1 引言

　　數控編程后置處理程序開發，是將CAM軟件生成的刀位軌跡轉化為適合數控系統加工的NC程序，通過讀取刀位文件，根據機床運動結構及控制指令格式，進行坐標運動變換和指令格式轉換。它包含機床坐標運動變換、非線性運動誤差校驗、進給速度校驗、數控程序格式變換及數控程序輸出等方面的內容。只有采用正確的后置處理系統才能將刀位軌跡輸出為相應數控系統機床能正確進行加工的數控程序，因此編制正確的后置處理程序是數控編程與加工的前提條件之一。后處理程序的開發可大量節省數控程序編制時間，減少數控程序的錯誤，在提高數控程序的編制效率和程序質量的同時，提高產品的生產效率和產品質量。

2 UGNX/PostBuilder后處理模式

　　2.1 UGNX/PostBuilder后處理開發基礎

　　UGⅡ/Post Execute和UGⅡ/Post Builder共同組成了UGⅡ加工模塊的后置處理。UGⅡ的加工后置處理模塊使用戶可方便地建立自己的加工后置處理程序，該模塊適用于目前世界上幾乎所有主流數控加工中心機床系統，該模塊在多年的應用實踐中已被證明適用于2～5軸或更多軸的銑削加工、2～4軸的車削加工和電火花線切割。利用UGⅡ/Post Builder進行后處理新建、編輯修改時，生成機床控制系統的功能和格式的定義文件(*.def)、用TCl語言編寫控制機床運動事件處理文件(*.tcl)和用戶界面文件(*.pui)。后置處理程序將CAM系統通過機床的CNC系統與機床數控加工緊密結合起來。

　　PostBuilder是UG系統為用戶提供的后處理器開發工具。使用它用戶只需要根據自己機床的特點，在GUI環境下進行一系列的設置即可完成后處理器的開發。其核心是使用TCL，TCL是一個交互式解釋性編程語言，由變量、指令、函數、流程條件判斷(if/else/for/while/switch)、過程、子程序構成，在UGⅡ中多用于UGPOST后處理、制造過程輔助(Processor Assisan CAM)、車間工藝文檔(Shop Documentation)、刀位文件生成(CLSF)、POSTBUILDER后處理用戶界面等。PostBuilder后處理開發包括通過建立機床控制系統匹配的兩個文件——事件處理文件(EventHandler*.tcl) 與機床定義文件(Definitionfile*.def)。用戶可以直接修改這兩個文件，實現復雜的事件處理。UGNX/Postbuilder系統除提供Heidenhane、Fanuc、Siemens、Fidia、Maho等數控系統外，用戶可直接定義自己的數控系統。

　　2.2 UGNX/PostBuiIder后處理結構

　　UG/post主要由事件生成器、事件處理器、定義文件等組成。圖2為UGNX/PostBuilder后處理結構流程，其核心是通過TCL來處理其MOM。TCL語言使用通過宏程序來提供完善的數控機床系統的后處理程序。TCL程序通過用戶變量定義、條件判斷(when)、邏輯控制(if then/else)、循環控制(for/loop)、跳轉控制(jump)等功能完成添加、刪除或修改刀位文件功能、控制后處理代碼輸出功能、應用程序調用功能。MOM(Manufacturing Output Manager)加工輸出管理器是UG提供的一種事件驅動工具，UG/CAM模塊的輸出均由它來管理，其作用是從存儲在UG/CAM內的數據中提取數據來生成輸出。UG/Post就是這種工具的一個具體運用。MOM是UG/post后處理器的核心，UG/post使用MOM來啟動解釋程序，向解釋程序提供功能和數據，并加載事件處理器(Event Handler)和定義文件(Definition File)。用戶可以自行開發后處理程序對UG的刀位文件數據，根據機床的運動關系進行數值處理輸出。

　　后處理中的定義文件主要包含與特定機床相關的靜態信息。使用定義文件中的信息來格式化NC指令。正如事件處理器一樣，也是由TCL語言來實現的。定義文件包含內容有：

　　(1)一般的機床信息，如機床是銑床還是車床，是三軸還是五軸等；

　　(2)機床支持的地址及其屬性，如X、Y、Z、A、B、C、T、M等；

　　(3)系列模塊，它們描述多個地址如何組合在一起來完成一個機床動作，如程序頭尾和進退刀動作。

　　事件生成器從UG文件(Pan)中提取刀軌數據，并把它們作為事件和參數傳送給MOM。每一特定事件在機床運行時將導致一些特別的機床動作，存儲在與這個事件相關的參數中的信息用來進一步確定這些特別的機床動作。如“Linear-Move”事件將導致機床驅動刀具沿相應X、Y、Z坐標參數直線移動。事件處理器是為特定機床及其控制系統開發的一套程序。每個事件的處理函數必須包含一系列指令去處理用戶希望UC/Post處理的事件，這些指令將定義刀軌數據如何被處理，以及每個事件在機床上如何被執行。對于用戶希望UG/Post去處理的每個事件，必須有一個TCL過程與之對應。事件生成器觸發一個事件時，MOM將調用與之對應的TCL過程去處理該事件，并把與此事件相關的參數作為全局(Global)變量傳送給處理它的TCL過程。處理事件的TCL過程名必須與事件生成器觸發的事件名統一，如采用TCL過程MOM_tool_change處理Tool change(換刀)事件，使用MOM_Linear_Move處理直線運動事件。UGNX五大類事件主要包括設置事件(Settingup-event)、機床控制事件(Machine Control event)、運動事件(Move event)、固定循環事件(Cycle event)、用戶定義事件(User Defined event)等。

　　2.3典型五坐標機床運動學配置與MOM變量設置

　　五坐標數控銑削機床后處理程序開發首先是根據機床類型確定其旋轉軸、旋轉平面與刀具軸矢量、機床運動空間位置關系確定。然后對機床加工過程中的進退刀進行處理、格式轉換輸出等。在UGNXPostbuilder后處理環境中，其提供基本的多坐標機床類型包括：四軸回轉工作臺、主軸擺動四軸、五軸工作臺回轉擺轉、五軸主軸頭回轉擺動、五軸主軸頭擺動聯合工作臺回轉、五軸主軸復合擺與五軸工作臺復合擺。

　　數控五軸銑削機床的配置形式多種多樣，常見的有繞X軸和Y軸旋轉的兩個擺動工作臺，或者為主軸繞X軸或Y軸擺動，另外的工作臺則相應繞Y軸或X軸擺動來構造空間的五軸聯動加工。對于主軸不擺動的五軸數控機床，其擺動軸存在主次依賴關系，即主擺動軸的運動影響次擺動軸的空間位置，而次擺動軸的運動則不影響主擺動軸的空間位置狀態。數控五軸機床運動軸的運動合成典型配置如圖3所示的幾種。實際應用中，還有兩種比較特殊的五軸配置機床，如德馬吉公司的DMU125P為主軸在空間的一個非基準的平面內旋轉，主軸在擺動的運動過程中，同時實現兩個方向的復合運動，而其DMU50P則為工作臺復合擺動，其后置處理通過方向余弦矢量來定義其程序代碼的輸出。3 五坐標后處理開發實例應用

　　3.1 FIDlA KR214六坐標兩種類型的后處理

　　FIDIA KR214為帶旋轉工作臺的六軸五聯動高速銑削加工中心，其中由AC軸構成的主軸，其C軸旋轉、A軸擺動、W軸工作臺旋轉；由于現有的CAM軟件大多不支持六軸聯動的數控程序后處理，且實際加工中，一般的五軸聯動足夠滿足生成的需要。針對該機床加工的特性，根據需要可編制三個線性軸X、Y、Z、A、C五個軸聯動后處理程序以及X、Y、Z、A、C五軸后處理程序。這兩種后處理程序方案即可滿足工程需求，修改適合KR214(或K211)數控機床的后處理程序。　　

五坐標機床其核心問題除機床運動學配置以外，其進退刀動作處理也很重要。由于程序起始點及進退刀動作路徑在五軸加工時的特殊性要求：如果不正確可能導致碰撞，尤其是在加工內型零件，需要主軸伸入產品內部進行加工的場合，更應該注意。如下所示為FIDIA KR214的進退刀動作處理的TCL過程。 

　　3.2 RTCP功能與特殊機床設置

　　五坐標機床及其加工編程常用RTCP功能對機床的運動精度和數控編程進行簡化。RTCP模式編程的運行原理是控制系統會保持刀具中心始終在被編程的XYZ位置上。為了保持住這個位置，轉動坐標的每一個運動都會被XYZ坐標的一個直線位移所補償。因此，對于其它傳統的數控系統而言，一個或多個轉動坐標的運動會引起刀具中心的位移；而對于FIDIA數控系統(當RTCP選件起作用時)，是坐標旋轉中心的位移，保持刀具中心始終處于同一個位置上。在這種情況下，可以直接編程刀具中心的軌跡，而不需考慮轉軸中心，這個轉軸中心是獨立于編程的，是在執行程序前由顯示終端輸入的，與程序無關。通過計算機編程或通過PLP選件被記錄的三坐標程序，可以通過RTCP邏輯，以五坐標方式被執行。對于這種特殊的應用方法，必須要求使用球形刀具。這些轉動坐標的運動，可以通過JOG方式或通過手輪來完成，所以在某些加工條件下，允許所使用的刀具，其刀具長度要求小于用三坐標加工的情況。

　　3.3 五坐標高速銑削機床運動模擬

　  該產品的加工說明了該后處理程序的開發是正確合理的。

　　由于五坐標高速銑削加工時，刀具軌跡比較復雜，且加工過程中刀具軸矢量變化控制頻繁，尤其是在進行高速切削時，刀具運動速度非常快，因此在進行實際產品加工前，進行數控程序的校對審核是非常必要的。由于五坐標聯動高速切削其程序量大，許多程序采用手工的方法或者在CAM軟件里進行模擬，難以有效的檢查數控程序和機床的實際輸出是否存在問題。用戶借助UG系統提供的機床模擬或者通過vericut平臺進行機床加工仿真模擬可以有效解決這些問題。

4 結束語

　　本文對UGNX平臺下的后處理程序開發，以PostBuilder為環境，詳細講述了其五坐標數控銑削機床的后處理程序開發的關鍵核心技術，包括PostBuilder后處理開發模式、五坐標機床運動及MOM變量設置、TCL語言應用等方面，并以FIDIAKR214六坐標高速銑削加工中心的后處理開發為實例進行了應用說明。希望對讀者有所借鑒作用。