基于CAXA制造工程師的后置處理開發(fā)與應(yīng)用

孫茂軍

北京空間機電研究所 北京 100076

1 序言

本文中應(yīng)用的四軸立臥鏜銑床購于2002年，數(shù)控系統(tǒng)為HEIDENHAIN iTNC530，機床型號為D M U125P，主要應(yīng)用于中大型空間相機結(jié)構(gòu)件的精密加工。由于購入年份較早，沒有與之相匹配的臥軸加工程序后置處理功能，主要依賴于HEIDENHAIN iTNC530數(shù)控系統(tǒng)自帶的編程模塊功能手動編程和計算機三軸立軸模式編程，再通過人工替換程序代碼的方式轉(zhuǎn)換為可供臥軸模式識別的程序代碼，這就給機床臥軸編程加工帶來大量的低效率計算過程[1-4]。程序修改步驟如圖1所示。

從圖1中可以看出，每條程序都需要人工修改，大大降低了生產(chǎn)效率，且難以控制修改程序過程中的失誤概率。為提高立臥式四軸數(shù)控機床的應(yīng)用效率，以“高質(zhì)量、高效率、高效益”為目標(biāo)，提高加工、編程效率，減少人工替換程序代碼的繁瑣性操作，避免替換程序代碼過程的不可控因素，本文經(jīng)過對CAXA制造工程師程序后置處理模塊的二次開發(fā)，擴展了CAXA制造工程師程序后置處理功能，開發(fā)出適用于HEIDENHAIN iTNC530數(shù)控系統(tǒng)臥軸加工的后置處理程序代碼，直接輸出免更改的后置處理程序，提高了編程效率和輸出程序的準(zhǔn)確性。

圖1 程序修改步驟

2 后置處理開發(fā)前的程序編制過程

（1）編程坐標(biāo)系的設(shè)定方向 數(shù)控機床坐標(biāo)系采用遵守右手定則的笛卡爾坐標(biāo)系，確定坐標(biāo)系各坐標(biāo)軸時，總是先根據(jù)主軸來確定Z軸，再確定X軸，最后確定Y軸。機床坐標(biāo)系的建立保證了刀具在機床上的正確運動，根據(jù)零件圖樣建立的坐標(biāo)系稱為工件坐標(biāo)系（亦稱編程坐標(biāo)系）。

立軸式和臥軸式加工數(shù)控機床編程坐標(biāo)系與機床的方位關(guān)系分別如圖2、圖3所示。立軸與臥軸兩種加工模式中，機床坐標(biāo)系方向不變，而編程坐標(biāo)系X、Y、Z均不在同一個坐標(biāo)方向，所以機床在兩種坐標(biāo)方式上的運動方向矢量和坐標(biāo)值均不同。

圖2 立軸式編程坐標(biāo)系

圖3 臥軸式編程坐標(biāo)系

（2）程序代碼分析 CAXA制造工程師這款數(shù)控加工編程軟件可以把軟件系統(tǒng)生成的二軸或三軸刀具軌跡轉(zhuǎn)化成為機床能夠識別的G代碼或L代碼指令，再通過軟件提供的數(shù)控系統(tǒng)文件后置處理功能，使生成的代碼指令可以直接輸入到所匹配的數(shù)控機床并用于加工。

但是針對DMU125P四軸立臥鏜銑床，CAXA制造工程師軟件沒有與這臺機床臥式加工匹配的數(shù)控代碼后置處理文件，這就需要編程人員在二軸或三軸編程后置處理的基礎(chǔ)上，通過人工方式修改程序代碼，使之成為機床臥軸加工模式能夠識別的代碼，再運行程序。

以內(nèi)輪廓加工這一簡單的案例來說明DMU125P四軸立臥鏜銑床臥式加工程序的轉(zhuǎn)換過程。圖4中刀具需要對零件內(nèi)部輪廓進行切削，加工軌跡及方向如圖4所示，切削方式為順銑，刀具直徑為10mm，切削深度為10mm。

圖4 沿內(nèi)輪廓加工軌跡

將軌跡線通過CAXA制造工程師內(nèi)部后置處理文件生成三軸立式加工程序，代碼如下。

以上程序為HEIDENHAIN iTNC530數(shù)控系統(tǒng)立軸模式程序代碼，需要在此基礎(chǔ)上進行一系列數(shù)控代碼更改，替換為臥軸模式能夠識別的機床代碼，具體操作步驟如下。

1）依據(jù)圖2、圖3所示，編程坐標(biāo)系X軸分別指向兩個相反方向，需要將X軸的向量坐標(biāo)值替換為相反數(shù)，同時將Y軸坐標(biāo)值與Z軸坐標(biāo)值互換。

2）由于X軸的向量變動，需要判斷是否有圓弧插補指令如C指令、DR+指令、DR-指令、G02指令和G03指令。如有，需要將順時針圓弧插補指令（G02/DR+）與逆時針圓弧插補指令（G03/DR-）互相替換。

3）輸出G代碼整圓插補需用I、J、K方式編程。I_J_K_為圓弧的圓心相對其起點分別在X、Y和Z坐標(biāo)軸上的增量值，相應(yīng)地需要將J和K的坐標(biāo)增量值互換。

4）刀具半徑補償指令可以使數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)簡化編程功能的目的，分別為刀具半徑左補償（RL/G41）和刀具半徑右補償（RR/G42），如程序中用到刀具半徑補償指令需要將刀具半徑左、右補償指令互換。

（3）程序代碼修改結(jié)果 修改后的程序如下。

以上程序是經(jīng)過修改的可供臥式加工使用的程序。經(jīng)過全面分析以上程序代碼的使用功能，總結(jié)了程序修改步驟，對CAXA制造工程師后置處理進行了二次開發(fā)。結(jié)合HEIDENHAIN iTNC530系統(tǒng)設(shè)置特定的數(shù)控代碼、數(shù)控程序格式及參數(shù)，運用臥軸鏜銑床的數(shù)控系統(tǒng)文件，生成配置文件。輸出數(shù)控程序時系統(tǒng)根據(jù)該配置文件生成HEIDENHAIN iTNC530系統(tǒng)臥式加工專用程序。

3 程序后置處理開發(fā)步驟

（1）系統(tǒng)變量索引地址指令代碼的編寫 在軟件后置設(shè)置中依次選擇“軌跡參數(shù)”→“后置處理”→“設(shè)備編輯”，打開“選擇打開后置配置文件”選項卡，通過創(chuàng)建新的數(shù)控系統(tǒng)配置文件來實現(xiàn)開發(fā)應(yīng)用。首先是關(guān)聯(lián)系統(tǒng)變量，在“系統(tǒng)變量”模塊中創(chuàng)建坐標(biāo)分量，如圖5所示。

圖5 創(chuàng)建坐標(biāo)分量示意

與系統(tǒng)變量默認(rèn)關(guān)聯(lián)的指令地址索引分量創(chuàng)建如圖6所示。

圖6 索引分量創(chuàng)建示意

（2）X軸向量坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的創(chuàng)建 通過插入MIRROR IMAGE指令，控制HEIDENHAIN iTNC530系統(tǒng)立式三軸數(shù)控機床編程坐標(biāo)系與臥式四軸編程坐標(biāo)系X軸向量的轉(zhuǎn)換，同時添加坐標(biāo)系偏移模塊指令，來設(shè)定準(zhǔn)備程序使機床回到初始狀態(tài)。

（3）設(shè)置程序運動方式 將圓弧插補指令代碼順時針圓弧指令設(shè)置為“DR-”，逆時針圓弧指令設(shè)置為“DR+”，坐標(biāo)平面圓弧控制方式更改為“絕對坐標(biāo)”運動方式以匹配HEIDENHAIN iTNC530系統(tǒng)臥式加工機床圓弧插補功能，如圖7所示。

圖7 圓弧插補指令代碼設(shè)置

（4）刀具半徑補償代碼設(shè)置 更改刀具半徑補償代碼，將刀具半徑左補償設(shè)置為“RR”，刀具半徑右補償設(shè)置為“RL”，刀具半徑補償取消代碼設(shè)置為“R0”，如圖8所示。

圖8 刀具半徑補償代碼設(shè)置

4 結(jié)束語

以上基于對C A X A制造工程師數(shù)控編程軟件程序后置處理功能的二次開發(fā)，開發(fā)出了專用于HEIDENHAIN iTNC530數(shù)控系統(tǒng)四軸立臥式鏜銑床的程序后置處理功能，解決了機床臥式加工模式與編程軟件后置處理程序不匹配的問題，新創(chuàng)建的程序后置處理功能可以更加高效、準(zhǔn)確地生成臥軸加工代碼，節(jié)省了各個代碼逐個替換的時間，提高了編程速度，縮短了零部件加工生產(chǎn)周期。編程人員只需將計算機編程系統(tǒng)按照當(dāng)前機床類型的匹配要求，把已經(jīng)生成的刀具軌跡轉(zhuǎn)化生成數(shù)據(jù)代碼，即CNC數(shù)控程序，即可直接輸入到機床進行數(shù)控加工，后置處理生成的程序代碼避免了人工修改程序的不可靠因素，能更好地保證輸出代碼的準(zhǔn)確性，保證了機床的加工質(zhì)量。

本文論述的后置處理功能經(jīng)過了加工仿真系統(tǒng)軟件的模擬仿真，并在數(shù)控機床實際加工過程中得到反復(fù)驗證，現(xiàn)已在各項加工任務(wù)中廣泛應(yīng)用。