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基於 MasterCAM9. 1 的 VM-32SA 立式加工中（zhōng）心後置處理優化設計（jì）與實現研究

2020-2-24 來源：- 作者：-

摘要: 以（yǐ） VM-32SA 加工中心四軸（zhóu）機床的 NC 程序的要求為研究對（duì）象，重點闡述了對 MasterCAM9. 1 自帶後處理文件進行修改、優化的關鍵（jiàn）技術，製定出符合 VM-32SA 機床需求的後置處理文件。以搓接鼓實際（jì）加工過程為（wéi）例，檢驗後置出來NC 程序的正確（què）性。實踐結果表明: 加工過程沒有出（chū）現報警，而且加工的零件（jiàn）能滿足規定（dìng）的精度要求（qiú），從而驗證四軸後置文件的正確性，對其他控製係統機床的後置修（xiū）改有一定的（de）參考作用。

關鍵詞: MasterCAM9. 1 軟件; 後（hòu）置處理（lǐ）; 優化設計; VM-32SA 加工中心

隨著信息技術的不斷發展，CAD/CAM 技術被廣泛應（yīng）用於實際生產中，但由於市場上（shàng）數控機床（chuáng）結構和數控係統的多（duō）樣性，機床對 NC 代碼的格式要求不一（yī）樣，所以 CAD/CAM 軟件自帶的後置（zhì）處理文件生成的NC 程序不（bú）能完全滿足（zú）要（yào）求，還需要做大量的修改工（gōng）作，嚴重地影響加工效率。為提（tí）高自動編（biān）程效率，充分發揮自動（dòng）編程的優（yōu）勢，作者擬在 MasterCAM9. 1 軟件自帶後處理（lǐ）文件的基礎上進行修改、優（yōu）化，製定出符合 VM-32SA 立（lì）式加工中心的後置處理文件，生成正確的 NC 程序，並（bìng）通過產品加工驗證了該程序的（de）正確性。

1 、四軸機床結構和程序格（gé）式特點分析及問題提出

1. 1 VM-32SA 加工中心結構特點及（jí）相關參數

友嘉 VM-32SA 加工中心為四軸聯動數控機床（chuáng），機床（chuáng）的結構特點（diǎn）及各（gè）運動（dòng）軸參數（shù）是後處理內容的核心，而機床的控製係統則決定了輸出 NC 程序中 G 代碼的格式。因此，在進行機床後處理程（chéng）序（xù）構（gòu）建之（zhī）前，必須充分了解機床的結構參數和控製係統，才能（néng）保證運行後處理程序時，能滿足機（jī）床安全性及符合係統兼容性的要求。

VM-32SA 加工中心配 FANUC 數（shù）控係統，采用三軸直線機床加第（dì）四軸數控回轉台的形式，工作行程 X軸為 800 mm、Y 軸（zhóu） 520 mm、Z 軸為 505 mm; A 軸為－ 99 999. 999° ～ 99 999. 999°; 工作台麵 520 mm × 950mm; 主軸轉速 60 ～ 8 000 r / min; 功率 11 kW; 刀庫容量 22 把刀（dāo）。

1. 2 程序及程序格式特點

( 1) 程序格式包（bāo）括程序名、程序起始、刀具交（jiāo）換、加工過程、切削循環和程序結尾。FANUC 數控係統的程序名以%開頭，程序名為（wéi）以 O 開頭後麵帶 4位整數，如 O1234。( 2) 四軸（zhóu）功能: 手動或手（shǒu）輪方式下（xià）控製第四軸旋轉（zhuǎn），在自動（dòng）和 MDI 的方（fāng）式下，用程序控製第四軸旋轉，M25、M26 指令控（kòng）製旋轉控製台的夾緊與放鬆，並且旋（xuán）轉台鬆開才能旋轉（zhuǎn）。即在 NC程序中 A 角度出現前要有 M26 出現，A 角度出現後要有（yǒu） M25 出現，對工件夾緊了才可以加工。 ( 3)一個 NC 程序裏麵（miàn）隻允許出現一個坐標係。 ( 4) 換刀返回參考點時，返回第二參考點即 G30 Z0，G30X0，Y0。

1. 3 問題的提出（chū）

MasterCAM 是美國數控軟件公司所開發的 CAD /CAM 係統軟件，由於其卓越的（de）加工功能，在世界上有眾多的忠實用戶（hù），廣泛應用於（yú）武器、航空、船舶、模具等機械領域（yù）。其可靠（kào）的刀（dāo）具（jù）路徑效驗功能使MasterCAM 可模擬零件加工的整個過程（chéng），模擬中不但（dàn）能顯示刀具（jù）和夾（jiá）具，還能檢查出刀具和夾具與被加（jiā）工零件的幹涉（shè）、碰撞情況，真實反映加工過程中的實際情況，不愧為一優秀的（de） CAD/CAM 軟件。但在實際生產中，NC 程序（xù）的自動生成受到（dào）軟件的（de）後處理（lǐ）文（wén）件功能的控製（zhì），MasterCAM9. 1 自帶後處理文件是針對 FANUC 數控係統的要求開發的。用戶需要（yào）根（gēn）據機床數控係統、機床特點、加（jiā）工操作者習慣等對 Mas-terCAM9. 1 軟（ruǎn）件（jiàn）自帶的 Pst 文件進（jìn）行編輯（jí）修改，以滿足選定的數控係統的需要（yào）。

例（lì）如: ( 1) VM-32SA加工中心在進行四軸旋轉定麵加工時，NC 程序隻需要一個坐標係 G54，但 MasterCAM9. 1 軟件（jiàn）自帶的 Pst文件處理出來的 NC 程（chéng）序會出現 G55、G56、G57、G58、G59、G54. 1p1、……、 G54. 1p18 等多個坐標係，而且每增加一個旋轉定麵，後置出來的 NC 程序中就（jiù）會增（zēng）加一個坐標係，如圖 1 所示。

圖 1 自（zì）帶後處理文件後置（zhì） NC 程序圖

( 2) VM-32SA 加工中心在自動和 MDI 的方式下，用程序控製第（dì）四軸旋轉，M25、M26 指令控（kòng）製旋轉控製（zhì）台的夾緊與放鬆，並且旋轉台鬆（sōng）開（kāi）才能旋轉，如果沒有 M26、M25 指令機床（chuáng）就會報警，停止運行。但MasterCAM9. 1 自帶後處理文件（jiàn）處理出來的 NC 程序沒有 M26、M25 指令，它（tā）不能滿足 VM-32SA 加工中（zhōng）心的實際加工。 ( 3) VM-32SA 加工中心自動換刀返回參考點是第二參考點，即 G30 Z0，G30 X0，Y0，而MasterCAM9. 1 自（zì）帶後處理文件處理（lǐ）出來的 NC 程序自動換刀返回參考點是第一參考點，即 G28 Z0，G28X0，Y0，也不能滿足 VM-32SA 加工中心的實際加工。因此，有必要針對該（gāi）機床開發專用的後置處理程序，以滿足教學、實際生（shēng）產加工的需要，發揮 Mas-terCAM9. 1 軟件 CAM 模塊的最佳效果，從而提高生產效益。

作者經過大量的探（tàn）索嚐試，對 MasterCAM 自（zì）帶的後處理文件作一些修改、優化，使後置出來的 NC程序不需要人工處（chù）理，便可（kě）使用（yòng）於 VM-32SA 加工中心上。下麵是作者結合現有 VM-32SA 加工中心，對MasterCAM9. 1 後處理文件所做的修改、優化。

2 、問題解決方案

2. 1 出現多坐標係問題分析及（jí）解決方案

在四軸加工中，當一個工件幾個麵的加（jiā）工內（nèi）容（róng）相同時，例如加工搓接鼓零件，因為孔圓（yuán）周均勻分布，所以隻需做一個孔加（jiā）工的刀具路徑，通過路徑轉換裏麵的旋轉刀路來（lái）實現對其餘各孔的（de）加工，如圖 2 所示。但在旋轉定（dìng）麵刀具路徑後，後置出來的 NC 程序（xù）中會隨著（zhe）旋轉定麵次數的增加坐標係遞增（zēng）。一個加（jiā）工 24 個孔的刀具路徑，後置出來的 NC 程序坐標係會遞增，坐標係從 G54 遞增到 G54. 1P18。在實際（jì）加工（gōng）中，容（róng）易（yì）造成事故。解決上述問（wèn）題的方案如下: 通過修改和優化 MasterCAM9. 1 後處理（lǐ）文件（jiàn），在（zài）文件中（zhōng）找到程序塊名 pwcs 的源代（dài）碼，並做修改，如表 1 所示。

圖 2 搓接鼓零件圖

表 1 程序塊名 pwcs 中源代碼修改（gǎi）

上述采用 G54 是因為作（zuò）者（zhě）習慣用 G54，如果 G54被占用了，隻要（yào）把 G54 替（tì）換成 G55 或其他坐標即（jí）可，然後在程序裏找到 force_wcs : yes #Force WCS outputat every toolchange? 看 force _ wcs 後麵是（shì） “NO” 還是“YES”，如果是 “NO”，那麽修改為 “YES”。

2. 2 不出現 M26、M25 問題分析及解決方案

由於 MasterCAM9. 1 自帶後處理文件處理出（chū）來的（de）NC 程（chéng）序沒有 M26、M25 指令，把後置出來的程序上傳到 VM-32SA 加工中心進行加工時，機（jī）床就會報警，停止運行。有的操作人員通過手動修改 NC 程序，在A 角度前添加 M26 指令，在 A 角度後添加 M25 指令，這種（zhǒng）方法比較麻煩，自動化程度低，非常耗時，效率很低，且容易出錯（cuò）。所以優（yōu）化和修改 Mastercan9. 1 後處理文件是最高效、最安（ān）全的方案。方案如下: 打開Mastercan9. 1 後處理文件，在文件中找到程序塊名psof、ptlchg 的源代碼，並做修改，如表 2、表 3 所示。

表 2 程（chéng）序塊名 psof 中源代碼修改

表（biǎo） 3 程序塊名 ptlchg 中源代碼修改

2. 3 返回參考點問題分（fèn）析（xī）及解決方案（àn）

一般來說，“回零”操作也就是回 “參考點（diǎn）”指的是第一參考點，主（zhǔ）要（yào）作用是建立機床坐標係。如果機（jī）床上有自動換刀、自動拖（tuō）盤交換器（qì）等則（zé）需要第二、第三參考點，也就是確定（dìng）它們在機床（chuáng）上的（de）位置後，才能執行換刀或交換托盤動作（zuò）。通過 G28 指令執行快速（sù）複歸的點稱為第一參（cān）考點（diǎn） ( 原點（diǎn）) ，通過 G30 指（zhǐ）令複歸的點稱為第二、第三或第四參考點，也（yě）稱（chēng）為返（fǎn）回浮動參考（kǎo）點。VM-32SA 加工中心的自動換刀返（fǎn）回參考（kǎo）點是第二（èr）參考點，即 G30 Z0，G30 X0，Y0，而MasterCAM9. 1 後處理文件出來的返回參（cān）考點是第一參考點（diǎn），即 G28 Z0，G28 X0，Y0。為了解決上述的問題，打開 Mastercan9. 1 後（hòu）處理文件，在文（wén）件中找（zhǎo）到程序塊名 psof 的源代碼，並做修改，如表 4 所示。

表 4 程序塊名 psof 中源代碼修改

將用上述（shù）方法修改和優化的 MasterCAM9. 1 後（hòu）置NC 文件保存為 VM-32SA-4AXIS. PST，下麵以搓接鼓自（zì）動編程加（jiā）工（gōng）為例，驗證（zhèng）後置文件 VM-32SA-4AXIS. PST 的準確性。

3 、以搓接鼓加工為例

在 MarsterCAM 軟件中利（lì）用 CAM 模塊完成加工類型、加工形狀、加工刀具（jù）選擇、加工餘量及切削參數及其他加（jiā）工參數的（de）設置，編（biān）製（zhì）刀具路徑。由於特征在圓周上（shàng）分布均（jun1）勻，隻要做出一個的刀路（lù），利用 Mas-terCAM 軟件四軸加工（gōng）編程（chéng）的旋轉功能來加（jiā）工其（qí）餘的特征。方法: 在操作（zuò）管理器中鼠標右（yòu）鍵單（dān）擊 “刀具路徑（jìng）”、“路（lù）徑轉換”、“旋轉”，在旋轉界麵裏設置參數，旋轉次（cì）數為 n－1 次，旋轉角度為 360 /n，其中 n為特征圓周分布的數量，然後選擇 “對視（shì）角旋轉”完成（chéng）其餘的 23 個孔定（dìng）孔中心工作。

模（mó）擬仿真加工結果如圖 3 所示（shì），實（shí）體切削仿真完成後，滿足加工要求，保存文檔，執行後處理，文件選取（qǔ） VM-32SA-4AXIS. PST，打開 Save NCI、Save NC 檔及 Edit，確（què）定後係統（tǒng）自動生成 NCI 文件和 NC 加工程序。VM-32SA-4AXIS. PST 文件後置出來的 NC 程序如圖 4、圖5 所示。把後置處（chù）理（lǐ）的 NC 程序上傳到（dào） VM-32SA 加工中心進行實際切削驗證，完全符合 VM-32SA 加（jiā）工中心的要求。實際加（jiā）工結果如圖 6 所示。對其工件進行測量，實踐（jiàn）結果表明: 能滿（mǎn）足零件加工的（de）精度要求，從而驗證（zhèng）四軸後置處（chù）理的正（zhèng）確性。

圖 3 搓接鼓模（mó）擬（nǐ）加工圖

圖 4 優化後坐標係及四軸鬆開和（hé）夾緊 NC 程序圖（tú）

圖 5 優化後返回參考（kǎo）點 NC 程序圖

圖 6 實際完（wán）成加工圖（tú）

4 、結束語

作者經過反複修改與（yǔ）調試，成功地（dì）開發出了適合VM-32SA 機床應用的 MasterCAM 9. 1 後處理程（chéng）序文件（jiàn）。通過實踐檢驗，成功地解決了實際（jì）教學和實際生產中的問題（tí）。後置出來的 NC 程序不用手動修改，就可以直（zhí）接上傳到機床加工，大大縮短了程序的修改及加工時（shí）間，提高（gāo）了生產效率。

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