任濤

摘要：隨著“中國制造2025”不斷地推進(jìn)，高端制造業(yè)高速發(fā)展，五軸數(shù)控機(jī)床在各規(guī)模機(jī)械制造企業(yè)和各級(jí)職業(yè)院校越來越普及，五軸數(shù)控加工的優(yōu)點(diǎn)逐步在行業(yè)內(nèi)得到廣泛認(rèn)可。本文以Siemens 840D sl數(shù)控系統(tǒng)為例，采用hyperpost進(jìn)行后處理構(gòu)建，經(jīng)實(shí)際加工驗(yàn)證，所生成的NC代碼符合實(shí)際加工的需要，為不同結(jié)構(gòu)形式的五軸機(jī)床構(gòu)建后處理提供了解決思路，為研究五軸加工編程工藝的技術(shù)人員提供了更高效、更安全的工藝工具。

關(guān)鍵詞：數(shù)控系統(tǒng)后處理；五軸加工編程；hyperpost

1 引言

五軸機(jī)床在應(yīng)用的過程中（尤其是五軸聯(lián)動(dòng)）需要CAM軟件的支持，后處理一直是數(shù)控編程加工人員面臨的最大挑戰(zhàn)。近年來五軸機(jī)床普及程度越來越高，但五軸機(jī)床本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，且不同的數(shù)控系統(tǒng)對(duì)NC代碼的要求也各不相同，使得實(shí)際應(yīng)用難度大幅提高。對(duì)于數(shù)控編程工藝人員來說掌握一種軟件的后處理制作是極為重要的，這樣可以幫助編程人員在編程時(shí)考慮各種干涉問題，從而對(duì)后處理進(jìn)行精確調(diào)整，為企業(yè)的高效生產(chǎn)提供支持。本文重點(diǎn)介紹OPENMIND公司的hyperpost軟件的后處理制作過程。

2 后處理的構(gòu)建

2.1 五軸機(jī)床的簡介

目前我國常見的五軸機(jī)床大多采用西門子、海德漢及發(fā)那科等系統(tǒng)，不同的數(shù)控系統(tǒng)，識(shí)別的NC代碼也不相同，尤其是對(duì)一些關(guān)鍵指令差別更大，比如五軸數(shù)控系統(tǒng)的核心指令刀尖跟蹤功能，西門子使用的是TRAORI，海德漢使用的是M128，而發(fā)那科使用的是G43.4。各類CAM軟件生成的可視化刀軌，在現(xiàn)階段的數(shù)控系統(tǒng)還無法直接識(shí)別，可視化刀軌需要編譯成可識(shí)別的NC代碼，這個(gè)過程就是后處理。本文采用的Siemens 840D sl數(shù)控系統(tǒng)具有非常成熟的刀尖跟蹤指令TRAORI功能，在實(shí)際編程時(shí)只需要考慮工件坐標(biāo)系的設(shè)定，不必考慮主軸端面和回轉(zhuǎn)軸的位置關(guān)系，這樣使得編程和操作變得簡單明了。如圖1（a）所示，具有刀尖跟蹤功能的雙擺頭數(shù)控系統(tǒng)，在沒有激活TRAORI功能時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)A軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)床的X、Y、Z線性軸是不動(dòng)的，機(jī)床線性軸坐標(biāo)數(shù)值保持不變，但是刀具的刀位點(diǎn)位置發(fā)生了變化，這與編程的要求不符；如果激活TRAORI功能，如果轉(zhuǎn)動(dòng)A軸旋轉(zhuǎn)，機(jī)床線性軸也隨之相應(yīng)運(yùn)動(dòng)，機(jī)床X、Y、Z線性坐標(biāo)數(shù)值發(fā)生變化，程序坐標(biāo)值不變，而最為主要的刀具的刀位點(diǎn)也不變，這與編程的要求相一致，如圖1（b）所示。

在具有刀尖跟蹤指令TRAORI功能的雙轉(zhuǎn)臺(tái)的數(shù)控系統(tǒng)，在未激活TRAORI功能時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)B軸旋轉(zhuǎn)，工件坐標(biāo)系位置不變，但是刀具與工件坐標(biāo)系的相對(duì)位置發(fā)生了變化，如圖2（a）所示，與編程要求不符；若激活TRAORI功能，轉(zhuǎn)動(dòng)B軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，工件坐標(biāo)系與B軸一起旋轉(zhuǎn)，刀具的刀位點(diǎn)與工件的相對(duì)位置不變，如圖2（b）所示，與編程要求相符。激活TRAORI功能會(huì)給雙轉(zhuǎn)臺(tái)的五軸機(jī)床編程和操作帶來非常大的方便，工件不必嚴(yán)格放置在工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)中心處。但需注意工作臺(tái)與刀具系統(tǒng)和主軸的干涉，所以一般情況下即使數(shù)控系統(tǒng)擁有刀尖跟蹤功能，工件也應(yīng)盡量放置在工作臺(tái)的中心位置。

本文以TEMA DU650五軸加工中心為例制作后處理，機(jī)床結(jié)構(gòu)如圖3所示，制作hyperpost文件前需要深入了解機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和參數(shù)。TEMA DU650五軸加工中心是雙轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)，數(shù)控系統(tǒng)為Siemens 840D sl；機(jī)床有效安全行程為X軸620 mm、Y軸520 mm、Z軸460 mm；B軸行程為±110°；C軸行程為0°～360°；工作臺(tái)面為φ650；主軸轉(zhuǎn)速為10～12 000 rpm；主軸電機(jī)功率為7.5kW；最大線性進(jìn)給速度為10 000 mm/min。

2.2 hyperpost后處理制作

打開hyperpost 6.6 Advanced 5X，開啟新的文件，選擇“后處理模板（*.OMF）”，單位設(shè)定為“毫米”。如圖4所示，設(shè)置機(jī)床為BC雙轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，并根據(jù)機(jī)床數(shù)字模型添加到指定位置。hyperpost在默認(rèn)的情況下是三軸后處理狀態(tài)，需要在完成機(jī)床模型建立之后插入5軸加工功能，如圖5所示。根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的要求定義程序頭和程序尾，如圖6（a）所示定義程序頭，將數(shù)控系統(tǒng)初始化，最為主要的是取消刀尖跟蹤功能的TRAFOOF指令；如圖6（b）所示定義換刀前后的指令，激活刀尖跟蹤RTCP功能TRAORI指令和五軸聯(lián)動(dòng)高速指令CYCLE832；如圖6（c）所示定義程序結(jié)尾的相關(guān)指令。

在hypermill中完成葉輪粗精加工設(shè)置并生成可視化刀軌，如圖7所示。可視化刀軌在現(xiàn)階段的數(shù)控系統(tǒng)還無法直接識(shí)別，可以通過制作的hyperpost后處理將可視化刀軌轉(zhuǎn)換為數(shù)控系統(tǒng)可運(yùn)行的NC代碼。

hypermill生成的刀軌文件如圖8所示，刀軌文件中包含了刀具軌跡的所有信息，如刀具類型、切削用量等。根據(jù)刀軌文件顯示，每一個(gè)刀具位置是由X、Y、Z坐標(biāo)值和U、V、W的向量值構(gòu)成。若是三軸程序U、V、W的向量為零且不輸出。通過hyperpost的后處理即可生成數(shù)控系統(tǒng)可以運(yùn)行的NC代碼，如圖9所示。

3 后處理加工校驗(yàn)

生成的NC代碼需要經(jīng)過虛擬仿真才可以上機(jī)加工試切。雖說hypermill有自帶的仿真功能，但該功能只針對(duì)刀軌文件進(jìn)行仿真，并不對(duì)代碼進(jìn)行仿真，這與實(shí)際加工有所不符。所以要借助第三方仿真軟件對(duì)NC代碼進(jìn)行仿真加工校驗(yàn)。本文使用vericut進(jìn)行仿真加工，在vericut中對(duì)刀具與工件、夾具進(jìn)行干涉設(shè)置，將不安全因素提前排除，如圖10（a）所示。校驗(yàn)無誤后上機(jī)試切加工，如圖10（b）所示。

4 結(jié)語

本文主要通過hyperpost在五軸數(shù)控加工中的應(yīng)用，為廣大的編程人員提供一種安全可靠的解決五軸編程的思路。該實(shí)例以TEMA DU650五軸加工中心Siemens 840D sl數(shù)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)。已在實(shí)際工作中進(jìn)行了驗(yàn)證，確定本方案確實(shí)可行，但在后處理制作中需要用到大量特殊代碼編寫這里不做詳細(xì)展開。