陸龍福，付天翼

（1.黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 黃岡 438002；2.黃岡技師學(xué)院，湖北 黃岡 438000）

1 基于NX平臺(tái)的后置處理（PostBuilder）研究

NX/PostBuilder一般有兩種方法，一種是根據(jù)NX/CAM系統(tǒng)生成的刀路軌跡產(chǎn)生刀位數(shù)據(jù)源文件（CLS），然后利用CLS進(jìn)行后置處理的創(chuàng)建；另一種是直接利用NX/PostBuilder進(jìn)行后置處理的創(chuàng)建。前一種方法只能對(duì)當(dāng)前所生成的刀軌進(jìn)行后處理，后一種方法由于與CLS無(wú)關(guān)，所以適用于所有還未生成CLS文件的操作程序。本文將采用第二種方法對(duì)NX/PostBuilder進(jìn)行研究與創(chuàng)建。

NX/PostBuilder是NX系統(tǒng)自帶的工具，用戶可結(jié)合現(xiàn)有的機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)，以及機(jī)床的類型、特性等，建立相應(yīng)的事件處理和事件定義文件，即后處理文件。

1.1 NX/Post的結(jié)構(gòu)

NX/Post的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。NX后處理過(guò)程為：首先NX Post接收Event Generator提取的NX刀具位置源程序數(shù)據(jù)（事件名稱、變量等）；然后再根據(jù)事件處理器（Event Handler.tcl）文件所規(guī)定的事件進(jìn)行處理；最后根據(jù)定義文件（Definition File.def）所規(guī)定的機(jī)床格式，處理輸出機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)所識(shí)別的NC代碼。

由圖1可知，后置處理器構(gòu)成文件主要與Event Handler.tcl和Definition File.def有關(guān)，通過(guò)PostBuilder創(chuàng)建后生成的Event Handler.tcl文件和Definition File.def文件將控制機(jī)床系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，所以NX/PostBuilder的核心內(nèi)容就是對(duì)Event Handler.tcl和Definition File.def這兩個(gè)文件進(jìn)行定義和創(chuàng)建。

1.2 NX/PostBuilder創(chuàng)建流程

圖2為NX Post Builder創(chuàng)建流程。首先PostBuilder根據(jù)數(shù)控機(jī)床類型、特性（如三軸立式、四軸臥式等）和控制系統(tǒng)等信息數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)事件的處理（如程序頭處理、程序尾處理、G代碼處理、M代碼處理和機(jī)床控制軸處理等）；處理后生成的Event Handler.tcl和Definition File.def通過(guò)相應(yīng)的測(cè)試驗(yàn)證NC代碼是否正確（如可通過(guò)vericut仿真軟件驗(yàn)證），如果正確，將直接用于處理生成相關(guān)機(jī)床類型識(shí)別的NC代碼；否則將再次對(duì)PostBuilder.pui文件進(jìn)行修改校正，直至正確。

圖1 NX/Post的結(jié)構(gòu)示意圖

對(duì)于某些特殊的機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)NX PostBuilder中不包含的功能，只需要單獨(dú)對(duì)生成的Event Handler.tcl和Definition File.def這兩文件修改符合特殊機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的格式，最后再進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試與驗(yàn)證即可。

2 華中數(shù)控818系統(tǒng)四軸數(shù)控機(jī)床后處理程序運(yùn)動(dòng)求解的研究

2.1 運(yùn)動(dòng)求解理論推導(dǎo)

圖3為華中數(shù)控818系統(tǒng)四軸坐標(biāo)系運(yùn)動(dòng)分解圖。其 中，坐 標(biāo) 系OmXmYmZm、OwXwYwZw和OtXtYtZt分別代表與固定軸、工件和刀具固聯(lián)的坐標(biāo)系。為了實(shí)現(xiàn)刀位數(shù)據(jù)和各軸運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，需將代表刀位數(shù)據(jù)的OtXtYtZt和工件運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的OwXwYwZw進(jìn)行運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換，可分解為OwXwYwZw相對(duì)于OmXmYmZm的轉(zhuǎn)動(dòng)和OtXtYtZt相對(duì)于OmXmYmZm的平動(dòng)兩個(gè)運(yùn)動(dòng)。

圖2 NX Post Builder創(chuàng)建流程圖

圖3 華中數(shù)控機(jī)床四軸坐標(biāo)系運(yùn)動(dòng)分解圖

起始位置設(shè)置如下：Om在OtXtYtZt的刀位點(diǎn)矢量為［000］T、刀軸矢量為［0 0 1］T，Om在OwXwYwZw的位置矢量為rm（mx，my，mz）；機(jī)床平動(dòng)軸起始位置為rs（sx，sy，sz），轉(zhuǎn)動(dòng)軸起始位置為 φA、φC；工件坐標(biāo)系刀軸方向和刀位點(diǎn)矢量分別為rh（hx，hy，hz）和ru（ux，uy，uz）。則由坐標(biāo)系變換可推導(dǎo)出：

其中：T（rm）為位置矢量rm移動(dòng)矢量變換矩陣；T（rs）為位置矢量rs移動(dòng)矢量變換矩陣；T（rs－rm）為位置矢量rm至位置矢量rs的移動(dòng)變換矩陣；RZ（－φC）為第四軸為Y軸時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)變換矩陣；RX（－φA）為第四軸為X軸時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)變換矩陣。將T（rm）＝

式（3）和式（4）即為機(jī)床的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。根據(jù)式（3）和式（4）可推導(dǎo)出機(jī)床坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)位移的計(jì)算結(jié)果：

由式（5）～式（9）可知，由于kA＝1，－1，因此φA不是唯一值，可以通過(guò)回轉(zhuǎn)軸A′行程范圍加以確定其唯一值，由sinφC＝ux/sinφA和cosφC＝uy/sinφA可得φC/φA是唯一對(duì)應(yīng)的。

后置處理可以通過(guò)先提取CLS數(shù)據(jù)和ux、uy、uz、hx、hy、hz坐標(biāo)值，再計(jì)算機(jī)床的轉(zhuǎn)動(dòng)角 φA/φC、3個(gè)平動(dòng)軸sx、sy和sz，最后組合成聯(lián)動(dòng)四軸坐標(biāo)值輸出。

2.2 機(jī)床運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證及誤差補(bǔ)償

由于機(jī)床受制造、裝配誤差、環(huán)境等各種因素的影響，在機(jī)床實(shí)際運(yùn)動(dòng)中或多或少會(huì)存在一定的誤差。

首先進(jìn)行移動(dòng)行程距離驗(yàn)證，設(shè)機(jī)床刀具從任一點(diǎn)M（xm，ym，zm）移動(dòng)到另一點(diǎn)N（xn，yn，zn），由式（7）、式（8）、式（9）計(jì)算機(jī)床移動(dòng)距離，對(duì)驗(yàn)證理想狀態(tài)下的機(jī)床移動(dòng)距離與實(shí)際機(jī)床移動(dòng)進(jìn)行比較；然后再設(shè)機(jī)床刀具從任一點(diǎn)M（xm，ym，zm）移動(dòng)到另一點(diǎn)N（xn，yn，zn）時(shí)，A軸正轉(zhuǎn)A°1，反轉(zhuǎn)－A°2，由式（5）、式（6）計(jì)算機(jī)床轉(zhuǎn)動(dòng)角度，對(duì)驗(yàn)證理想狀態(tài)下的機(jī)床轉(zhuǎn)動(dòng)角度與實(shí)際機(jī)床轉(zhuǎn)動(dòng)角度進(jìn)行比較；最后將理想狀態(tài)下機(jī)床運(yùn)動(dòng)與實(shí)際機(jī)床運(yùn)動(dòng)存在的誤差求差值，并以此補(bǔ)償機(jī)床實(shí)際運(yùn)動(dòng)的誤差造成的影響，通過(guò)誤差補(bǔ)償，更有效地提高了機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精度。

3 小結(jié)

本文主要介紹基于NX/PostBuilder四軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床后處理文件的研究與創(chuàng)建，通過(guò)對(duì)NX/PostBuilder后處理文件的構(gòu)成要素、創(chuàng)建流程以及創(chuàng)建方法等展開(kāi)研究。為了更好地將刀具位置源文件數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為機(jī)床各坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，以典型華中數(shù)控軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床為例進(jìn)行機(jī)床各軸坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)求解。

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