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数控论文

MasterCAM9针对KVC650

加工中心专用后置处理器的设定和应用

摘 要：

自从我校购买自贡KVC650加工中心后，由于MASTERCAM没有专门针对该设备的后处理，在教学和生产中使用容易出错，本文通过对MasterCAM9后置处理程序的结构及使用原理的分析，结合基于FANUC-OI数控系统的KVC650加工中心的编程特点，在通用后处理的基础上开发了专用的后置处理程序，使MasterCAM9生成的程序能够直接应用于KVC650加工中心的加工，在提高了程序的准确和加工的效率的同时，也为同类型的机床修改后处理提供了参考。

关键词：

MasterCAM；KVC650；后置处理程序；数控代码;刀具数据文件

1前言

   MasterCAM是由美国CNCSoftware公司率先开发的CAD/CAM软件系统，其丰富的三维曲面造型设计、数控加工编程的功能尤其适合航空航天、汽车、模具等行业。

它的数控加工编程功能轻便快捷，特别适合车间级和小型公司的生产与发展，由于该软件率先移植到个人PC上，使得它在国内外得到了非常广泛的应用。

MasterCAM系统可提供2～5轴铣削、车削、变锥度线切割4轴加工等编程功能。

目前三轴铣削在模具和其他行业的应用最为广泛，它采用图形交互式自动编程方法实现NC程序编制，在数控加工行业有着广泛的市场。

其数控加工程序的自动产生是受软件的后置处理功能控制的，不同的加工模块和不同的数控系统对应着不同的后处理文件。

我校新购进的KVC-650加工中心，配置的数控系统是FANUC-OI，由于机床自身的特点，MasterCAM9软件自带的FANUC专用后处理生成的NC代码需要人工做大量的修改，既不方便又易出差错。

为了发挥软件CAM模块的最佳效果，提高加工效率，本文根据MasterCAM9的通用后置处理程序，结合KVC-650加工中心和FANUC-OI系统的特点，开发出专用的后置处理程序，以便MasterCAM生成的NC程序能直接用于加工生产。

   2后置处理技术

2.1后置处理的概念及常用的编制方法

自动编程根据所绘图形经过刀具轨迹计算产生的是刀具数据（Cutterlocationdate）文件，而不是数控程序，因此，这时需要设法把刀位数据文件转变成指定机床能执行的数控程序，CAD/CAM软件生成的刀位数据文件转换成指定数控机床能执行的数控程序的过程就称为后置处理。

图形化编程软件所生成的NCI代码，都需要经过特定的后置处理设置，才能生成适应于特定数控系统的NC代码。

NC后置处理软件常用的4种编制方式

（1）利用高级语言将刀位记录转换成数控指令代码，这种方式的优点是灵活性高，缺点是工作量大，程序编制困难。

（2）软件商提供一个交互式后处理书写器（PostWriter），用来确定一些具体参数，用户回答后，就形成了针对具体机床的后处理软件。

这种方式的优点是简单方便，缺点是形成的数控文件灵活性差，难以令用户随心所欲。

   （3）软件厂家为各种控制系统和不同布局的机床编制专用后处理程序，优点是无需用户自己开发，缺点是购新机床时，需补充订购该机床的专用后处理程序。

   （4）软件厂家提供一个软件编制工具包，它提供一套语法规则，由用户编制针对具体机床的专用后处理程序，特点是既灵活又简便，一般提供一个通用的Post软件包，做后置处理操作时，Post负责调入机床文件及刀位文件，并根据刀位文件语句，由Post去调用机床文件中相应的宏（子程序），该宏将刀位记录转换成相应机床的指令格式并进行必要的计算。

这种方式是MASTERCAM所使用的NC后处理方式。

2.2后置处理的流程

后处理的主要任务是根据具体机床运动结构形式和控制指令格式，将前置计算的刀位轨迹数据变换为机床各轴的运动数据，并按其控制指令格式进行转换，成为数控机床的加工程序。

对刀位轨迹进行后处理转换时，首先根据具体的机床运动结构来确定运动变换关系，由此将前置计算的刀位轨迹数据变换并分解到机床的各个运动轴上，获得各坐标轴的运动分量。

运动变换关系取决于具体机床的运动结构配置，机床坐标轴的配置不同，其变换关系也不相同。

这里要考虑机床种类及机床配置、程序起始控制、程序块及号码、准备功能、辅助功能、快速运动控制、直线圆弧插补进给运动控制、暂停控制、主轴控制、冷却控制、子程序调用、固定循环加工控制、刀具补偿、程序输出格式转换、机床坐标系统变换及程序输出等。

格式转换主要包括数据类型转换与圆整、字符串处理、格式输出等内容。

算法处理主要包括坐标运动变换、跨象限处理、进给速度控制等内容。

后置处理流程见图1所示。

图1后置处理流程图

 2.3MasterCAM9后置处理文件格式

MasterCAM9系统的后置处理由两部分文件组成，可执行文件和机床特性文件。

可执行文件是不允许用户修改的，如铣床为Mp.dll文件，车床为Mpl.dll文件；机床特性数据文件是用ASCII代码编写的，其扩展名为pst，称为pst文件，pst文件提供了更改NC代码的方法，以便适应于选定的数控系统和机床，其内容包括：

机床类型、坐标输出格式、G代码和M代码的分配、文件头数据、控制系统名及注释数据的输出等信息。

后置生理器Mp文件和pst文件必须相互依赖才能正常工作，Mp文件按pst文件来设置其开关量，pst不能用于其它软件的后处理器。

2.3.1MasterCAM9的nci文件

   MasterCAM9中刀位文件是nci为扩展名，它是一个中间文件，以ASCII码编写，包含了完成一个零件加工并产生NC程序的所有必须信息，主要有：

确定机床运动模式、计算移动距离、计算轮廓运动、将运动置于机床坐标下，进给速度计算等。

这些信息大都来源于参数屏幕的定义参数。

信息按两行排列，第一行是操作行，用简单的数字表示操作类型，如直线运动、圆弧运动、孔加工循环等；第二行是数据行，包含了定义操作所需的信息。

   其中操作类型分为四组：

①运动操作指令：

快速进给、直线和圆弧插补、5轴插补等指令；②循环操作类指令：

孔加工循环及车、铣加工固定循环等指令；③文件格式指令：

NC程序开始、结束格式；④杂项操作指令：

定义杂项整数、参数等。

   2.3.2MasterCAM9的pst文件

   由于Mp文件不可修改，因此MasterCAM9的后置处理的任务是对pst文件进行修改和定制，以设置Mp文件的开关量。

不同系统的后处理文件它们的指令代码和格式定义虽各不相同中，但MasterCAM9系统的所有pst文件基本上都由以下几个部分组成：

   1.注解 后置处理的有关注释和信息，在程序的每一行前用符号“#”开头，其后的文字的注解不影响程序的执行。

如：

#PostName:

KVC-650（定义后置处理器名称）

      #mi2-Absolute,orIncrementalpositioning

0=absolute

1=incremental

表示mi2定义编程时数值给定方式，若mi=0为绝对值编程，mi=1为增量值编程。

在这一部分里，定义了数控系统编程的所有准备功能G代码格式和辅助功能M代码格式。

2.程序纠错

程序中可以插入文字提示来帮助纠错，并显示在屏幕上。

如：

#Errormessages（错误信息）

psuberror#Arcoutputnotallowed

"ERROR-WRONGAXISUSEDINAXISSUBSTITUTION",e

如果展开图形卷成旋转轴时，轴替换出错，则在程序中会出现上面引号中的错误提示。

3.定义变量的数据类型、使用格式和常量赋值

如规定G代码和M代码是不带小数点的两位整数，多轴加工中心的旋转轴的地址代码是A、B和C，圆弧长度允许误差为0.002，系统允许误差为0.00005，进给速度最大值为10m/min等。

4.定义问题

可以根据机床加工需要，插入一个问题给后置处理程序执行。

如定义NC程序的目录，定义启动和退出后置处理程序时的C-Hook程序名。

5.字符串列表

字符串起始字母为s，可以依照数值选取字符串，字符串可以由两个或更多的字符来组成。

字符串sg17，表示指定XY加工平面，NC程序中出现的是G17，scc1表示刀具半径左补偿，NC程序中出现的是G41，字符串sccomp代表刀具半径补偿建立或取消。

6.自定义单节

可以让使用者将一个或多个NC码作有组织的排列。

自定义单可以是公式、变量、特殊字符串等：

pwcs#G54+coordinatesettingattoolchange

ifmil>1,pwcs_g54

表示用pwcs单节指代#G54+在换刀时坐标设定值，mil定义为工件坐标系（G54~G59）

7.预先定义的单节

使用者可按照数控程序规定的格式将一个或多个NC代码作有组织的排列，编排成一条程序段。

8.系统问答

后置处理软件提出了五组问题，供使用者回答，可按照注解文字、赋值变量、字符串等内容，根据使用的机床、数控系统进行回答。

  2.4专用后置处理系统设定的依据

  MasterCAM采用的是专用后置处理系统，软件本身提供了多种数控系统的标准后置处理文件，可生成供多种数控机床使用的NC代码。

但是在使用过程中常遇到软件没有提供后置处理器的数据控系统，这样用户必须根据数控系统的程序格式、各种功能代码及格式、各种参数初始值和默认值，来编写MasterCAM的后处理文件，以生成所需的加工程序。

在后置处理系统设定的过程中，尽管不同类型的数控系统之间和不同类型的数控机床之间的指令和程序段格式不尽相同，彼此之间有一定的差异，但它们之间具有一些共同特性，这些共同特性是基于通用后置处理来设计专用后处理的依据

3KVC-650加工中心的后置处理的设定

   3.1KVC650加工中心及NC编程的特点

 1.  KVC650加工中心为四川自贡长征机床厂生产的小型立式加工中心，刀库容量为16把刀，采用盘式自动换刀装置，刀库只需作左右移动，以刀座编码方式选刀，系统对刀库中每个刀座编码，换刀时，在换刀点先将主轴上的刀具取下，放到原来的刀座中，再取出程序指定的刀号，选刀动作与换刀动作是一个连续的过程。

其指令格式为：

N  M06T12

2.KVC-650加工中心没有配备A轴功能，所以在NC程序中不能有A指令

3.KVC650加工中心的程序中，在程序开头必须使用G54指令。

4.KVC650加工中心可以使用G81、G83循环孔加工指令

5.KVC650加工中心程序结束后无须回机床参考点

3.2 KVC-650加工中心专用后置处理文件的设计

对特定的数控系统和机床定制后置处理是相当复杂的，必须先了解机床用户手册、机床原点和各坐标轴的行程、各轴进给速度、主轴转速范围、机床控制和编程手册、机床M代码和G代码、地址寄存器及其格式要求等情况的基础上，对MasterCAM中的pst文件的预定义的6个基本模块进行设计，再定制组成基本模块的用户自定义后处理模块，接着修改或重新定义用户自定义后处理模块的变量。

下面针对KVC-650机床本身及NC程序的特点对MASTERCAM后处理进行修改：

首先用记事本打开MASTERCAM安装目录下的MPFAN.FST文件，按下列方法进行操作

1.G54的改动  

          按CTRL+F查出StartofFileandToolchangeSetup这一选项：

在下面的程序中找到

      pbld,n,*sgcode,*sgplane,"G40","G49","G80",*sgabsinc,e

将其改为

    pbld,n,*sgcode,*sgplane,"G40","G49","G80",*sgabsinc,“G54",e

程序将由

      G0G17G40G49G80G90

改为

      G0G17G40G49G80G90G54  

其中“”表示字符串强制输出

2.G21的改动

        找到 pbld,n,*smetric,e  程序行

    在其前面加一#将他设置为注释部分，即可不输出G21代码

G21是代表公制，G20是代表英制

改为：

# pbld,n,*smetric,e

  3.时间和程序名的改动

        搜索DATE=DD-MM-YY，这一行是程序创建的时间，可以改成想要的字符

4.在程序中取消第4轴的A代码：

  在查找对话框中输入“RotaryAxis”，起结果所在行为：

164．EnableRotaryAxisbutton?

y

将其改为

164．EnableRotaryAxisbutton?

n

NC程序修改前所对应的位置指令为：

G0G90G54X45。

78Y23。

87A0S800M03

修改后

GOG90G54X45。

78Y23。

87S800M03

另一个A0指令在NC程序文件的结尾，修改后就不会出现

5.输出钻孔循环指令：

查找“usecandrill”，其所在行为：

usecandrill:

no#Usecannedcyclefordrill

usecanpeck:

no#Usecannedcycleforpeck

将其改为

usecandrill:

yes#Usecannedcyclefordrill

usecandpeck:

yes#Usecannedcycleforpeck

NC程序在对应的位置将会输出G83的循环指令

6.删除回原点指令：

查找“*sg28ref”，其结果所在位置：

Pcan1,pbld,n,sgabsinc.sgcode,*sg28ref,“z0”,scoolant,strcantext,e

Pbld,n,*sg28ref,“X0”，“Y0”，Protertinc,e

将其改为：

Pcan1,pbld,n,scoolant,strcantext,e

#Pbld,n,*sg28ref,“X0”，“Y0”，Protertinc,e

在程序中将不在出现G28X0。

Y0。

A0。

通过以上的修改，将文件存盘后，就可以正常使用了。

3.3经过专用后处理文件的比较

下面的程序是没有经过设定的后处理编制出来的程序，在图中标志出来的位置是需要修改的地方

下图是经过重新设定后处理编制出来的程序，可以看出在上图标示位置已经进行了修改：

4.结束语

   经过上述方法设计后专用后置处理程序所生成的NC代码，能够正常加工出刀具路径文件，不需人工作二次处理，可以在配有FANUC-OI系统的KVC650加工中心上直接应用，加工各种类型的零件，从而极大地提高了MasterCAM9编程效率，如果需要在其他数控系统下设定后处理文件，可以参考以上修改步骤。

参考文献

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北京：

机械工业出版社，2005

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化学工业出版社，2002 

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国防工业出版社，2004

[4]王建国.MasterCAM五轴后处理的运用。

《CAD/CAM与制造业信息化》2005

[5]FANUCOI系统操作手册．北京发拉科机电有限公司.