Cimatron多軸數(shù)控編程及其后置處理工具開(kāi)發(fā)的探究

謝波

（廣東理工職業(yè)學(xué)院，廣東廣州510091）

Cimatron多軸數(shù)控編程及其后置處理工具開(kāi)發(fā)的探究

謝波

（廣東理工職業(yè)學(xué)院，廣東廣州510091）

針對(duì)Cimatron軟件CAM系統(tǒng)中的多軸數(shù)控編程進(jìn)行了分析和研究。分析了Cimatron CAM系統(tǒng)的功能和編程流程，研究了Cimatron CAM系統(tǒng)多軸數(shù)控編程的后置處理，以及利用其后置處理工具進(jìn)行開(kāi)發(fā)的流程、方法以及編程方式，并在生產(chǎn)實(shí)踐中經(jīng)過(guò)多次探索，針對(duì)特定型號(hào)的多軸數(shù)控機(jī)床開(kāi)發(fā)出其相應(yīng)的后置處理器，實(shí)現(xiàn)了五邊形螺桿的多軸數(shù)控編程及加工。

Cimatron；多軸數(shù)控編程；后置處理；五邊形螺桿

多軸數(shù)控技術(shù)能對(duì)刀具和工件位置實(shí)現(xiàn)任意的控制，一般可以解決任何復(fù)雜曲面零件的加工問(wèn)題，相對(duì)三軸數(shù)控技術(shù)而言有著不可比擬的優(yōu)勢(shì)。

多軸數(shù)控技術(shù)一般是指四軸或者五軸數(shù)控加工技術(shù)，它是通過(guò)在三軸數(shù)控技術(shù)的基礎(chǔ)上增加回轉(zhuǎn)臺(tái)或者擺頭來(lái)實(shí)現(xiàn)[1，3]。多軸數(shù)控技術(shù)的刀具軸線一般是變化的。刀軸矢量的變化由回轉(zhuǎn)臺(tái)或者擺頭來(lái)實(shí)現(xiàn)。所以，在多軸數(shù)控加工的過(guò)程中，往往需要經(jīng)過(guò)多次坐標(biāo)的變換和復(fù)雜的空間幾何運(yùn)算。同時(shí)，由于多軸數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)的多樣性，使得某一種多軸數(shù)控機(jī)床的NC代碼不能適用于所有類型的多軸數(shù)控機(jī)床。

本文將探討Cimatron CAM系統(tǒng)的功能、編程流程和多軸數(shù)控編程的后置處理，以及如何利用Cimatron的后置處理工具針對(duì)特定多軸數(shù)控機(jī)床進(jìn)行后置處理開(kāi)發(fā)，從而獲得特定的后置處理器，最終實(shí)現(xiàn)Cimatron的多軸數(shù)控編程，并以五邊形螺桿為實(shí)例進(jìn)行多軸數(shù)控編程及加工。

1 Cimatron CAM系統(tǒng)的功能和編程流程

由以色列Cimatron軟件公司所開(kāi)發(fā)的Cimatron CAD/CAM系統(tǒng)，在進(jìn)行多軸數(shù)控編程方面，相對(duì)于其它系統(tǒng)具有非常好的靈活性，當(dāng)前被廣泛地應(yīng)用于中小企業(yè)中。

Cimatron CAM系統(tǒng)可以完成幾乎所有類型的數(shù)控編程。Cimatron CAM系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控編程時(shí)，不管是多軸數(shù)控編程還是非多軸數(shù)控編程，它們的流程基本上都一樣，如圖1所示。

圖1 Cimarton CAM數(shù)控編程流程

前置處理：從調(diào)入模型到刀軌編輯，得到的還只是由刀位軌跡所生成的相對(duì)于工件坐標(biāo)系的刀位文件，而不是數(shù)控程序[2]。通常把前面的這些過(guò)程統(tǒng)稱為前置處理。

后置處理：得到刀位文件后，只有將刀位文件轉(zhuǎn)換成指定數(shù)控機(jī)床能執(zhí)行的數(shù)控程序，并通過(guò)通信的方式輸入數(shù)控機(jī)床后，才能進(jìn)行零件的數(shù)控加工。從刀位文件轉(zhuǎn)換成數(shù)控程序的過(guò)程就是后置處理[3]。

2 Cimatron多軸數(shù)控編程的后置處理

對(duì)于多軸數(shù)控加工而言，刀位文件主要包括刀位點(diǎn)坐標(biāo)和刀軸矢量。在后置處理中，需要將他們轉(zhuǎn)換成特定機(jī)床的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)[1]。而不同類型的多軸數(shù)控機(jī)床，其運(yùn)動(dòng)關(guān)系是不同的，所以轉(zhuǎn)換算法也是不同的。多軸數(shù)控編程的后置處理就是要針對(duì)特定的數(shù)控機(jī)床，通過(guò)特定的轉(zhuǎn)換算法，對(duì)刀位文件進(jìn)行逐個(gè)解釋和執(zhí)行，從而最終獲得正確的數(shù)控代碼。如圖2所示。

圖2 后置處理流程

由于在多軸數(shù)控加工中，不同機(jī)床的配置和要求不同，不同數(shù)控系統(tǒng)的規(guī)則和功能也不同。并增加了轉(zhuǎn)動(dòng)軸，不同多軸數(shù)控機(jī)床之間的轉(zhuǎn)動(dòng)軸形式有較大的差異。所以，根據(jù)具體多軸數(shù)控機(jī)床各軸之間的相互運(yùn)動(dòng)關(guān)系以及其它機(jī)床特性，在進(jìn)行后置處理時(shí)所生成的NC代碼并不能適用于所有類型的多軸數(shù)控機(jī)床。

3 Cimatron后置處理工具的開(kāi)發(fā)

Cimatron系統(tǒng)附帶了一個(gè)后置處理器開(kāi)發(fā)工具GPP2.GPP2提供一套完整的語(yǔ)法規(guī)則，通過(guò)編寫(xiě)相應(yīng)程序，GPP2能夠編譯生成任何數(shù)控機(jī)床的后置處理器。

GPP2的內(nèi)部程序主要實(shí)現(xiàn)如下幾方面的具體功能：（1）機(jī)床定義；（2）算法處理；（3）文件輸出。

GPP2主要由df2和ex2兩部分組成。df2是一個(gè)對(duì)話框文件，可以在對(duì)話框中進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)的設(shè)置。ex2是一個(gè)程序編譯器，是GPP2中的核心部分，它可以通過(guò)編譯相關(guān)程序得到dx2文件。

GPP2的運(yùn)行流程，如圖3所示。

圖3 GPP2的運(yùn)行流程

通過(guò)ex2編譯最終得到的dx2文件就是針對(duì)特定機(jī)床運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的、符合用戶需要的后置處理器。ex2內(nèi)部主要模塊和結(jié)構(gòu)，如圖4所示。下面主要介紹幾個(gè)其最基礎(chǔ)的語(yǔ)法定義。

圖4 ex2的模塊和結(jié)構(gòu)

Declaration：主要對(duì)后置處理器做一些基礎(chǔ)的說(shuō)明，包括名稱、保護(hù)、格式、界面以及模型等。

NEW_LINE_IS：數(shù)控代碼的起始說(shuō)明。

BEGINNING OF PROC到END OF PROC：主要包括換刀、直線運(yùn)動(dòng)、圓弧運(yùn)動(dòng)、子程序、連刀等。

Machine Definition：是指旋轉(zhuǎn)軸的定義和機(jī)床結(jié)構(gòu)定義。旋轉(zhuǎn)軸的定義包括兩個(gè)部分：基本定義和特性參數(shù)定義。

基本定義主要是指第四軸和第五軸的定義。第四軸的定義：用“M5_A_LETTER”來(lái)表示。第四軸通常是機(jī)床直接驅(qū)動(dòng)軸，可以繞機(jī)床X、Y、Z中的任意一軸旋轉(zhuǎn)。第五軸的定義：用“M5_B_LETTER”來(lái)表示。第五軸是在第四軸的基礎(chǔ)上被驅(qū)動(dòng)，既可以是回轉(zhuǎn)臺(tái)或者擺頭，也可以繞機(jī)床X、Y、Z中的任意一軸旋轉(zhuǎn)。

特性參數(shù)定義：主要包括軸的限位、軸是否無(wú)限制周期旋轉(zhuǎn)、軸是否通過(guò)軟件來(lái)重置。分別用變量M5_A_MIN_ANG M5_A_MAX_ANG=（Num Value）、M5_A_CYCLIC=（TRUE_/FALSE_）、M5_A_RESETA BLE=（TRUE_/FALSE_）來(lái)定義。其中，軸是否通過(guò)軟件來(lái)重置的重置值由M5_A_RESET_FROM M5_A_RESET_TO=（Num Value）來(lái)定義。

機(jī)床結(jié)構(gòu)的定義主要包括三部分：類型、旋轉(zhuǎn)軸、旋轉(zhuǎn)軸方向。

多軸數(shù)控機(jī)床的常用結(jié)構(gòu)有：雙轉(zhuǎn)臺(tái)型、雙擺頭型、擺頭及轉(zhuǎn)臺(tái)型。這三種結(jié)構(gòu)分別用“TABLE_TA BLE”、“HAND_HAND”，和“TABLE_HAND”表示。

旋轉(zhuǎn)軸和旋轉(zhuǎn)軸方向分別通過(guò)AX5_PX、AX5_MX，AX5_PY、AX5_MY，AX5_PZ、X5_MZ來(lái)定義。以上分別表示繞著X軸的正方向和負(fù)方向旋轉(zhuǎn)，繞著Y軸的正方向和負(fù)方向旋轉(zhuǎn)，繞著Z軸的正方向和負(fù)方向旋轉(zhuǎn)。五軸數(shù)控機(jī)床需要分別定義兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸以及旋轉(zhuǎn)軸方向，如“AX5_PX AX5_PZ”，前邊軸為第四軸，后邊軸為第五軸。如果是四軸數(shù)控機(jī)床，則通過(guò)用“AX5_NONE”來(lái)定義第五軸，從而使第五軸無(wú)效的方式實(shí)現(xiàn)四軸數(shù)控機(jī)床的定義。

4 五邊形螺桿的多軸數(shù)控編程及加工

利用Cimatron CAD系統(tǒng)對(duì)五邊形螺桿進(jìn)行三維建模，并使用GPP2后置處理工具針對(duì)五軸雙轉(zhuǎn)臺(tái)數(shù)控機(jī)床（如圖5所示）開(kāi)發(fā)出其相應(yīng)的后置處理器，實(shí)現(xiàn)了五邊形螺桿的多軸數(shù)控編程及加工，如圖6所示。

圖5 五軸雙轉(zhuǎn)臺(tái)數(shù)控機(jī)床幾何模型

五邊形螺桿

圖6五邊形螺桿多軸加工實(shí)物圖

5 結(jié)束語(yǔ)

多軸數(shù)控編程的后置處理需要將前置處理的刀位文件轉(zhuǎn)換成機(jī)床的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)。而不同多軸數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)關(guān)系不同，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換算法不一致。為了實(shí)現(xiàn)特定多軸數(shù)控機(jī)床的數(shù)控編程，需要特定的后置處理方式。本文基于Cimatron CAM系統(tǒng)，分析了它的數(shù)控編程功能和編程流程。研究了Cimatron CAM系統(tǒng)多軸數(shù)控編程的后置處理過(guò)程，和其后置處理工具GPP2的開(kāi)發(fā)流程、方法以及編程方式，并針對(duì)五軸雙轉(zhuǎn)臺(tái)數(shù)控機(jī)床開(kāi)發(fā)出其相應(yīng)的后置處理器，實(shí)現(xiàn)了五邊形螺桿的多軸數(shù)控編程及加工。

[1]劉日良，張承瑞，宋現(xiàn)春，等.5軸數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系統(tǒng)的一個(gè)特例及其后置處理方法[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程，2002（3）：61-62.

[2]雷大江，周茂書(shū)．五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工后置處理器的定制[J]．中國(guó)工程物理研究院科技年報(bào)，2004（1）：126-127.

[3]劉雄偉．?dāng)?shù)控加工理論與編程技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

Research on the Development of Cimatron Multi Axis NC Programming and Post Processing Tools

XIE Bo
（Guangdong Polytechnic Institute，Guangzhou Guangdong 510091，China）

The multi axis NC programming in cimatron software CAM system is analyzed and studied.Analysis of the function and the programming process of cimatron CAM system，cimatron CAM on the post processing system for multi axis NC programming，and the process and methods for the development and utilization of the post processing tools and programming methods,and in the production practice after repeated exploration，according to the specific model of multi axis NC machine tool developed by the post processor the Pentagon screw，multi axis NC programming and machining.

cimatron；NC programming；post processing；pentagon screw

TG659

：A

：1672-545X（2017）01-0236-03

2016-10-16

謝波（1985-），男，湖南長(zhǎng)沙人，講師，碩士研究生（工學(xué)），研究方向：多軸數(shù)控編程。