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基于 MasterCAM9. 1 的 VM-32SA 立式加工中心后置處理優化設計與實現研究

2020-2-24 來源：- 作者：-

摘要: 以 VM-32SA 加工中心四軸機床的 NC 程序的要求為研究對象，重點闡述了對 MasterCAM9. 1 自帶后處理文件進行修改、優化的關鍵技術，制定出符合 VM-32SA 機床需求的后置處理文件。以搓接鼓實際加工過程為例，檢驗后置出來NC 程序的正確性。實踐結果表明: 加工過程沒有出現報警，而且加工的零件能滿足規定的精度要求，從而驗證四軸后置文件的正確性，對其他控制系統機床的后置修改有一定的參考作用。

關鍵詞: MasterCAM9. 1 軟件; 后置處理; 優化設計; VM-32SA 加工中心

隨著信息技術的不斷發展，CAD/CAM 技術被廣泛應用于實際生產中，但由于市場上數控機床結構和數控系統的多樣性，機床對 NC 代碼的格式要求不一樣，所以 CAD/CAM 軟件自帶的后置處理文件生成的NC 程序不能完全滿足要求，還需要做大量的修改工作，嚴重地影響加工效率。為提高自動編程效率，充分發揮自動編程的優勢，作者擬在 MasterCAM9. 1 軟件自帶后處理文件的基礎上進行修改、優化，制定出符合 VM-32SA 立式加工中心的后置處理文件，生成正確的 NC 程序，并通過產品加工驗證了該程序的正確性。

1 、四軸機床結構和程序格式特點分析及問題提出

1. 1 VM-32SA 加工中心結構特點及相關參數

友嘉 VM-32SA 加工中心為四軸聯動數控機床，機床的結構特點及各運動軸參數是后處理內容的核心，而機床的控制系統則決定了輸出 NC 程序中 G 代碼的格式。因此，在進行機床后處理程序構建之前，必須充分了解機床的結構參數和控制系統，才能保證運行后處理程序時，能滿足機床安全性及符合系統兼容性的要求。

VM-32SA 加工中心配 FANUC 數控系統，采用三軸直線機床加第四軸數控回轉臺的形式，工作行程 X軸為 800 mm、Y 軸 520 mm、Z 軸為 505 mm; A 軸為－ 99 999. 999° ～ 99 999. 999°; 工作臺面 520 mm × 950mm; 主軸轉速 60 ～ 8 000 r / min; 功率 11 kW; 刀庫容量 22 把刀。

1. 2 程序及程序格式特點

( 1) 程序格式包括程序名、程序起始、刀具交換、加工過程、切削循環和程序結尾。FANUC 數控系統的程序名以%開頭，程序名為以 O 開頭后面帶 4位整數，如 O1234。( 2) 四軸功能: 手動或手輪方式下控制第四軸旋轉，在自動和 MDI 的方式下，用程序控制第四軸旋轉，M25、M26 指令控制旋轉控制臺的夾緊與放松，并且旋轉臺松開才能旋轉。即在 NC程序中 A 角度出現前要有 M26 出現，A 角度出現后要有 M25 出現，對工件夾緊了才可以加工。 ( 3)一個 NC 程序里面只允許出現一個坐標系。 ( 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

MasterCAM 是美國數控軟件公司所開發的 CAD /CAM 系統軟件，由于其卓越的加工功能，在世界上有眾多的忠實用戶，廣泛應用于武器、航空、船舶、模具等機械領域。其可靠的刀具路徑效驗功能使MasterCAM 可模擬零件加工的整個過程，模擬中不但能顯示刀具和夾具，還能檢查出刀具和夾具與被加工零件的干涉、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 CAD/CAM 軟件。但在實際生產中，NC 程序的自動生成受到軟件的后處理文件功能的控制，MasterCAM9. 1 自帶后處理文件是針對 FANUC 數控系統的要求開發的。用戶需要根據機床數控系統、機床特點、加工操作者習慣等對 Mas-terCAM9. 1 軟件自帶的 Pst 文件進行編輯修改，以滿足選定的數控系統的需要。

例如: ( 1) VM-32SA加工中心在進行四軸旋轉定面加工時，NC 程序只需要一個坐標系 G54，但 MasterCAM9. 1 軟件自帶的 Pst文件處理出來的 NC 程序會出現 G55、G56、G57、G58、G59、G54. 1p1、……、 G54. 1p18 等多個坐標系，而且每增加一個旋轉定面，后置出來的 NC 程序中就會增加一個坐標系，如圖 1 所示。

圖 1 自帶后處理文件后置 NC 程序圖

( 2) VM-32SA 加工中心在自動和 MDI 的方式下，用程序控制第四軸旋轉，M25、M26 指令控制旋轉控制臺的夾緊與放松，并且旋轉臺松開才能旋轉，如果沒有 M26、M25 指令機床就會報警，停止運行。但MasterCAM9. 1 自帶后處理文件處理出來的 NC 程序沒有 M26、M25 指令，它不能滿足 VM-32SA 加工中心的實際加工。 ( 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 自帶后處理文件處理出來的 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，有必要針對該機床開發專用的后置處理程序，以滿足教學、實際生產加工的需要，發揮 Mas-terCAM9. 1 軟件 CAM 模塊的最佳效果，從而提高生產效益。

作者經過大量的探索嘗試，對 MasterCAM 自帶的后處理文件作一些修改、優化，使后置出來的 NC程序不需要人工處理，便可使用于 VM-32SA 加工中心上。下面是作者結合現有 VM-32SA 加工中心，對MasterCAM9. 1 后處理文件所做的修改、優化。

2 、問題解決方案

2. 1 出現多坐標系問題分析及解決方案

在四軸加工中，當一個工件幾個面的加工內容相同時，例如加工搓接鼓零件，因為孔圓周均勻分布，所以只需做一個孔加工的刀具路徑，通過路徑轉換里面的旋轉刀路來實現對其余各孔的加工，如圖 2 所示。但在旋轉定面刀具路徑后，后置出來的 NC 程序中會隨著旋轉定面次數的增加坐標系遞增。一個加工 24 個孔的刀具路徑，后置出來的 NC 程序坐標系會遞增，坐標系從 G54 遞增到 G54. 1P18。在實際加工中，容易造成事故。解決上述問題的方案如下: 通過修改和優化 MasterCAM9. 1 后處理文件，在文件中找到程序塊名 pwcs 的源代碼，并做修改，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

上述采用 G54 是因為作者習慣用 G54，如果 G54被占用了，只要把 G54 替換成 G55 或其他坐標即可，然后在程序里找到 force_wcs : yes #Force WCS outputat every toolchange? 看 force _ wcs 后面是 “NO” 還是“YES”，如果是 “NO”，那么修改為 “YES”。

2. 2 不出現 M26、M25 問題分析及解決方案

由于 MasterCAM9. 1 自帶后處理文件處理出來的NC 程序沒有 M26、M25 指令，把后置出來的程序上傳到 VM-32SA 加工中心進行加工時，機床就會報警，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 角度后添加 M25 指令，這種方法比較麻煩，自動化程度低，非常耗時，效率很低，且容易出錯。所以優化和修改 Mastercan9. 1 后處理文件是最高效、最安全的方案。方案如下: 打開Mastercan9. 1 后處理文件，在文件中找到程序塊名psof、ptlchg 的源代碼，并做修改，如表 2、表 3 所示。

表 2 程序塊名 psof 中源代碼修改

表 3 程序塊名 ptlchg 中源代碼修改

2. 3 返回參考點問題分析及解決方案

一般來說，“回零”操作也就是回 “參考點”指的是第一參考點，主要作用是建立機床坐標系。如果機床上有自動換刀、自動拖盤交換器等則需要第二、第三參考點，也就是確定它們在機床上的位置后，才能執行換刀或交換托盤動作。通過 G28 指令執行快速復歸的點稱為第一參考點 ( 原點) ，通過 G30 指令復歸的點稱為第二、第三或第四參考點，也稱為返回浮動參考點。VM-32SA 加工中心的自動換刀返回參考點是第二參考點，即 G30 Z0，G30 X0，Y0，而MasterCAM9. 1 后處理文件出來的返回參考點是第一參考點，即 G28 Z0，G28 X0，Y0。為了解決上述的問題，打開 Mastercan9. 1 后處理文件，在文件中找到程序塊名 psof 的源代碼，并做修改，如表 4 所示。

表 4 程序塊名 psof 中源代碼修改

將用上述方法修改和優化的 MasterCAM9. 1 后置NC 文件保存為 VM-32SA-4AXIS. PST，下面以搓接鼓自動編程加工為例，驗證后置文件 VM-32SA-4AXIS. PST 的準確性。

3 、以搓接鼓加工為例

在 MarsterCAM 軟件中利用 CAM 模塊完成加工類型、加工形狀、加工刀具選擇、加工余量及切削參數及其他加工參數的設置，編制刀具路徑。由于特征在圓周上分布均勻，只要做出一個的刀路，利用 Mas-terCAM 軟件四軸加工編程的旋轉功能來加工其余的特征。方法: 在操作管理器中鼠標右鍵單擊 “刀具路徑”、“路徑轉換”、“旋轉”，在旋轉界面里設置參數，旋轉次數為 n－1 次，旋轉角度為 360 /n，其中 n為特征圓周分布的數量，然后選擇 “對視角旋轉”完成其余的 23 個孔定孔中心工作。

模擬仿真加工結果如圖 3 所示，實體切削仿真完成后，滿足加工要求，保存文檔，執行后處理，文件選取 VM-32SA-4AXIS. PST，打開 Save NCI、Save NC 檔及 Edit，確定后系統自動生成 NCI 文件和 NC 加工程序。VM-32SA-4AXIS. PST 文件后置出來的 NC 程序如圖 4、圖5 所示。把后置處理的 NC 程序上傳到 VM-32SA 加工中心進行實際切削驗證，完全符合 VM-32SA 加工中心的要求。實際加工結果如圖 6 所示。對其工件進行測量，實踐結果表明: 能滿足零件加工的精度要求，從而驗證四軸后置處理的正確性。