后处理程序时可以根据不同的加工要求，选择不同的加工策略，从而在保证加工精度的基础上提高加工效率。具体实现方法是根据CAM系统的编程公差确定CYCLE32循环的公差值T、HSC模式和旋转轴公差TA等参数。
调用Cycle32循环命令（设定公差），具体内容如下。
global mom_inside_outside_tolerances
global mom_operation_type
global tol_temp tol_a intol outtol tol
global dpp_ge
global hsc
if {[DPP_GE_DETECT_HOLE_CUTTING_OPERATION]} {
return
}
if {[info exists mom_inside_outside_tolerances]} {
set intol [format “%.4f”$mom_inside_outside_tolerances(0)]
set outtol [format”%.4f” $mom_inside_outside_tolerances(1)]
set tol [expr $intol + $outtol]
set tol [format “%.3f”$tol]
set tol_a [expr $tol * 10]
set tol_a [format “%.2f”$tol_a]
if {$tol>0.05} {
set hsc “HSC-MODE:1”
} else {
set hsc “HSC-MODE:0”
}
MOM_output_literal “CYCL DEF32.0 TOLERANCE”
MOM_output_literal “CYCL DEF32.1 T$tol”
if { $dpp_ge(toolpath_axis_num)==”5″ } {
MOM_output_literal “CYCL DEF32.2 $hsc TA$tol_a”
} else {
MOM_output_literal “CYCL DEF32.2 $hsc”
}
}
该段语句根据CAM软件设定的加工公差将公差值T、HSC模式和旋转轴公差TA等参数输出给循环32命令，在保证加工要求的基础上，大幅提高加工效率。
最后设定程序起始序列、程序结束序列，工序起始序列、工序结束序列，修改其它相关格式，添加到后处理模板。
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后处理程序验证
采用UG NX多轴加工模块，对图4所示叶轮零件进行编程，产生刀具轨迹。
刀轨生成后选择已经编写好的后置处理文件（MCV850_5），生成NC程序，叶轮零件加工程序（部分）如下。
1 BEGIN PGM TURBOMACHINERY MM
2 BLK FORM 0.1 Z X+0.0 Y+0.0 Z-20.
3 BLK FORM 0.2 X100. Y100. Z+0.0
4 FN 0: Q501=-490. ; X HOME POSITION
5 FN 0: Q502=-1. ; Y HOME POSITION
6 FN 0: Q503=-1. ; Z HOME POSITION
7 CYCL DEF 247 DATUM SETTING~
Q339=1 ;DATUM NUMBER
………………
18 * – OPERATION: MULTI_BLADE_ROUGH -TOOL: T1 BALL_MILL_7
19 CYCL DEF 32.0 TOLERANCE
20 CYCL DEF 32.1 T0.160
21 CYCL DEF 32.2 HSC-MODE:1 TA1.60
22 PLANE RESET STAY
23 M5
24 L M140 MB MAX
25 L ZQ503 R0 FMAX M91
26 L XQ501 YQ502 R0 FMAX M91
27 L A+0.0 C+0.0 FMAX
28 TOOL CALL 1 Z S0
29 M3 M8
30 CALL LBL 170
31 TOOL DEF 2
32 CYCL DEF 7.0
33 CYCL DEF 7.1 X-0.000
34 CYCL DEF 7.2 Y-225.000
35 CYCL DEF 7.3 Z-390.000
36 L M126
37 L A53.642 C26.097 FMAX
38 L M128 F1000.
39 L X54.789 Y-90.252 Z88.983 A53.642C26.097 FMAX M3
………………
55732 M30
55733 END PGM TURBOMACHINERY MM
先后应用VERICUT软件和实际MCV850-5机床对程序进行切削验证，结果表明，加工程序满足实际生产要求。
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结束语
应用UG NX软件的后处理构造器，结合TCL语言定制开发了德西数控MCV850-5（海德汉iTNC530系统）双转台式五轴联动加工中心的后置处理程序，开发过程中按照收集机床参数→分析确定后置程序开发要求→选择后置模板→修改调试等步骤，重点针对五轴后处理的制作开发关键技术，反复修改验证调试，并且通过VERICUT软件和实际机床进行验证。结果表明，开发的后置处理程序可以很好地实现3+2定向加工和五轴联动加工，满足实际加工需要。本文开发的后置处理程序适用于海德汉iTNC530系统的双转台五轴联动机床，对其他类型五轴加工中心的后处理程序开发也具有指导意义。
