基于NX的华中数控818系统四轴后处理研究❋

陆龙福，付天翼

（1.黄冈职业技术学院，湖北 黄冈 438002；2.黄冈技师学院，湖北 黄冈 438000）

1 基于NX平台的后置处理（PostBuilder）研究

NX/PostBuilder一般有两种方法，一种是根据NX/CAM系统生成的刀路轨迹产生刀位数据源文件（CLS），然后利用CLS进行后置处理的创建；另一种是直接利用NX/PostBuilder进行后置处理的创建。前一种方法只能对当前所生成的刀轨进行后处理，后一种方法由于与CLS无关，所以适用于所有还未生成CLS文件的操作程序。本文将采用第二种方法对NX/PostBuilder进行研究与创建。

NX/PostBuilder是NX系统自带的工具，用户可结合现有的机床数控系统，以及机床的类型、特性等，建立相应的事件处理和事件定义文件，即后处理文件。

1.1 NX/Post的结构

NX/Post的结构示意图如图1所示。NX后处理过程为：首先NX Post接收Event Generator提取的NX刀具位置源程序数据（事件名称、变量等）；然后再根据事件处理器（Event Handler.tcl）文件所规定的事件进行处理；最后根据定义文件（Definition File.def）所规定的机床格式，处理输出机床数控系统所识别的NC代码。

由图1可知，后置处理器构成文件主要与Event Handler.tcl和Definition File.def有关，通过PostBuilder创建后生成的Event Handler.tcl文件和Definition File.def文件将控制机床系统进行运动，所以NX/PostBuilder的核心内容就是对Event Handler.tcl和Definition File.def这两个文件进行定义和创建。

1.2 NX/PostBuilder创建流程

图2为NX Post Builder创建流程。首先PostBuilder根据数控机床类型、特性（如三轴立式、四轴卧式等）和控制系统等信息数据进行相关事件的处理（如程序头处理、程序尾处理、G代码处理、M代码处理和机床控制轴处理等）；处理后生成的Event Handler.tcl和Definition File.def通过相应的测试验证NC代码是否正确（如可通过vericut仿真软件验证），如果正确，将直接用于处理生成相关机床类型识别的NC代码；否则将再次对PostBuilder.pui文件进行修改校正，直至正确。

图1 NX/Post的结构示意图

对于某些特殊的机床数控系统NX PostBuilder中不包含的功能，只需要单独对生成的Event Handler.tcl和Definition File.def这两文件修改符合特殊机床数控系统的格式，最后再进行相应的测试与验证即可。

2 华中数控818系统四轴数控机床后处理程序运动求解的研究

2.1 运动求解理论推导

图3为华中数控818系统四轴坐标系运动分解图。其 中，坐 标 系OmXmYmZm、OwXwYwZw和OtXtYtZt分别代表与固定轴、工件和刀具固联的坐标系。为了实现刀位数据和各轴运动数据的转换，需将代表刀位数据的OtXtYtZt和工件运动数据的OwXwYwZw进行运动转换，可分解为OwXwYwZw相对于OmXmYmZm的转动和OtXtYtZt相对于OmXmYmZm的平动两个运动。

图2 NX Post Builder创建流程图

图3 华中数控机床四轴坐标系运动分解图

起始位置设置如下：Om在OtXtYtZt的刀位点矢量为［000］T、刀轴矢量为［0 0 1］T，Om在OwXwYwZw的位置矢量为rm（mx，my，mz）；机床平动轴起始位置为rs（sx，sy，sz），转动轴起始位置为 φA、φC；工件坐标系刀轴方向和刀位点矢量分别为rh（hx，hy，hz）和ru（ux，uy，uz）。则由坐标系变换可推导出：

其中：T（rm）为位置矢量rm移动矢量变换矩阵；T（rs）为位置矢量rs移动矢量变换矩阵；T（rs－rm）为位置矢量rm至位置矢量rs的移动变换矩阵；RZ（－φC）为第四轴为Y轴时的转动变换矩阵；RX（－φA）为第四轴为X轴时的转动变换矩阵。将T（rm）＝

式（3）和式（4）即为机床的运动学模型。根据式（3）和式（4）可推导出机床坐标轴运动位移的计算结果：

由式（5）～式（9）可知，由于kA＝1，－1，因此φA不是唯一值，可以通过回转轴A′行程范围加以确定其唯一值，由sinφC＝ux/sinφA和cosφC＝uy/sinφA可得φC/φA是唯一对应的。

后置处理可以通过先提取CLS数据和ux、uy、uz、hx、hy、hz坐标值，再计算机床的转动角 φA/φC、3个平动轴sx、sy和sz，最后组合成联动四轴坐标值输出。

2.2 机床运动验证及误差补偿

由于机床受制造、装配误差、环境等各种因素的影响，在机床实际运动中或多或少会存在一定的误差。

首先进行移动行程距离验证，设机床刀具从任一点M（xm，ym，zm）移动到另一点N（xn，yn，zn），由式（7）、式（8）、式（9）计算机床移动距离，对验证理想状态下的机床移动距离与实际机床移动进行比较；然后再设机床刀具从任一点M（xm，ym，zm）移动到另一点N（xn，yn，zn）时，A轴正转A°1，反转－A°2，由式（5）、式（6）计算机床转动角度，对验证理想状态下的机床转动角度与实际机床转动角度进行比较；最后将理想状态下机床运动与实际机床运动存在的误差求差值，并以此补偿机床实际运动的误差造成的影响，通过误差补偿，更有效地提高了机床的运动精度。

3 小结

本文主要介绍基于NX/PostBuilder四轴联动数控机床后处理文件的研究与创建，通过对NX/PostBuilder后处理文件的构成要素、创建流程以及创建方法等展开研究。为了更好地将刀具位置源文件数据转换为机床各坐标轴的运动数据，以典型华中数控轴联动机床为例进行机床各轴坐标运动求解。

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