吳奧嵩

（營口理工學(xué)院 機(jī)械與動力工程系，營口 115014）

五軸加工技術(shù)主要應(yīng)用于復(fù)雜曲面造型和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件加工，如飛機(jī)外殼、發(fā)動機(jī)葉輪、復(fù)雜模具和汽車車身等。該加工技術(shù)的優(yōu)越性在于可以實現(xiàn)一次裝夾后，多個表面連續(xù)加工，加工效率與加工精度得到了很大提高。高質(zhì)量的CAM編程和后置處理器是發(fā)揮五軸加工技術(shù)優(yōu)勢的關(guān)鍵。一般來說，CAM軟件生成的刀軌不能直接用于機(jī)床加工，刀路文件必須轉(zhuǎn)化為NC代碼才能被機(jī)床使用，這個轉(zhuǎn)化過程就是所謂的后處理。

因為不同數(shù)控機(jī)床的硬件參數(shù)和控制系統(tǒng)都不盡相同，所以一般都需要根據(jù)實際情況定制與機(jī)床相符的后處理。Siemens NX作為業(yè)界流行的CAM軟件，提供了后處理器構(gòu)造器程序，它能夠方便地生成各類機(jī)床的后處理。在NX軟件中，后置處理不單是對刀具軌跡的轉(zhuǎn)換，還包含對刀軌運動的智能處理，使得到的NC代碼更加符合機(jī)床要求。本文基于NX11的后處理構(gòu)造器開發(fā)了專用后處理器，可充分發(fā)揮五軸機(jī)床的加工優(yōu)越性。

1 NX后處理開發(fā)流程

1.1 機(jī)床技術(shù)參數(shù)分析

本研究所用的機(jī)床是南京高傳四開數(shù)控裝備制造有限公司出品的SK-5L70100型五軸聯(lián)動高速數(shù)控銑床。該銑床為龍門式結(jié)構(gòu)，通過底部平臺上安裝的數(shù)控控制中心，可傾斜回轉(zhuǎn)工作臺實現(xiàn)五軸聯(lián)動加工。其擺動軸為B軸，回轉(zhuǎn)軸為C軸可連續(xù)旋轉(zhuǎn)。主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 技術(shù)參數(shù)

其數(shù)控系統(tǒng)為SKY2006NA，是具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)控加工系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于PC機(jī)構(gòu)建立，除具有一般高檔數(shù)控系統(tǒng)所具有的功能外，還具有三維刀具補(bǔ)償功能、2500程序段的提前預(yù)處理功能、二維和三維刀具的實時動態(tài)軌跡顯示功能等。

1.2 創(chuàng)建后處理文件

使用NX后處理構(gòu)造器進(jìn)行后置處理器的開發(fā)主要涉及以下幾項：新建后處理的參數(shù)、機(jī)床運動學(xué)參數(shù)、程序和刀軌參數(shù)、NC數(shù)據(jù)定義、輸出設(shè)置。

1.2.1 新建后處理器

根據(jù)機(jī)床情況設(shè)置后處理的參數(shù)，主要包括：后處理名稱、后處理輸出單位選擇毫米、機(jī)床選擇5軸帶雙轉(zhuǎn)臺的銑床、控制器選擇。

1.2.2 機(jī)床運動學(xué)參數(shù)設(shè)置

首先將線性軸行程限制按照機(jī)床實際行程改為：X700、Y1000、Z350。其次在第4軸或第5軸頁面，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)軸配置，設(shè)定第4軸旋轉(zhuǎn)平面為YZ平面，文字引導(dǎo)符為B，第5軸旋轉(zhuǎn)平面為XY平面，文字引導(dǎo)符為C，默認(rèn)公差設(shè)為0.001，最大進(jìn)給率設(shè)為10000。然后在機(jī)床參數(shù)第4軸頁面，將軸限制設(shè)為-110～0。在機(jī)床參數(shù)第5軸頁面，將第4軸中心到第5軸中心的Z偏置（即擺長）設(shè)為70，軸限制設(shè)為0～359.999。

1.2.3 程序和刀軌參數(shù)的設(shè)置

由于SKY2006NA系統(tǒng)符合標(biāo)準(zhǔn)指令控制，多數(shù)參數(shù)無需修改，只需修改個別參數(shù)即可滿足使用要求。首先在程序和刀軌的“程序”頁面，將“程序起始序列”中程序開始內(nèi)的代碼都刪除，僅保留第一行，再加入一行“M3 S”。SKY系統(tǒng)在程序需要保證主軸工作時正轉(zhuǎn)。因此，應(yīng)注意修改字的順序，系統(tǒng)要求“M3”在“S”之前，并將“工序起始序列”中的“自動換刀”內(nèi)的代碼都刪除，僅保留“T M6”。

本文研究的五軸聯(lián)動銑床沒有自動換刀功能，故刪除。在“刀徑”下的“運動”頁面，根據(jù)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的要求設(shè)置“線性移動”為G17 G41 D1 G1 G90 X Y Z B C F M3 S M8，“圓周移動”為G41 G2 G90 X Y Z I J K F S，“快速移動”為G0 G90 G rap1 rap2 rap3 B C M3 S。然后將“程序結(jié)束序列”下程序結(jié)束中的最后一行刪除，在“M2”前加入一行“M5 M9”。這樣可以保證程序運行結(jié)束后自動關(guān)閉主軸和冷卻。

1.2.4 NC數(shù)據(jù)定義

該功能可以實現(xiàn)自定義指令和編輯、修改原有的指令，方便用戶進(jìn)行后處理的二次開發(fā)。靈活運用TCL編程，可以實現(xiàn)在NC程序中輸出加工時間、所用刀具的信息、刀軌名稱、后處理名稱、零件名以及代碼長度等。

1.2.5 輸出設(shè)置項

SKY系統(tǒng)默認(rèn)讀取的加工程序后綴名為“NC”。將“N/C輸出文件擴(kuò)展名”改為“NC”。設(shè)定好所有參數(shù)后，保存后處理。

2 驗證后處理

為了保證后處理的正確性，需要進(jìn)行加工驗證。首先用NX生成NC代碼，在實際加工前用VERICUT進(jìn)行仿真驗證，防止因NC代碼錯誤導(dǎo)致事故發(fā)生。如果在VERICUT仿真加工中出現(xiàn)干涉、碰撞及超程等錯誤現(xiàn)象，軟件會給出相關(guān)錯誤的提示。排除錯誤后重新進(jìn)行仿真加工。從仿真結(jié)果來看，沒有出現(xiàn)錯誤，說明后處理的NC代碼沒有問題。將NC代碼傳輸?shù)綑C(jī)床進(jìn)行實際加工，筆者驗證了后處理的正確性。加工后的零件如圖1所示。

圖1 加工后的零件

3 結(jié)語

由CAM軟件生成的刀軌文件必須經(jīng)過后處理才能生成機(jī)床控制系統(tǒng)認(rèn)可的NC程序。而不同數(shù)控機(jī)床的硬件參數(shù)和控制系統(tǒng)都不盡相同，須通過NX后處理構(gòu)造器來創(chuàng)建合適的后處理。以SK-5L70100五軸聯(lián)動銑床為例，本文闡述了SKY系統(tǒng)雙轉(zhuǎn)臺五軸后處理開發(fā)過程，進(jìn)行了NC程序驗證，證明了該后處理的正確性，同時為其他五軸數(shù)控機(jī)床后處理開發(fā)提供一定的借鑒。