數控編程是CAD/CAM係統中最能明顯發揮效益的環節之一。對於(yu) 複雜形狀零件，數控編程通常采用自動編程係統，在實現設計、加工自動化、提高加工精度和加工質量、縮短產(chan) 品研製周期等方麵發揮著重要作用。後置處理是數控編程技術的關(guan) 鍵技術之一，並作為(wei) CAD /CAM係統與(yu) 機械製造連接的紐帶。後置處理直接影響自動編程的使用效果、零件的加工質量和機床的運行可靠性。 

國外對後置處理技術研究十分重視， 各CAD/CAM軟件廠家都研究開發了各自的通用後置處理係統；國內(nei) 對後置處理理論與(yu) 技術也進行了深入研究，取得了一定的研究成果。但是，目前很多CAD/CAM係統的用戶對軟件的使用主要是CAD模塊，對CAM模快的應用效率不高，其中一個(ge) 關(guan) 鍵的原因是軟件隻配備通用後置處理而用戶沒有根據具體(ti) 的數控機床特點進行必要的二次開發，由此生成的代碼還需要人工做大量的修改，嚴(yan) 重影響了CAM模塊的應用效果。

研究特定結構機床的坐標轉換是開發該類機床專(zhuan) 用後置處理程序必須解決(jue) 的一項關(guan) 鍵技術。本文在詳細分析雙轉台五軸數控機床坐標係及運動學的基礎上，推導出該類機床後置處理轉角計算公式、坐標轉換計算公式，開發出UCP600五軸數控機床專(zhuan) 用後置處理程序，並加工出慣性平台台體(ti) 等複雜零件，證明了本文提出的方法是可行的。

一、後置處理程序的作用

用CAD/CAM軟件進行編程時，按規定均視工件不動，而由刀具運動來完成加工動作，經過處理可得到一個(ge) 不針對具體(ti) 機床的中性刀位文件。在多軸加工中，CAD/CAM軟件生成的刀位文件中包含刀具參考點坐標值和刀軸矢量。

在實際機床上，運動的實現方式各異，有的運動由工作台實現，有的運動由刀具實現。在3直線軸(X、Y、Z )聯動情況下，編程員一般不需關(guan) 心是工作台運動還是刀具運動，因為(wei) 機床廠家均按國際標準來定義(yi) 機床的坐標係及其運動方向。多軸聯動的回轉軸運動，包括刀具擺動、工作台回轉，這就要求後處理程序針對不同情況進行不同的計算將刀位文件中刀具軌跡坐標轉換為(wei) 機床坐標及相應的回轉角度，通過代碼轉換將它們(men) 轉換成指定數控機床能執行的數控程序。

二、雙轉台式五軸數控機床的機床運動學求解

機床運動學求解，主要包括轉動軸轉動角度計算和經過轉動後的3個(ge) 移動坐標X、Y、Z 值的求解。對於(yu) 不同類型運動關(guan) 係的數控機床， 運動學求解算法是不同的。下麵以較複雜的雙轉台式五軸數控機床(圖1)為(wei) 例來討論後置處理坐標轉換及回轉角度計算方法。

雙轉台式五軸數控機床的運動坐標包括3個(ge) 移動坐標X、Y、Z和2個(ge) 轉動坐標A、C， A、C回轉軸交於(yu) 一點。

如圖2所示，CAM加工坐標係為(wei) OmXYZ，機床加工坐標係為(wei) OrXYZ， 工作台C 回轉軸與(yu) Z 軸方向一致，工作台A 回轉軸與(yu) X 軸方向一致，OrXYZ坐標係原點設在A 、C回轉軸交點上。CAM加工坐標係OmXYZ與(yu) 機床加工坐標係OrXYZ的Z軸的方向一致，其餘(yu) 二軸相互平行，OmOr=d工件可繞 坐標係X 軸轉動A

1、A、C轉角的計算

工作台(工件)相對刀具轉動，其轉角以順時針方向為(wei) 正方向。將刀軸矢量a 繞軸順時針轉動C角到 平麵上， 再將刀軸矢量繞Xc軸順時針轉動A角到與(yu) Zc坐標方向一致，如圖2所示(這樣，轉動可以保證。這樣就完成了刀軸矢量的轉換，即刀具相對於(yu) 工件的轉動或擺動。對於(yu) 雙轉台式五軸數控機床，為(wei) 實現以上轉換，工作台的動作為(wei) 工作台繞C回轉軸順時針轉動C角，工作台A回轉軸順時針轉動A角。

2、機床運動坐標X、Y、Z的計算

求刀具參考點 經工作台(工件)轉動後在機床加工坐標係OrXYZ中的位置坐標，即機床的運動坐標X、Y、Z。

(1)將CAM加工坐標係OmXYZ平移到機床加工坐標係OrXYZ，變換矩陣為(wei)

(2)刀軸矢量繞Z軸旋轉C角，變換矩陣為(wei)

(3)刀軸矢量繞X 軸旋轉A 角，變換矩陣為(wei)

則

　將式(6)展開可得

五坐標加工的機床運動坐標是刀具相對於(yu) 機床加工坐標係的坐標，而不是刀具相對於(yu) CAM加工坐標係的坐標，這也是本步計算的依據。一般情況下，由於(yu) CAM加工坐標係能夠較為(wei) 方便地移動及設置，為(wei) 了減少參數設置及計算方便，將CAM加工坐標係OmXYZ 與(yu) 機床加工坐標係OrXYZ 設置為(wei) 同一坐標係，OmOr=d=0 即 。由此，式(7)便可簡化為(wei) 式(8) ，亦即

三、CAM加工坐標係設置與(yu) UCP600五軸數控機床專(zhuan) 用後置處理程序實現

1、CAM 加工坐標係設置

刀位文件是相對CAM坐標原點和坐標軸生成的。CAM加工坐標係的原點就是機床上的程序零點(對刀點)，CAM加工坐標係的3個(ge) 軸的方向就是機床刀軌的方向，所以在確定CAM加工坐標係的方向和原點位置時，應當從(cong) 現場加工的實際需要出發，保證毛坯在機床上的位置便於(yu) 裝夾、找正和加工。

對於(yu) 多軸(4軸或5軸)聯動加工，由於(yu) 刀位文件數據需要通過後置處理程序進行坐標轉換，CAM加工坐標係的設置需反映機床部分信息及數據。

後置處理數據坐標轉換是圍繞機床加工坐標係坐標原點和坐標軸進行的，對於(yu) 雙轉台五軸加工中心，機床加工坐標係原點隻有設在A、C旋轉軸的交點，才能實現數據坐標轉換後加工程序的正確性。為(wei) 保證與(yu) 機床加工坐標係一致，CAM加工坐標係坐標原點要設置在沿C旋轉軸、距工作台端麵向下一個(ge) 旋轉軸偏置值處(見圖1) 。

2、UCP600五軸數控機床專(zhuan) 用後置處理程序的實現

UCP600五軸數控機床屬雙轉台五軸加工中心，配置了Heidenhain 430控製係統。根據解釋執行的原則，後置處理程序采用麵向對象的方法開發，采用公式(1)、(2)、(8)進行坐標轉換部分程序設計；根據機床控製係統要求進行代碼轉換部分程序設計。後置處理流程如圖3所示，程序讀入刀位文件中的數據，經過坐標轉換和代碼轉換，將數控程序輸出到相應文件中。

四、結語

本文對運動形式複雜的雙轉台五軸數控機床運動學求解進行了較為(wei) 詳細的論述，推導出該類機床後置處理轉角計算公式和坐標轉換計算公式。並且實現了UCP600五軸數控機床專(zhuan) 用後置處理程序。在該設備上加工慣性平台台體(ti) 等複雜零件的應用表明，本文開發的專(zhuan) 用後置處理程序生成的數控程序可以滿足UCP600五軸數控機床加