數(shù)控編程后處理程序的開發(fā)具有非常高的實用意義。首先可大量節(jié)省數(shù)控程序編制時間和減少程序的錯誤率及校對時間，提高數(shù)控程序的編制效率和程序質(zhì)量的同時提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量;其次，可使數(shù)控人員更深刻透徹地了解數(shù)控系統(tǒng)功能和CAD/CAM軟件包提供的后置處理模式及解決手段，進(jìn)一步提高數(shù)控技術(shù)人員的數(shù)控水平。同時對數(shù)控機(jī)床的升級改造、提高數(shù)控機(jī)床功能開發(fā)和應(yīng)用水平具有很現(xiàn)實的意義。

　　數(shù)控機(jī)床與CAD/CAM軟件推動了制造業(yè)的飛速發(fā)展，現(xiàn)有的數(shù)控系統(tǒng)和CAM軟件系統(tǒng)種類很多。數(shù)控機(jī)床NC程序和CAM軟件的刀位文件格式也表現(xiàn)出多樣性。主要表現(xiàn)各數(shù)控系統(tǒng)之間存在一定的差別，程序的兼容性較差，如典型的數(shù)控系統(tǒng)FANUC、Heidenhain、Siemens、Mazak、FIDIA、FADAL、華中數(shù)控等這些數(shù)控系統(tǒng)在程序格式、子程序調(diào)用、循環(huán)控制、插補(bǔ)算法、輸出控制、刀具補(bǔ)償?shù)确矫孢€是存在較大差異。各數(shù)控系統(tǒng)之間的數(shù)控程序無法做到共用，從而增加了從事數(shù)控加工人員的難度和重復(fù)性。

　　另一方面，CAD/CAM軟件產(chǎn)生的刀具路徑文件格式的多樣性主要表現(xiàn)在刀具路徑文件采用APT語言格式，這種語言接近于英語自然語言，它描述當(dāng)前的機(jī)床狀態(tài)及刀尖的運動軌跡。它的內(nèi)容和格式不受機(jī)床結(jié)構(gòu)、數(shù)控系統(tǒng)類型的影響。但不同的CAD/CAM軟件生成的刀具路徑文件的格式均有所不同，如“調(diào)用n號刀具，長度補(bǔ)償選用a寄存器中的值”，表示這一功能的指令在不同的CAM系統(tǒng)表述格式不同。例如幾種CAD/CAM系統(tǒng)刀位文件的表述格式如表1所示。Imspost由于其基于異構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)和CAM軟件的通用后處理軟件平臺，正好解決了這些難題。

　　表1 典型CAM平臺刀位文件格式

　　一般刀具路徑的文件有兩大類，包括標(biāo)準(zhǔn)的可讀編譯APT文件和無法編輯的二進(jìn)制文件Binary CL file。大部分的CAM都提供兩種格式，如CATIA、UGNX、Surfcam、PRO/E、Euclid等，這些CAM軟件平臺輸出的刀位文件差別還是比較大的。另外MasterCAM的NCI則是自己的文字格式檔案。后處理則各CAM軟件大都不同，如UGNX提供的UG/POST和Postbuilder、SurfCAM的SPost, Pro/NC的GPost、CATIA則用IMSPOst或德國Cnet。同時 還有專業(yè)后處理系統(tǒng)如加拿大ICam的CamPost，美國SMI的IntelliPost等。利用IMSPOST后處理可以非常方便地對相應(yīng)的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置開發(fā)，IMSPOST提供了如Funuc、Siemens、Heidenhain、Mazak、FIDIA等數(shù)控系統(tǒng)的后處理程序;其提供的宏程序功能能處理絕大多數(shù)CAM軟件的刀位文件和數(shù)控系統(tǒng)的匹配性。

　　1 Imspost的基本功能與先進(jìn)性介紹

　　IMSPOST是美國IMS公司為廣大用戶提供的基于宏匯編的后處理程序編輯器，可支持各種 CAD/CAM 軟件生成的刀位文件的后置處理，并提供了多種后置處理文件庫，可支持更廣泛的數(shù)控機(jī)床。同時它也提供了非常豐富的定制功能，可生成任意形式的后置處理文件，從而可更好地提供支持高速加工、多軸加工的后置處理。所有用戶需要的后處理程序都可以通過執(zhí)行IMSPOST后生成。在大多數(shù)情況下，用戶只需在IMSPOST軟件的對話窗口和菜單項中編輯和定義宏參數(shù)，不必進(jìn)行任何宏程序的編制就可以得到為自己機(jī)床定制的后處理文件。由于它通過對刀位文件的求解算法與程序開發(fā)，解決異構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)與 CAM 平臺之間數(shù)控程序與刀位軌跡的無縫轉(zhuǎn)換。支持異構(gòu) CAM 平臺與數(shù)控系統(tǒng)的后處理及其轉(zhuǎn)換，同時提供的宏程序非常適合于用戶進(jìn)行定制開發(fā)，同時可進(jìn)行程序代碼的刀位軌跡反求，進(jìn)行數(shù)控機(jī)床加工的仿真模擬等。

　　1.1 異構(gòu)轉(zhuǎn)換(多CAM系統(tǒng)與數(shù)控系統(tǒng))

　　Imspost系統(tǒng)提供了多種類型的機(jī)床庫和數(shù)控系統(tǒng)庫，是目前最好的后處理程序開發(fā)軟件包，能滿足所有數(shù)控機(jī)床后處理程序開發(fā)需求，方便企業(yè)生產(chǎn)需要。系統(tǒng)支持多個 CAM 平臺與數(shù)控系統(tǒng)的異構(gòu)轉(zhuǎn)換，包括典型 CAM 平臺的多種刀位源文件處理能力，多數(shù)控系統(tǒng)格式輸出與機(jī)床運動學(xué)原理的處理、數(shù)控程序的刀位源文件反求、異構(gòu)CAM平臺與數(shù)控系統(tǒng)之間的直接轉(zhuǎn)換。如表 2 所示為Imspost支持的典型CAM平臺與數(shù)控系統(tǒng)，從表 2 中可以看出，該系統(tǒng)支持幾乎現(xiàn)所有流行的CAM軟件包和數(shù)控系統(tǒng)后處理程序開發(fā)。如圖1～3所示為針對CATIA環(huán)境下的刀具軌跡，針對FIDIA KR214和FIDIA DR218兩種不同類型的五坐標(biāo)高速銑削加工中心，采用Imspost軟件包后處理生成的機(jī)床加工代碼，用戶可自由地對相應(yīng)的機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行處理，不需要單獨進(jìn)行專業(yè)開發(fā)。

　　1.2 后處理開發(fā)流程

　　使用Imspost進(jìn)行數(shù)控機(jī)床后處理程序開發(fā)的基本流程如下圖4～9所示。首先選擇數(shù)控系統(tǒng)的;然后針對相應(yīng)的機(jī)床進(jìn)行其運動學(xué)設(shè)置進(jìn)行機(jī)床組件配置。尤其是五坐標(biāo)機(jī)床其設(shè)置一定要正確，其原因是由于五坐標(biāo)機(jī)床的類型比較多，典型的配置主要有五軸轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)與擺動、五軸轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)與主軸擺動、五軸主軸回轉(zhuǎn)與擺動、五軸主軸復(fù)合擺動回轉(zhuǎn)、五軸工作臺復(fù)合擺動回轉(zhuǎn)等。其中五坐標(biāo)后處理一般都通過使用RTCP(旋轉(zhuǎn)刀具中心編程)功能來提高五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床的編程效率和機(jī)床精度調(diào)整，尤其是多軸機(jī)床的偏心和擺長問題;第三步主要進(jìn)行細(xì)節(jié)設(shè)置，包括機(jī)床坐標(biāo)軸行程、程序起始終止控制、直線圓弧插補(bǔ)控制、機(jī)床主軸及其潤滑控制、刀具補(bǔ)償?shù)?第四步如圖 7 所示主要對常用的子程序調(diào)用、循環(huán)加工控制(銑削中心的鉆孔、鏜孔循環(huán)，車削加工的端面、外圓、鏜孔、輪廓循環(huán)控制)等;第五步主要進(jìn)行程序代碼的測試，如圖 8 所示;第六步是針對數(shù)控系統(tǒng)特殊的處理，進(jìn)行用戶的宏程序開發(fā);第七步則是利用Imspost提供的機(jī)床加工仿真模擬，對相應(yīng)的數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)進(jìn)行產(chǎn)品仿真加工，以驗證用戶的后處理程序開發(fā)的正確性。

　　表2 IMSPost所支持的CAM平臺和數(shù)控系統(tǒng)

　　圖1 基于CATIA的變錐形件五坐標(biāo)加工刀具軌跡示意圖

　　圖2 Imspost后處理與異構(gòu)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)代碼轉(zhuǎn)換與反求

　　圖3 FIDIA KR214/FIDIA Dr218五坐標(biāo)機(jī)床加工錐形件代

　　圖4 數(shù)控系統(tǒng)與機(jī)床類型設(shè)置示意圖

　　圖5 機(jī)床行程與插補(bǔ)運動控制設(shè)置

　　圖6 旋轉(zhuǎn)軸及旋轉(zhuǎn)刀心編程RTCP設(shè)置

　　圖7 子程序調(diào)用與加工循環(huán)輸出控制

　　圖8 函數(shù)功能組及控制指令輸出測試

　　1.3 宏程序開發(fā)調(diào)試

　　Imspost通過使用宏程序編制測試Macro Test/Debug來提高其后處理程序開發(fā)的開放性，通過提供一系列的宏操作Macro Operations、定義關(guān)鍵宏變量Macro Variables、宏指令與宏程序完成特定的功能。包括坐標(biāo)變換、特殊格式輸出、數(shù)值計算等方面的內(nèi)容。系統(tǒng)使用一系列的宏變量和宏操作對刀位數(shù)據(jù)文件進(jìn)行數(shù)值處理。采用宏變量的思想是為了控制管理刀位文件數(shù)據(jù)。用戶必須了解數(shù)據(jù)文件的存儲結(jié)構(gòu)，宏是如何與數(shù)據(jù)進(jìn)行交互處理的，如何在宏之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞;同時必須了解IMSpost提供的宏程序語言邏輯操作，宏是如何操作用戶變量和系統(tǒng)變量的。Imspost宏程序編程方式與C、C++、Fortran等高級語言的編程語法非常接近，系統(tǒng)提供了一系列的宏操作以及五種類型的變量對刀位數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)文件進(jìn)行操作。包括系統(tǒng)變量、模態(tài)變量、全局變量、局部變量和刀位文件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)變量，變量與C語言中的參數(shù)功能相同。下面分別進(jìn)行簡要介紹：

　　(1)系統(tǒng)變量System。它是用于創(chuàng)建維護(hù)系統(tǒng)信息使用的系統(tǒng)參數(shù)，用戶可以使用關(guān)鍵字System及其變量名來定義，如系統(tǒng)時間System.Date等。任何宏均可以直接對系統(tǒng)變量進(jìn)行操作，包括安全平面設(shè)置SYSTEM.AUTO_RETRACT_SAFE、抽刀方式 SYSTEM.AUTO_RETRACT/ SYSTEM_AUTO_RETRACT_ANGLE、旋轉(zhuǎn)刀心編程RTCP功能變量 SYSTEM.COORD_RTCP、刀具交換 Tool Change Macro Variables、主軸功能控制Spindle Macro Variables、進(jìn)給速率控制Feedrate Definition Macro Variables、子程序調(diào)用與循環(huán)控制宏變量Cycles Macro Variables等。部分系統(tǒng)變量如表 3 所示。

　　表3 Imspost宏程序系統(tǒng)變量

　　(2)全局變量Global。它是由用戶根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)需求和使用需求自己創(chuàng)建的，其生命周期是在宏內(nèi)外部使用均有效的。其功能主要是針對寄存器存儲用戶設(shè)置的信息，如刀具半徑補(bǔ)償寄存器Global.CutCom_REG=”D”，鉆孔循環(huán)中Global.Cycle.REG=”Z/Q/R/P”等。系統(tǒng)變量、全局變量和模態(tài)變量均在全局范圍內(nèi)有效。局部變量Local只在宏內(nèi)部使用有效，在宏外部使用時無效。

　　(3)模態(tài)變量Mode。主要用于對不同的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行輸入輸出的格式控制，使用關(guān)鍵字Mode來標(biāo)識，可以有多級結(jié)構(gòu);如直線插補(bǔ)運動定義模態(tài)變量Mode.Motion.Move G00/Mode.Motion.Linear=G01、刀具半徑補(bǔ)償Mode.CutCom.REG G41、鉆孔循環(huán)Mode.Cycle.Drill G81、冷卻液控制Mode.CoolNT_off M09等。

　　(4)刀位文件變量CLData/CLRead。這兩組類型的變量均是系統(tǒng)變量的一種，其生命周期全程有效的。其作用主要是宏讀取刀位文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并進(jìn)行數(shù)據(jù)信息傳遞的，它們都是基于文件格式的數(shù)據(jù)信息。其中CLData是從刀位文件cld(如*.cls、*.nci、*.aptsourse)中讀入信息后傳遞到宏進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的參數(shù);而CLRead則是宏數(shù)據(jù)處理后向外部傳遞信息的參數(shù)變量。這兩組變量均使用關(guān)鍵字Minor和數(shù)據(jù)Numbers來記錄信息的，Minor為存儲關(guān)鍵字，Numbers存儲關(guān)鍵字對應(yīng)的信息，如下所述加載刀具參數(shù)信息的例子：

　　LOADTL/1.0, LENGTH, 5.0, OSETNO, 3.0

　　①當(dāng)宏LOADTL macro 被初始化時，其CLDATA存儲的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)信息存儲結(jié)構(gòu)如下:

　　CLDATA.0 = 5 (3 values + 2 Minor words) //三個數(shù)值與兩個關(guān)鍵字

　　CLDATAN.0 = 3 //數(shù)值信息為3個

　　CLDATAN.1 = 1.0

　　CLDATAN.2 = 5.0

　　CLDATAN.3 = 3.0

　　CLDATAM.0 = 2 //關(guān)鍵字信息2個

　　CLDATAM.1 = "LENGTH"

　　CLDATAM.2 = "OSETNO"

　　②當(dāng)?shù)毒卟捎糜已a(bǔ)償時，其存儲的信息表達(dá)如下：

　　CLDATAN.RIGHT.LENGTH.0 = 1

　　CLDATAN.RIGHT.LENGTH.1 = 5.0

　　CLDATAN.RIGHT.OSETNO.0 = 1

　　CLDATAN.RIGHT.OSETNO.1 = 3.0

　　GLOBAL.CUTCOM_REG = "D" //刀具寄存器存儲

　　MODE.CUTCOM.LEFT ://G41刀具左補(bǔ)償

　　MODE.CUTCOMO.RIGHT : //G42刀具右補(bǔ)償

　　MODE.CUTCOM.OFF ://G40刀具補(bǔ)償取消

　　③鉆孔循環(huán)的實例：

　　MODE.CYCLE.OFF="G80" //循環(huán)控制關(guān)閉

　　MODE.CYCLE.DRILL="G81" //模態(tài)鉆孔循環(huán)

　　CYCLE/DRILL, 0.5, IPM, 72, 0.4, 0.4

　　GOTO/1,2,3 //G81 X1. Y2. Z2.5 R3.4 F72.

　　GOTO/4,5,3 //X4. Y5.

　　CYCLE/OFF //G80

　　Imspost系統(tǒng)提供的宏操作功能函數(shù)主要用于宏之間的數(shù)據(jù)信息處理、內(nèi)外部文件信息的處理、宏內(nèi)部的邏輯控制。　　Imspost系統(tǒng)提供的宏操作主要有如IF、WHILE 、LOCATE、BREAK 、CALL 、CASE 、CLREAD 、ADD 、BOUND 、COPY 、CUT 、DELETE 、FILE 、DISPLAY 、MOVE 、OUTPUT 、PRINT 、PRIORITY 、RETURN 、RUN 、SEQNO 、SOLUTION 、SORT 、SPLIT 、TABLE 、UPDATE 。如當(dāng)后處理處理SPINDL/OFF時，系統(tǒng)輸出M5，使用宏可以在代碼行后續(xù)輸出冷卻液關(guān)閉的功能M9。同時宏操作對于數(shù)控機(jī)床加工的程序G代碼的首尾輸出控制也非常方便有效。

　　1.4 機(jī)床仿真加工模擬

　　使用Imspost開發(fā)的后處理程序后，對其進(jìn)行機(jī)床代碼的調(diào)試和機(jī)床仿真加工可非常方便的檢測后處理程序的正確性，該系統(tǒng)提供了集成環(huán)境的程序調(diào)試與機(jī)床仿真加工模擬功能，如圖9所示。尤其是對于五坐標(biāo)機(jī)床的加工，由于其機(jī)床運動復(fù)雜，手工編程很難解決程序的正確性，采用機(jī)床仿真加工模擬可以大幅度提高編程的質(zhì)量和效率，同時可以避免傳統(tǒng)的試切方式來驗證程序的正確性，不僅降低了成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量、同時大量縮短了制造周期。

　　圖9 Imspost后處理開發(fā)宏程序調(diào)試與機(jī)床仿真加工模擬

　　1.5 基于FIDIA KR214/DR218的應(yīng)用實例

　　FIDIA KR214/FIDIA DR218均為六軸五聯(lián)動高速銑削加工中心，主軸頭繞Z軸回轉(zhuǎn)和繞X軸或Y軸擺動，同時工作臺繞Z軸旋轉(zhuǎn)。由于采用六軸五聯(lián)動，因此其靈活性很大，使用非常方便。對于該類型的機(jī)床的運動配置如FIDIA DR218可以分解為主軸旋轉(zhuǎn)擺動X、Y、Z、B、C結(jié)構(gòu)形式和主軸擺動工作臺旋轉(zhuǎn)的X、Y、Z、B、W的結(jié)構(gòu)形式，如圖10所示。

　　圖10 FIDIA Dr218五坐標(biāo)運動方式示意圖

　　圖11 基于CATIA的葉輪五坐標(biāo)加工刀具軌跡示意圖

　　圖12 基于Pro/Engineer的葉輪五坐標(biāo)加工刀具軌跡示意圖

　　圖13 基于UnigraphicsNX的葉輪五坐標(biāo)加工刀具軌跡示意圖

　　使用ImsPost進(jìn)行后處理程序開發(fā)，用戶可以很方便地對程序起始塊控制指令的輸出、格式轉(zhuǎn)換進(jìn)行控制。包括數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換與圓整、字符串處理、絕對增量編程、單位輸出、程序號、準(zhǔn)備功能、輔助功能、快速運動控制、直線圓弧插補(bǔ)、進(jìn)給運動控制、暫停控制、主軸控制、刀具補(bǔ)償、冷卻控制、子程序調(diào)用、固定循環(huán)控制等。同時可以很方便地進(jìn)行坐標(biāo)變換、跨象限處理等算法處理。

　　如圖11～13所示的某葉輪的五坐標(biāo)加工，分別編制的基于Catia、Pro/E、UGNX平臺下的刀具軌跡。針對FIDIA KR214/FIDIA DR218五坐標(biāo)機(jī)床的后處理程序開發(fā)與轉(zhuǎn)換的需要，采用Imspost軟件對三種CAM平臺的刀具軌跡進(jìn)行后處理，生成的機(jī)床加工代碼經(jīng)過仿真模擬和產(chǎn)品實物的加工，完全符合產(chǎn)品科研生產(chǎn)需要。采用FIDIA KR214和FIDIA DR218加工某葉輪流道的精加工程序G代碼：

　　①FIDIA KR214葉輪流道加工程序代碼段：

　　(YELUN_LIUDAO_FINISH_OF_FIDIA KR214)

　　N0010 G96

　　N0020 G17

　　N0030 T16 M06

　　N0040 G01 X-7.888 Y70.465 Z105.543 A-68.746 C+6.387 F1500 S18000 M03

　　N0050 X-7.891 Y70.498 Z105.458 A-68.739 M08

　　N0060 X-7.906 Y70.63 Z105.117 A-68.71

　　N0070 X-7.965 Y71.159 Z103.755 A-68.584

　　N0080 X-8.085 Y72.227 Z101.036 A-68.278

　　N0090 X-6.472 Y73.587 Z98.072 A-67.864 C+5.026

　　……………………………………

　　N5100 X154.426 Y198.957 Z4.631 C-37.818

　　N5110 M02

　　②FIDIA DR218葉輪流道加工程序代碼段：

　　(YELUN_LIUDAO_FINISH_OF_FIDIA DR218)

　　N0010 G17

　　N0020 G96

　　N0030 T16 M06

　　N0040 G01 X-7.888 Y70.465 Z105.543 B-68.746 C-83.613 F1500 S18000 M03

　　N0050 X-7.891 Y70.498 Z105.458 B-68.739

　　N0060 X-7.906 Y70.63 Z105.117 B-68.71

　　N0070 X-7.965 Y71.159 Z103.755 B-68.584

　　N0080 X-8.085 Y72.227 Z101.036 B-68.278

　　N0090 X-6.472 Y73.587 Z98.072 B-67.864 C-84.974

　　……………………………………

　　N5050 X152.138 Y200.734 Z4.631 B.085

　　……………………………………

　　N5100 X154.426 Y198.957 C-127.818

　　N5110 M02

　　2 結(jié)束語

　　基于異構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)和CAM平臺的數(shù)控編程后處理專用程序ImsPost，不僅方便了用戶編程，同時大大提高了企業(yè)不同數(shù)控系統(tǒng)和CAM平臺的兼容性問題，保證數(shù)控程序質(zhì)量的同時提高了效率，提高數(shù)控程序與數(shù)控設(shè)備的管理效率。Imspost系統(tǒng)支持眾多的CAM平臺和數(shù)控系統(tǒng)，豐富的后處理程序開發(fā)調(diào)試與機(jī)床加工仿真模擬功能是從事數(shù)控加工的技術(shù)及管理人員不可或缺的后處理開發(fā)軟件平臺。