0 引言

　　五軸聯動數控加工技術是先進制造技術的重要組成部分和基礎技術之一，同時也是目前數控加工技術中難度最大的。目前，五軸數控機床以其自動化程度高、柔性好、加工精度高等優點在現代制造領域，尤其是大型與異型復雜零件的高效加工中得到了廣泛應用。高質量的五軸加工編程和有針對性的后置處理程序是充分發揮五軸加工優越性的關鍵。數控加工后置處理是CAD/CAM集成系統非常重要的組成部分，它直接影響到CAD/CAM軟件的使用效果、零件加工質量、加工效率及數控機床的安全。本文針對DMC70ev五軸數控機床，研究專用后置處理器的開發方法，以CATIA為數控編程的前置處理平臺，基于IMSpost開發適用于五軸數控加工生產模式的后置處理器，提高數控編程的水平、質量和效率，充分發揮數控機床的性能，實現復雜零件的高效加工。

1 后置處理的開發方法

　　后置處理是數控加工中的重要環節，主要任務是把CAD/CAM軟件生成的加工刀位文件(APT)轉換成特定機床可接受的數控代碼文件(NC)。目前，開發專用后置處理程序主要有用戶自行開發（利用高級編程語言（如C++、Fortran等語言）編制后置處理程序，把刀位源程序轉換成NC指令代碼），基于通用后置處理平臺進行開發及針對具體的數控機床及控制系統購買專用后處理程序等方法：

　　本文采用基于通用后置處理平臺IMSpost，以DMC 70eV五軸數控機床為研究平臺，開發適用于五軸數控加工生產模式的后置處理程序。

2 基于IMSPost后置處理技術

　　IMSPost是一種基于宏編程的通用后置處理編輯器，它提供多種后置處理文件庫，包含多種類型的數控機床庫和數控系統庫，能支持當今流行的CAM軟件（如CATIA、Surfcam、Cimatron等）的刀位文件的后置處理轉換，提供了強大的定制功能，可以進行宏程序的開發，實現特定功能，配置了針對某機床及數控系統的后置處理器。

　　基于IMSPost通用后置處理編輯器開發專用后置處理的流程如圖1所示。開發專用后置處理器時，必須掌握數控機床及數控系統特性文件，保證各項設置的正確性，可以利用IMSpost所提供的一系列宏操作、宏指令與宏程序來實現所需要的特定功能，如坐標變換、數值計算和特殊格式輸出等。

    圖1 基于IMSPost后置處理器開發流程

3 五軸數控加工后置處理的開發

　　3.1 五軸數控機床及數控系統

　　開發專用后置處理程序必須掌握數控機床結構及數控系統。DMC 70eV是非正交雙轉臺型五軸聯動數控機床，采用了非正交坐標軸的特殊結構設計，可實現一次裝夾完成除裝夾面以外的其它工作表面的加工，可實現復雜曲面的高效加工。圖2所示為DMC 70eV數控機床的結構、各運動軸配置及行程范圍。

    圖2 DMC 70eV機床結構

　　開發DMC70ev五軸數控機床后置處理程序時必須符合其所配制的數控系統Millplus IT V530的程序結構、代碼及輸出形式等要求，下面是Millplus IT V530數控系統程序示例4.pm。

3.2 后置處理程序的開發原理

　　DMC 70eV五軸數控機床后置處理程序的開發主要有兩種方法。一種是利用數控機床所配置數控系統的特殊指令代碼G7，其原理是：根據刀位點的刀軸矢量計算出工件坐標系旋轉角度B、C，并賦值給G7指令，由G7指令控制操作，機床在執行時會自動實現刀具與工件相對位置的要求并進行加工。該方法的優點是后置處理只需要計算旋轉角度，將刀位點新坐標值計算甩給了機床，缺點是G7是非標準代碼，對后續仿真驗證時必須要進行G7指令及其相關參數的功能定義與開發，具有一定的難度；另一種方法是不采用特殊指令代碼，根據刀位點的刀軸矢量計算出機床工作臺的旋轉角度B、C，再將工件坐標系中所有刀位點的坐標值轉換到機床坐標系中，此時需要知道工件坐標系在機床坐標系中的坐標位置。該方法的優點是不采用特殊非標準代碼，避免了后續仿真驗證時代碼無法被識別的問題，但缺點是必須預先測量出工件坐標系在機床坐標系中的位置。目前，普遍采用第一種方法，以增強數控程序的可讀性。本文采用特殊指令代碼G7進行后置處理器的開發。

　　G7是傾斜工作平面指令代碼，是DMC 70eV五軸加工中心配置的Millplus IT V530數控系統所具有的特殊指令代碼，通過“傾斜工作平面”功能可以實現傾斜工作平面的位置，在傾斜工作平面內執行主要平面(G17)中已編程的操作，新的平面變為活動狀態并具有零原點，再在新的平面中垂直定位刀具軸。實質上，G7功能是通過將刀軸矢量解算成為在笛卡爾坐標系下空間角度，Millplus數控系統根據其確定的空間角度來完成機床旋轉軸的運動控制。

　　3.3 后置處理器的開發

　　基于IMSpost開發后置處理程序，在建立新的post processor后，需要進行機床設置、數控系統程序格式設置及修改、子程序的調用及宏程序編制等。這里就宏程序編制進行說明。

　　控制G7指令代碼，利用IMSpost提供的宏程序功能，進行宏程序的編制。在進入宏程序管理器“Macro Manager”后，可以進行宏的增、刪、改、查等操作，選擇“GOTO/*”宏，添加如下宏程序，使后置處理器通過APT文件中的刀位方向輸出G7指令，控制機床運動軸旋轉到指定的加工角度。

　　代碼：

　　代碼結束。輸出結果如圖3所示。

    圖3 編輯“GOTO/*”宏

　　其中全局變量Global是用戶根據數控系統規定和使用要求自己創建的，其生命周期是在宏內外部使用均有效的，全局變量GLOBALI用來控制G7代碼只輸出一次。

　　后置處理程序開發后，就可以完成刀位源文件到數控程序的轉換，CATIA軟件與IMSpost有較好的集成，在CATIA軟件中生成的刀位源文件，可以直接送入到IMSpost環境中進行轉換。下面是五軸數控加工刀位源文件經開發的后置處理程序轉換生成的數控加工程序的部分內容。

4 后置處理程序開發的正確性驗證

　　后置處理程序開發的正確性可以采用數控加工仿真技術進行虛擬驗證，同時也可以進行實例驗證。以圖4所示零件為上件，基于VERICUT構建的DMC70ev五軸數控機床虛擬加工仿真平臺上進行了虛擬驗證，如圖5所示，在DMC70ev五軸數控機床上也進行了實際加工。驗證結果表明：用開發的后置處理程序生成的數控程序虛擬加工的零件和實際加工的零件均達到了設計要求，開發的后置處理程序是正確可靠的，有效正確地生成了五軸數控加工程序，提高了數控編程的效率和質量，實現了五軸數控高效加工。

    圖4 驗證用零件模型

    圖5 基于VERICUT虛擬加工仿真平臺

5 結束語

　　后置處理是數控編程技術的關鍵技術之一，作為CAD，CAM系統與機械制造連接的紐帶，后置處理直接影響自動編程系統的使用效果、機床的可靠運行和零件的加工質量以及效率。配置和開發有效的后置處理程序對解決從設計到制造過程存在的瓶頸、提高編程效率和加工的可靠性有著重要意義。本文的研究成果對其它類型五軸數控機床的后置處理程序的開發具有一定的借鑒意義，并為開發其它CAD/CAM軟件的后置處理程序提供了思路。