一．引言

隨著生產(chǎn)力與加工精度的不斷提高，數(shù)控機(jī)床在工業(yè)生產(chǎn)中起到了越來越重要的作用，而為了提高機(jī)床利用率，傳統(tǒng)的示教式編程已經(jīng)不能適應(yīng)生產(chǎn)的需要，離線編程成為數(shù)控機(jī)床運用中不可缺少的一部分。

離線編程需要先建立零件的CAD模型，并產(chǎn)生其刀位文件。現(xiàn)在多數(shù)的商用CAD/CAM軟件，如:catia,UG等，其數(shù)控仿真生成的為APT格式的刀位代碼，無法被數(shù)控機(jī)床直接運用，需要對其進(jìn)行后置處理生成可以直接對機(jī)床進(jìn)行操作的NC代碼。而后置處理的過程直接決定了NC代碼的精度與好壞，對數(shù)控加工過程起到了至關(guān)重要的作用。

一般的商用CAD/CAM軟件，如:catia，也會提供了NC代碼的產(chǎn)生。它們使用了一個庫文件來作為后置處理的配置文件直接生成可使用的NC代碼。但是由于機(jī)床的不通用性，這些軟件只提供了少數(shù)常用機(jī)床的NC代碼的生成，且生成的代碼過于煩冗，不易于修改。故大部分后置處理的過程還是需要另行實現(xiàn)。

二．后置處理的編制方法

目前各機(jī)床的編程語言不具備通用性，即使是同一制造商生產(chǎn)的機(jī)床，在其前后期也可能不具備通用性。盡管國際上曾試圖通過標(biāo)準(zhǔn)化來推廣一種通用的機(jī)床語言，但是由于制造商的緣故，一直難以得到廣泛的推廣[1]。因為機(jī)床語言的不通用性，一般的商用CAD/CAM軟件難以按照用戶的需要提供全部機(jī)床的NC代碼生成，只提供了一部分常用的機(jī)床的NC代碼生成，大部分還是需要用戶自己由其產(chǎn)生的APT文件來自行處理生成NC代碼。

對于簡單的數(shù)控過程，用戶可以直接對APT代碼進(jìn)行翻譯，實現(xiàn)APT到NC代碼的轉(zhuǎn)化，但是對于大部分零件來說，用戶需要借助計算機(jī)的幫助來實現(xiàn)代碼的轉(zhuǎn)化。通常使用的轉(zhuǎn)換方式有三種[2]：

1．通用語言編寫

使用一般的編程語言，如：Visual C++，Java等語言都能夠?qū)崿F(xiàn)后置處理，完成APT文件到NC代碼的轉(zhuǎn)換。這種方法的優(yōu)點是，只要熟悉所需編寫的機(jī)床和通用語言就能進(jìn)行操作，不需要其他的軟件輔助或培訓(xùn)。缺點是，專用性太強(qiáng)，需要專門的程序員，且程序設(shè)計后不具備通用性，修改困難。

2．通用軟件

使用一定的通用代碼轉(zhuǎn)換軟件，如[3]中提到的M SPOST和[3]中研究開發(fā)的KD-NCtool等，來實現(xiàn)APT文件到NC代碼的轉(zhuǎn)換。其大致過程如下：

圖1 后置處理模塊流程圖

通過一個機(jī)床配置信置文件來對機(jī)床進(jìn)行描述，并用這個描述來控制后置處理的模塊。使用這個后置處理翻譯模塊便可以將由CAD/CAM系統(tǒng)產(chǎn)生的APT文件翻譯成可執(zhí)行的NC程序。機(jī)床配置信置文件的取得一般是通過回答用戶對話框。這種對話框通常會需要用戶對機(jī)床的一些特性進(jìn)行描述，以此獲得所需的信息來構(gòu)成翻譯模塊。

圖2[3]中給出的機(jī)床信息配置對話框

這種方法的優(yōu)點是，用戶只需了解機(jī)床就可直接實現(xiàn)APT到NC代碼的轉(zhuǎn)化。缺點是，由于機(jī)床的多樣性，一個簡單的對話框沒有辦法描述所有的機(jī)床，很可能生成無效的或是錯誤的NC代碼，且無法對信息配置文件進(jìn)行細(xì)節(jié)修改，得到的NC代碼也不易修改完善。

3．專用語言編寫

使用一些專用的后置處理程序編制語言來編寫后置處理文件，這種語言專門為后置處理文件的編寫設(shè)置，具有自己獨特的語法，并提供一些固定的宏來方便后置處理文件的編寫。這種方法的特點是既提高了程序格式的靈活性,又使程序編制方法比較簡單。但是，需要學(xué)習(xí)一種專門的語言是這種方法的不便之處。[2]中提到的GNC中使用的POST軟件包就是這種方法。

三．后置處理的具體過程

盡管后置處理的編制方法有三種，但大致過程都是一致，即對運動語句的處理與對非運動語句的處理。運動語句主要是用幾何算法對其進(jìn)行處理，而非運動語句則是編碼的對應(yīng)。

運動語句主要包括：

1) 刀具空走(無切削的空行程) 程序段；
2) 刀具走直線程序段(有刀補(bǔ)或無刀補(bǔ)) ；
3) 刀具走圓弧程序段(有刀補(bǔ)或無刀補(bǔ)) ；
4) 刀具上升(抬刀) 程序段；
5) 刀具下降(下刀) 程序段。

非運動語句主要包括：

1) 生成加工程序起始符(倒帶停止符)；
2) 編輯生成起刀點位置程序段；
3) 編輯生成啟動機(jī)床主軸、換刀、開關(guān)冷卻液等程序段；
4) 各類刀具運動程序段的編輯；
5) 其他輔助功能(M指令) 程序段的編輯等。

下面是一個由Catia自動生成的APT格式文件：

PARTNO NAME: EXAMPLE
PPRINT  MODEL=CAT_M
PPRINTNC SET=CAT_NS
MULTAX
CUTTER/ 40.0000,2.0000,18.0000,0,0000,0,0000,0.0000,100.0000
FROM/ 0.0000,0.0000,100,00000,0,000000,0.000000,1.000000PT 1
MACHIN/BAMTRI,5,230.0
SPINDL/300
COOLNT/ON
FEDRAT/500.0000
GOTO/ 0.00000,0.000000,5.0000,0.000000,0.034899,0.999391PT 2
GOTO/40.0000,20,00000,5.0000,0.00000,0.033965,0.9999423PT 3
…………
SPINDL/OFF
STOP
FINI

其中CUTTER、SPINDL/300、STOP、FINI等為非運動語句，它們所對應(yīng)的含義會在后文提到。

GOTO/ 0.00000,0.000000,5.0000,0.000000,0.034899,0.999391PT 2為運動語句。

其中0.00000,0.000000,5.0000為刀頭在工件坐標(biāo)系中的X,Y,Z值，0.000000,0.034899,0.999391為刀頭在工件坐標(biāo)系中的單位矢量方向。這兩組數(shù)據(jù)用來描述刀具所在的空間位置，這個位置需要在后置處理中改成機(jī)床所接受的描述方式。PT 2表示這是刀具的第2次走刀后到達(dá)的位置。

1．后置處理的幾何算法

使用商用CAD/CAM軟件得到的是APT格式的文件，這種文件使用的是工件坐標(biāo)系，給出的是刀頭的位置與刀具的矢量方向。而一般五軸機(jī)床是以轉(zhuǎn)軸中心為控制點，所需的是轉(zhuǎn)軸中心點的位置與刀具旋轉(zhuǎn)的角度A,B以及進(jìn)刀因數(shù)E。故，需要進(jìn)行幾何運算實現(xiàn)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換。對于具體的計算過程，在[4]與[5]、[6]中均有較為詳細(xì)的描述。

對于不同的機(jī)床，其所需描述刀具位置的因素也可能不同，甚至坐標(biāo)系的確定也不一致。故，難以有較為統(tǒng)一的算法來確定坐標(biāo)上的轉(zhuǎn)換。但是坐標(biāo)轉(zhuǎn)化的思想是相同的，即通過空間幾何的方法，將APT文件中的機(jī)床刀頭位置與刀具矢量方向轉(zhuǎn)變?yōu)榫唧w機(jī)床所需的數(shù)字量。

2．后置處理的譯碼

APT文件中并不包含一般機(jī)床所用的G代碼或是M代碼，而是用GOTO、STOP等語句來描述機(jī)床的動作，后置處理的譯碼既是將這些一般性語句改成專門的機(jī)床運動語句。下面是一些APT中的常用語句所代表的含義。讀者可以根據(jù)機(jī)床的語法來對應(yīng)相應(yīng)的描述。

表1APT常用語語意

3．程序設(shè)計框圖

圖3 [4]中給出的后置處理過程圖

這是[4]中給出的一個后置處理過程圖，其進(jìn)行了由大型商用軟件Catia所產(chǎn)生的APT文件到MACS5000五坐標(biāo)數(shù)控龍門銑床數(shù)控程序的后置處理文件的編寫。從過程上看，后置處理分為運動語句的后置處理與非運動語句的后置處理兩部分，運動語句的處理主要是位置因素的計算，而非運動語句則是APT語句到NC代碼語句的轉(zhuǎn)化。這個流程圖代表了一般后置處理的過程。

四．結(jié)論

總體來說，由于機(jī)床程序的多樣性，很難找到一個通用的方法對APT文件進(jìn)行后置處理。使用最廣乏的仍舊是一對一的編程方式。在程序的編制過程中，對機(jī)床坐標(biāo)轉(zhuǎn)化的把握，以及機(jī)床語言的熟悉程度是決定后置處理程序好壞的關(guān)鍵。對機(jī)床的了解主要包括，刀具位置描述所需的因素，坐標(biāo)原點的位置，進(jìn)給量、轉(zhuǎn)速等的描述方法，運動的描述以及一些特殊的語法。

后置處理得到的結(jié)果可能是錯誤的，其原因可能是因為后置處理的翻譯過程存在問題。也可能是APT刀軌本身具有一定的問題，需要通過一定的手段來檢驗NC代碼的準(zhǔn)確性。一般可以直接運行來檢驗其正確性，也可以使用一定的數(shù)控仿真軟件進(jìn)行模擬仿真來驗證其準(zhǔn)確性。

后置處理的研究是機(jī)床程序語言不通用性的產(chǎn)物，也必然會隨著機(jī)床控制通用性的實現(xiàn)而消亡。而機(jī)器人操作PC化的趨勢也許會使機(jī)床的控制的通用性成為現(xiàn)實，那時，后置處理也會越來越少的受人關(guān)注。