通過分析MasterCAM9后置處理程序的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)方法，結(jié)合基于SINUMERIK810D數(shù)控系統(tǒng)的MV-610加工中心的編程特點(diǎn)，開發(fā)了專用的后置處理程序，使MasterCAM9生成的程序能夠直接應(yīng)用于MV-610加工中心的加工。實(shí)際應(yīng)用表明：該專用后置處理器可以提高M(jìn)asterCAM9編程效率，實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工自動(dòng)化。 1 引言 MasterCAM是一套應(yīng)用廣泛的CAD/CAM/CAE軟件包，它采用圖形交互式自動(dòng)編程方法實(shí)現(xiàn)NC程序編制，在模具加工行業(yè)有著廣泛的市場(chǎng)。交互式編程是一種人機(jī)對(duì)話的編程方法，編程人員根據(jù)屏幕提示的內(nèi)容，反復(fù)與計(jì)算機(jī)對(duì)話，選擇菜單目錄或回答計(jì)算機(jī)的提問，將所有問題回答完畢即可自動(dòng)生成NC程序。NC程序的自動(dòng)產(chǎn)生是受軟件的后置處理功能控制的，不同的加工模塊和不同的數(shù)控系統(tǒng)對(duì)應(yīng)著不同的后處理文件。 后置處理（Post processing）是數(shù)控加工中自動(dòng)編程要考慮的一個(gè)重要問題。自動(dòng)編程經(jīng)過刀具軌跡計(jì)算產(chǎn)生的是刀具數(shù)據(jù)（Cutter location date）文件，而不是數(shù)控程序，因此，這時(shí)需要設(shè)法把刀位數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)變成指定機(jī)床能執(zhí)行的數(shù)控程序，采用通信的方式或是DNC方式輸入數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)，才能進(jìn)行零件的數(shù)控加工。 把CAD/CAM軟件生成的刀位數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換成指定數(shù)控機(jī)床能執(zhí)行的數(shù)控程序的過程就稱為后置處理。刀位數(shù)據(jù)文件必須經(jīng)過后置處理轉(zhuǎn)換成數(shù)控機(jī)床各軸的運(yùn)動(dòng)信息后，才能驅(qū)動(dòng)數(shù)控機(jī)床加工出設(shè)計(jì)的零件。后置處理程序是自動(dòng)編程系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。后置處理程序的功能是根據(jù)刀位數(shù)據(jù)文件及機(jī)床特性信息文件的信息，將處理成相應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)能夠接受的控制指令格式。也即根據(jù)刀位數(shù)據(jù)文件中各種不同的加工要求，將刀位數(shù)據(jù)文件及機(jī)床特性信息文件處理成一個(gè)個(gè)字，然后把字組成一個(gè)適當(dāng)?shù)某绦蚨危瑢⑵漭敵觥? 圖形化編程軟件所生成的NCI代碼，都需要經(jīng)過特定的后置處理設(shè)置，才能生成適應(yīng)于特定數(shù)控系統(tǒng)的NC代碼。當(dāng)今較為流行的幾種CAM軟件的后置處理系統(tǒng)，大致可分為專用后置處理系統(tǒng)和通用后置處理系統(tǒng)兩種。像P ro/E、UG、CAXA制造工程師等CAM軟件的后置處理，就應(yīng)用圖形交互及對(duì)話框的方式來設(shè)置特定機(jī)床的后處理器，屬于通用后置處理系統(tǒng)。而像MasterCAM等軟件則采用的是專用后置處理系統(tǒng)，軟件本身提供了多種數(shù)控系統(tǒng)（如FANUC、A-B數(shù)控系統(tǒng)）的標(biāo)準(zhǔn)后置處理文件，可生成供多種數(shù)控機(jī)床使用的NC代碼。如果在使用過程中遇到軟伯沒有提供后置處理器的數(shù)據(jù)控系統(tǒng)，則用戶必須根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的程序格式、各種功能代碼及格式、各種參數(shù)初始值和默認(rèn)值，來編寫MasterCAM的后處理文件，以生成所需的加工程序。 MV-610加工中心配置的數(shù)控系統(tǒng)是西門子的SINUMERIK810D，MasterCAM9軟件生成的NC代碼不能直接應(yīng)用，需要人工做大量的修改，既不方便又易出差錯(cuò)。因此有必要為MV-610加工中心開發(fā)專用的后置處理程序，發(fā)揮軟件CAM模塊的最佳效果。 本文根據(jù)MasterCAM9的通用后置處理程序，結(jié)合MV-610加工中心和SINUMERIK810D系統(tǒng)的特點(diǎn)，開發(fā)出專用的后置處理程序，以便MasterCAM生成的NC程序能直接用于加工生產(chǎn)。 2 后置處理技術(shù) 2.1 后置處理原理 在后置處理中，系統(tǒng)要完成機(jī)床運(yùn)動(dòng)變換、非線性運(yùn)動(dòng)誤差校驗(yàn)，進(jìn)給速度校驗(yàn)和加工程序生成等任務(wù)。后置處理過程原則上是解釋執(zhí)行，即每讀出刀位文件中的一個(gè)完整的記錄（行），便分析該記錄的類型，根據(jù)記錄類型確定是進(jìn)行坐標(biāo)變換還是進(jìn)行文件代碼轉(zhuǎn)換，然后根據(jù)所選的數(shù)控機(jī)床進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換或文件代碼轉(zhuǎn)換，生成一個(gè)完整的數(shù)據(jù)程序段，并寫到數(shù)控程序文件中去，直到刀位原文件結(jié)束。后置處理流程見圖1所示。 圖1 后置處理流程圖 2.2 后置處理系統(tǒng)設(shè)定的前提條件 雖然不同類型的數(shù)控系統(tǒng)之間和不同類型的數(shù)控機(jī)床之間的指令和程序段格式不盡相同，彼此之間有一定的差異，但它們之間具有一些共同特性，如數(shù)控程序皆由意義基本相同的地址符組成，并采用標(biāo)準(zhǔn)化的準(zhǔn)備功能G代碼和輔助功能M代碼等，這些共同特性是通用后置處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的前提條件。 3 MV-610加工中心的后置處理 3.1 MasterCAM9后置處理的文件格式 MasterCAM9系統(tǒng)的后置處理由兩部分文件組成，可執(zhí)行文件和機(jī)床特性文件?？蓤?zhí)行文件是不允許用戶修改的，如銑床為Mp.dll文件，車床為Mpl.dll文件；機(jī)床特性數(shù)據(jù)文件是用ASCII代碼編寫的，其擴(kuò)展名為pst，稱為pst文件，pst文件提供了更改NC代碼的方法，以便適應(yīng)于選定的數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床，其內(nèi)容包括：機(jī)床類型、坐標(biāo)輸出格式、G代碼和M代碼的分配、文件頭數(shù)據(jù)、控制系統(tǒng)名及注釋數(shù)據(jù)的輸出等信息。后置生理器Mp文件和pst文件必須相互依賴才能正常工作，Mp文件按pst文件來設(shè)置其開關(guān)量，pst不能用于其它軟件的后處理器。 3.1.1 MasterCAM9的nci文件 MasterCAM9中刀位文件是nci為擴(kuò)展名，它是一個(gè)中間文件，以ASCII碼編寫，包含了完成一個(gè)零件加工并產(chǎn)生NC程序的所有必須信息，主要有：確定機(jī)床運(yùn)動(dòng)模式、計(jì)算移動(dòng)距離、計(jì)算輪廓運(yùn)動(dòng)、將運(yùn)動(dòng)置于機(jī)床坐標(biāo)下，進(jìn)給速度計(jì)算等。這些信息大都來源于參數(shù)屏幕的定義參數(shù)。信息按兩行排列，第一行是操作行，用簡(jiǎn)單的數(shù)字表示操作類型，如直線運(yùn)動(dòng)、圓弧運(yùn)動(dòng)、孔加工循環(huán)等；第二行是數(shù)據(jù)行，包含了定義操作所需的信息。 其中操作類型分為四組：①運(yùn)動(dòng)操作指令：快速進(jìn)給、直線和圓弧插補(bǔ)、5軸插補(bǔ)等指令；②循環(huán)操作類指令：孔加工循環(huán)及車、銑加工固定循環(huán)等指令；③文件格式指令：NC程序開始、結(jié)束格式；④雜項(xiàng)操作指令：定義雜項(xiàng)整數(shù)、參數(shù)等。 3.1.2 MasterCAM9的pst文件 由于Mp文件不可修改，因此MasterCAM9的后置處理的任務(wù)是對(duì)pst文件進(jìn)行修改和定制，以設(shè)置Mp文件的開關(guān)量。不同系統(tǒng)的后處理文件它們的指令代碼和格式定義雖各不相同中，但MasterCAM9系統(tǒng)的所有pst文件基本上都由以下11個(gè)部分組成： ⑴ 注解 后置處理的有關(guān)注釋和信息，在程序的每一行前用符號(hào)“#”開頭，其后的文字的注解不影響程序的執(zhí)行。 如：# Post Name: MV-610（定義后置處理器名稱） # mi3 – Select G28 or G30 reference point return（定義#mi3為返回參考點(diǎn)的變量） ⑵ 調(diào)試 插入變量“bug1”、“bug2”、“bug3”、“bug4”和“whatno”來調(diào)試后置處理器，并在屏幕上顯示相關(guān)資料。 如：bug1：2 #0=No display，1=Generic list box，2=Editor 表示變量bug1為0不顯示NC代碼，為1顯示NC代碼的列表框，為3則進(jìn)入NC編輯器。這是調(diào)試后處理文件的輔助工具，一般不需對(duì)其進(jìn)行修改。 ⑶ 格式描述 定義所使用變量的數(shù)據(jù)類型，在“格式指定”前必須先對(duì)變量進(jìn)行“格式描述”。根據(jù)實(shí)際數(shù)控系統(tǒng)允許的數(shù)據(jù)格式，使用變量名和常量值對(duì)其進(jìn)行修改。如圖2為變量Fs的格式描述。 圖2 變量Fs的格式描述 ⑷ 格式指定 指定變量的數(shù)據(jù)類型和該變量輸出到NC文件的前綴，輸出NC文件沒有使用到的變量可不指定。如：在“fmt Z 4 depth”切削深度變量指令格式中，ftm表示格式指定命令，depth為定義的切削深度變量，轉(zhuǎn)換成NC文件后，depth的前綴為Z，即切削深度的英文代碼Z，4為數(shù)據(jù)類型（整數(shù)，數(shù)值前沒有零）。 ⑸ 初始值 執(zhí)行后置處理程序時(shí)，指定特定的數(shù)值給程序已定義或用戶自定義的變量，要根據(jù)所用數(shù)控系統(tǒng)允許的各種技術(shù)參數(shù)來進(jìn)行修改。如：omitseq: No（忽略程序段號(hào)？No）。 ⑹ 定義問題 根據(jù)機(jī)床加工需要，插入一個(gè)問題給后置處理程序執(zhí)行。 ⑺ 字符串列表 字符串起始字符為S，可以依照數(shù)值選擇字符串。字符串可以由兩個(gè)或兩個(gè)以上的字符組成。字符串sg17，表示指定XY加工平面，NC程序中出現(xiàn)的是G17。 ⑻ 表格查找 定義一個(gè)可查的表格，從所列表格的整數(shù)中能選擇所需的數(shù)值。如MV-610機(jī)床SINUMERIK810D系統(tǒng)的傳動(dòng)裝置選擇表如下，由“格式指定”部分已指定齒輪換檔用字母M為前綴輸出。 flktbl 1 6 （“flktbl”定義查表，1為表的號(hào)碼，6為元素的個(gè)數(shù)） 40 0 （自動(dòng)齒輪變換） 41 1 （齒輪1級(jí)） 42 2 （齒輪2級(jí)） 43 3 （齒輪3級(jí)） 44 4 （齒輪4級(jí)） 45 5 （齒輪5級(jí)） 這樣，可在表中查找齒輪為自動(dòng)換檔及不同齒輪級(jí)數(shù)，NC程序則輸出M40及M41-M45。 ⑼ 自定義模塊 它是一個(gè)獨(dú)立的程序段，每個(gè)后處理行可由一個(gè)或多個(gè)變量組成，變量之間用逗號(hào)分開，后處理行按NC程序結(jié)構(gòu)作有組織的排列；它可以是公式、變量、特殊的字符串等。它是作為預(yù)定義的后置處理塊的一個(gè)變量來使用的。 ⑽ 預(yù)定義的后置處理塊 在NC程序的文件開始、刀具更換、固定循環(huán)、文件結(jié)尾和刀具運(yùn)動(dòng)等部分，用預(yù)先定義的格式來組織、規(guī)劃。如FANUC系統(tǒng)鉆孔固定循環(huán)切削輸出為“G99（G98）G81 X_ Y_ Z_ R_ （P_）”，pst中表示為： pdrlcommonb pcanl,pbld,n,＊sgdrlref,＊sgdrill,pxout,pyout,pfzout,pcout,prdrlout,dwell,＊feed,strcantext,e pcom_movea ⑾ 系統(tǒng)問題 系統(tǒng)允許用戶對(duì)后置處理的設(shè)置作少量的修改。如： 81.Date rate（110,150,300,600,1200,2400,4800,9600,14400,19200,38400）?9600表示若直接用MasterCAM傳輸程序，其波特率為9600。 Pst文件中最復(fù)雜的是變量的使用。MasterCAM V6.0前的版本其后置處理部分采用了變量，而V7.0以上版本程序中已大量采用變量編寫pst程序，因此開發(fā)、定制pst文件就必須了解其變量的定義與用法。Pst中變量一般分為6組：位置變量、運(yùn)動(dòng)和刀具變量、補(bǔ)償和偏移變量、固定循環(huán)變量、雜項(xiàng)參數(shù)變量以及字符串和目標(biāo)變量。 使用變量前需對(duì)變量先“格式描述”再“格式指定”，如在定制SINUMERIK810D系統(tǒng)孔加工循環(huán)格式中新出現(xiàn)了paaa等變量，pst中需預(yù)定義： paaa # Force Z axis output azabs = zabs azinc = zinc if absinc = zero, ＊azabs, ! zinc else, ＊azinc, ! zabs 結(jié)合pst文件設(shè)置，Mp文件對(duì)nci文件進(jìn)行讀取和處理，因此，了解nci文件和pst文件的格式和結(jié)構(gòu)，是后置處理設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。 3.2 MV-610加工中心及NC編程的特點(diǎn) MV-610加工中心為臺(tái)灣歐馬公司生產(chǎn)的小型立式加工中心，刀庫容量為20把刀，采用盤式自動(dòng)換刀裝置，刀庫只需作左右移動(dòng)，以刀座編碼方式選刀，系統(tǒng)對(duì)刀庫中每個(gè)刀座編碼，換刀時(shí)，在換刀點(diǎn)先將主軸上的刀具取下，放到原來的刀座中，再取出程序指定的刀號(hào)，選刀動(dòng)作與換刀動(dòng)作是一個(gè)邊續(xù)的過程。但810D系統(tǒng)仍要求選刀程序和換刀程序放在兩個(gè)程序段中： Na T12 Na+1 M06 該加工中心通電后，必須先返回參考點(diǎn)，才能招待其它動(dòng)作，之后可不必每次返回參考點(diǎn)。但該機(jī)床是半閉環(huán)控制，機(jī)床主軸上下運(yùn)動(dòng)及工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)處在控制環(huán)之外，隨著加工過程的持續(xù)進(jìn)行，機(jī)床主軸及工作臺(tái)的移動(dòng)會(huì)發(fā)生誤差累積，而機(jī)床主軸又必須返回到指定位置后才能換刀。因此有必要在每道工序完成后返回參考點(diǎn)。在編制返回參考點(diǎn)后置處理程序，還需考慮工藝性問題，Z軸應(yīng)先返回參考點(diǎn)再XY軸同時(shí)回參考點(diǎn)，以避免碰刀。810D系統(tǒng)回參考點(diǎn)指令代碼為G74，輸出程序段為： N_ G74 Z1=0 N_ G74 X1=0 Y1=0 該加工中心所配備的數(shù)控系統(tǒng)是德國(guó)西門子公司的SINUMERIK810D，SINUMERIK810D/840D是目前主要的數(shù)控系統(tǒng)之一，其編程指令與FANUC等系統(tǒng)相比有較大的差別：除G00-G99、M00-M99指令外，其中部分G、M代碼未指定功能，還增加了G110-G112、G820-G829、G500-G599等三位數(shù)字表示的G指令；此外，縮寫的英文單詞，如TRANS/ATRANS（零點(diǎn)平移）、ROT/AROT（坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)）、MIRROR/AMIRROR（鏡像）、NORM/KNOT（接近和退出輪廓）、CYCLE（孔加工標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)）等也成為重要的編程指令，使得SINUMERIK810D系統(tǒng)程序更加復(fù)雜。 3.3 MV-610加工中心專用后置處理文件的設(shè)計(jì) 對(duì)特定的數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床定制后置處理是相當(dāng)復(fù)雜的，必須先了解機(jī)床用戶手冊(cè)、機(jī)床原點(diǎn)和各坐標(biāo)軸的行程、各軸進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速范圍、機(jī)床控制和編程手冊(cè)、機(jī)床M代碼和G代碼、地址寄存器及其格式要求等情況的基礎(chǔ)上，對(duì)MasterCAM中的pst文件的預(yù)定義的6個(gè)基本模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，再定制組成基本模塊的用戶自定義后處理模塊，接著修改或重新定義用戶自定義后處理模塊的變量。 810D系統(tǒng)文件開始與FANUC系統(tǒng)文件開始有很大的不同，包括設(shè)定程序名稱，并顯示編程日期、時(shí)間等注解；810D系統(tǒng)的輸出格式為： %_N_ZK3_MPF ;PROGRAM NAME – ZK3 ;DATE=DD-MM-YY - 3-10-05 TIME=HH:MM - 16:50 N100G71 N102G0G17G40G90 pst中預(yù)定義的后置處理模塊為： psof #Star of file for non-zero tool number “%_N_”,＊progno，“_MPF”，e “；PROGRAM NAME -”，program，e “；DATE=DD-MM-YY -”，date，“TIME=HH：MM -”，time，e pbld，n，＊smetric，e pbld，n，＊sgcode，＊sgplane，“G40”，＊sgabsinc，e 與FANUC系統(tǒng)鉆孔加工循環(huán)有很大的不同，810D系統(tǒng)的輸出格式為：CYCLE81（RTP，RFP，SDIS，DP，DTB）；pst中預(yù)定義的后置處理模塊為： pdrlcommonb #Canned Drill Cycle common call n，＊feed n，“MCALL”，“ ”，＊sgdrill，“（”，initht，“，”，prdrlout，“，”，“5.”，“，”，paaa，“，”，dwell，“，”，“）”，e n，pfxout,pfyout,“（”，pzout，“）”，e pcom_movea 其中的用戶自定義后處理塊和變量也需重新定制和定義。 3.4 MV-610加工中心專用后處理實(shí)例 某零件在MasterCAM9軟件上鉆孔循環(huán)生成的810D系統(tǒng)的加工程序如下： %_N_ZK3_MPF ;PROGRAM NAME – ZK3 ;DATE=DD-MM-YY - 01-03-05 TIME=HH:MM - 16:50 N100G71 N102G0G17G40G90 ;TOOL - 1 DIA. OFF. - 1 LEN. - 1 DIA. - 3. N104T1 N106M6 N108G0G90G54X-60.Y96.A0.S600M3 N110Z10.F50. N112CYCLE81（ 10., 0.,5., -20., 20.,） N114X0. N116CYCLE81（ 10., 0.,5., -20., 20.,） N118X60. N120CYCLE81（ -20., 0.,5., -20., 20.,） …… N166M5 N168G74Z1=0. N170G74X1=0.Y1=0. N172M30 % 4.結(jié)束語 采用按照上述方法設(shè)計(jì)的專用后置處理程序所生成的NC代碼，完全能夠處理輪廓、內(nèi)槽、曲面以及各種孔加工的刀具路徑文件，不需人工作二次處理，可以在配有SINUMERIK810D系統(tǒng)的MV-610加工中心上直接應(yīng)用，加工各種類型的零件；從而極大地提高了MasterCAM9編程效率，實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工自動(dòng)化。對(duì)其它的數(shù)控系統(tǒng)，也可參照該方法進(jìn)行定制。