數控編程后處理程序的開發具有非常高的實用意義。首先可大量節省數控程序編制時間和減少程序的錯誤率及校對時間，提高數控程序的編制效率和程序質量的同時提高產品的生產效率和產品質量;其次，可使數控人員更深刻透徹地了解數控系統功能和CAD/CAM軟件包提供的后置處理模式及解決手段，進一步提高數控技術人員的數控水平。同時對數控機床的升級改造、提高數控機床功能開發和應用水平具有很現實的意義。

　　數控機床與CAD/CAM軟件推動了制造業的飛速發展，現有的數控系統和CAM軟件系統種類很多。數控機床NC程序和CAM軟件的刀位文件格式也表現出多樣性。主要表現各數控系統之間存在一定的差別，程序的兼容性較差，如典型的數控系統FANUC、Heidenhain、Siemens、Mazak、FIDIA、FADAL、華中數控等這些數控系統在程序格式、子程序調用、循環控制、插補算法、輸出控制、刀具補償等方面還是存在較大差異。各數控系統之間的數控程序無法做到共用，從而增加了從事數控加工人員的難度和重復性。

　　另一方面，CAD/CAM軟件產生的刀具路徑文件格式的多樣性主要表現在刀具路徑文件采用APT語言格式，這種語言接近于英語自然語言，它描述當前的機床狀態及刀尖的運動軌跡。它的內容和格式不受機床結構、數控系統類型的影響。但不同的CAD/CAM軟件生成的刀具路徑文件的格式均有所不同，如“調用n號刀具，長度補償選用a寄存器中的值”，表示這一功能的指令在不同的CAM系統表述格式不同。例如幾種CAD/CAM系統刀位文件的表述格式如表1所示。Imspost由于其基于異構數控系統和CAM軟件的通用后處理軟件平臺，正好解決了這些難題。

　　表1 典型CAM平臺刀位文件格式

　　一般刀具路徑的文件有兩大類，包括標準的可讀編譯APT文件和無法編輯的二進制文件Binary CL file。大部分的CAM都提供兩種格式，如CATIA、UGNX、Surfcam、PRO/E、Euclid等，這些CAM軟件平臺輸出的刀位文件差別還是比較大的。另外MasterCAM的NCI則是自己的文字格式檔案。后處理則各CAM軟件大都不同，如UGNX提供的UG/POST和Postbuilder、SurfCAM的SPost, Pro/NC的GPost、CATIA則用IMSPOst或德國Cnet。同時 還有專業后處理系統如加拿大ICam的CamPost，美國SMI的IntelliPost等。利用IMSPOST后處理可以非常方便地對相應的數控系統進行設置開發，IMSPOST提供了如Funuc、Siemens、Heidenhain、Mazak、FIDIA等數控系統的后處理程序;其提供的宏程序功能能處理絕大多數CAM軟件的刀位文件和數控系統的匹配性。

　　1 Imspost的基本功能與先進性介紹

　　IMSPOST是美國IMS公司為廣大用戶提供的基于宏匯編的后處理程序編輯器，可支持各種 CAD/CAM 軟件生成的刀位文件的后置處理，并提供了多種后置處理文件庫，可支持更廣泛的數控機床。同時它也提供了非常豐富的定制功能，可生成任意形式的后置處理文件，從而可更好地提供支持高速加工、多軸加工的后置處理。所有用戶需要的后處理程序都可以通過執行IMSPOST后生成。在大多數情況下，用戶只需在IMSPOST軟件的對話窗口和菜單項中編輯和定義宏參數，不必進行任何宏程序的編制就可以得到為自己機床定制的后處理文件。由于它通過對刀位文件的求解算法與程序開發，解決異構數控系統與 CAM 平臺之間數控程序與刀位軌跡的無縫轉換。支持異構 CAM 平臺與數控系統的后處理及其轉換，同時提供的宏程序非常適合于用戶進行定制開發，同時可進行程序代碼的刀位軌跡反求，進行數控機床加工的仿真模擬等。

　　1.1 異構轉換(多CAM系統與數控系統)

　　Imspost系統提供了多種類型的機床庫和數控系統庫，是目前最好的后處理程序開發軟件包，能滿足所有數控機床后處理程序開發需求，方便企業生產需要。系統支持多個 CAM 平臺與數控系統的異構轉換，包括典型 CAM 平臺的多種刀位源文件處理能力，多數控系統格式輸出與機床運動學原理的處理、數控程序的刀位源文件反求、異構CAM平臺與數控系統之間的直接轉換。如表 2 所示為Imspost支持的典型CAM平臺與數控系統，從表 2 中可以看出，該系統支持幾乎現所有流行的CAM軟件包和數控系統后處理程序開發。如圖1～3所示為針對CATIA環境下的刀具軌跡，針對FIDIA KR214和FIDIA DR218兩種不同類型的五坐標高速銑削加工中心，采用Imspost軟件包后處理生成的機床加工代碼，用戶可自由地對相應的機床和數控系統進行處理，不需要單獨進行專業開發。

　　1.2 后處理開發流程

　　使用Imspost進行數控機床后處理程序開發的基本流程如下圖4～9所示。首先選擇數控系統的;然后針對相應的機床進行其運動學設置進行機床組件配置。尤其是五坐標機床其設置一定要正確，其原因是由于五坐標機床的類型比較多，典型的配置主要有五軸轉臺回轉與擺動、五軸轉臺回轉與主軸擺動、五軸主軸回轉與擺動、五軸主軸復合擺動回轉、五軸工作臺復合擺動回轉等。其中五坐標后處理一般都通過使用RTCP(旋轉刀具中心編程)功能來提高五坐標數控機床的編程效率和機床精度調整，尤其是多軸機床的偏心和擺長問題;第三步主要進行細節設置，包括機床坐標軸行程、程序起始終止控制、直線圓弧插補控制、機床主軸及其潤滑控制、刀具補償等;第四步如圖 7 所示主要對常用的子程序調用、循環加工控制(銑削中心的鉆孔、鏜孔循環，車削加工的端面、外圓、鏜孔、輪廓循環控制)等;第五步主要進行程序代碼的測試，如圖 8 所示;第六步是針對數控系統特殊的處理，進行用戶的宏程序開發;第七步則是利用Imspost提供的機床加工仿真模擬，對相應的數控機床系統進行產品仿真加工，以驗證用戶的后處理程序開發的正確性。

　　表2 IMSPost所支持的CAM平臺和數控系統

　　圖1 基于CATIA的變錐形件五坐標加工刀具軌跡示意圖

　　圖2 Imspost后處理與異構數控機床系統代碼轉換與反求

　　圖3 FIDIA KR214/FIDIA Dr218五坐標機床加工錐形件代

　　圖4 數控系統與機床類型設置示意圖

　　圖5 機床行程與插補運動控制設置

　　圖6 旋轉軸及旋轉刀心編程RTCP設置

　　圖7 子程序調用與加工循環輸出控制

　　圖8 函數功能組及控制指令輸出測試

　　1.3 宏程序開發調試

　　Imspost通過使用宏程序編制測試Macro Test/Debug來提高其后處理程序開發的開放性，通過提供一系列的宏操作Macro Operations、定義關鍵宏變量Macro Variables、宏指令與宏程序完成特定的功能。包括坐標變換、特殊格式輸出、數值計算等方面的內容。系統使用一系列的宏變量和宏操作對刀位數據文件進行數值處理。采用宏變量的思想是為了控制管理刀位文件數據。用戶必須了解數據文件的存儲結構，宏是如何與數據進行交互處理的，如何在宏之間進行數據傳遞;同時必須了解IMSpost提供的宏程序語言邏輯操作，宏是如何操作用戶變量和系統變量的。Imspost宏程序編程方式與C、C++、Fortran等高級語言的編程語法非常接近，系統提供了一系列的宏操作以及五種類型的變量對刀位數據結構文件進行操作。包括系統變量、模態變量、全局變量、局部變量和刀位文件數據結構變量，變量與C語言中的參數功能相同。下面分別進行簡要介紹：

　　(1)系統變量System。它是用于創建維護系統信息使用的系統參數，用戶可以使用關鍵字System及其變量名來定義，如系統時間System.Date等。任何宏均可以直接對系統變量進行操作，包括安全平面設置SYSTEM.AUTO_RETRACT_SAFE、抽刀方式 SYSTEM.AUTO_RETRACT/ SYSTEM_AUTO_RETRACT_ANGLE、旋轉刀心編程RTCP功能變量 SYSTEM.COORD_RTCP、刀具交換 Tool Change Macro Variables、主軸功能控制Spindle Macro Variables、進給速率控制Feedrate Definition Macro Variables、子程序調用與循環控制宏變量Cycles Macro Variables等。部分系統變量如表 3 所示。

　　表3 Imspost宏程序系統變量

　　(2)全局變量Global。它是由用戶根據數控系統需求和使用需求自己創建的，其生命周期是在宏內外部使用均有效的。其功能主要是針對寄存器存儲用戶設置的信息，如刀具半徑補償寄存器Global.CutCom_REG=”D”，鉆孔循環中Global.Cycle.REG=”Z/Q/R/P”等。系統變量、全局變量和模態變量均在全局范圍內有效。局部變量Local只在宏內部使用有效，在宏外部使用時無效。

　　(3)模態變量Mode。主要用于對不同的數控系統進行輸入輸出的格式控制，使用關鍵字Mode來標識，可以有多級結構;如直線插補運動定義模態變量Mode.Motion.Move G00/Mode.Motion.Linear=G01、刀具半徑補償Mode.CutCom.REG G41、鉆孔循環Mode.Cycle.Drill G81、冷卻液控制Mode.CoolNT_off M09等。

　　(4)刀位文件變量CLData/CLRead。這兩組類型的變量均是系統變量的一種，其生命周期全程有效的。其作用主要是宏讀取刀位文件的數據結構并進行數據信息傳遞的，它們都是基于文件格式的數據信息。其中CLData是從刀位文件cld(如*.cls、*.nci、*.aptsourse)中讀入信息后傳遞到宏進行數據處理的參數;而CLRead則是宏數據處理后向外部傳遞信息的參數變量。這兩組變量均使用關鍵字Minor和數據Numbers來記錄信息的，Minor為存儲關鍵字，Numbers存儲關鍵字對應的信息，如下所述加載刀具參數信息的例子：

　　LOADTL/1.0, LENGTH, 5.0, OSETNO, 3.0

　　①當宏LOADTL macro 被初始化時，其CLDATA存儲的數據結構信息存儲結構如下:

　　CLDATA.0 = 5 (3 values + 2 Minor words) //三個數值與兩個關鍵字

　　CLDATAN.0 = 3 //數值信息為3個

　　CLDATAN.1 = 1.0

　　CLDATAN.2 = 5.0

　　CLDATAN.3 = 3.0

　　CLDATAM.0 = 2 //關鍵字信息2個

　　CLDATAM.1 = "LENGTH"

　　CLDATAM.2 = "OSETNO"

　　②當刀具采用右補償時，其存儲的信息表達如下：

　　CLDATAN.RIGHT.LENGTH.0 = 1

　　CLDATAN.RIGHT.LENGTH.1 = 5.0

　　CLDATAN.RIGHT.OSETNO.0 = 1

　　CLDATAN.RIGHT.OSETNO.1 = 3.0

　　GLOBAL.CUTCOM_REG = "D" //刀具寄存器存儲

　　MODE.CUTCOM.LEFT ://G41刀具左補償

　　MODE.CUTCOMO.RIGHT : //G42刀具右補償

　　MODE.CUTCOM.OFF ://G40刀具補償取消

　　③鉆孔循環的實例：

　　MODE.CYCLE.OFF="G80" //循環控制關閉

　　MODE.CYCLE.DRILL="G81" //模態鉆孔循環

　　CYCLE/DRILL, 0.5, IPM, 72, 0.4, 0.4

　　GOTO/1,2,3 //G81 X1. Y2. Z2.5 R3.4 F72.

　　GOTO/4,5,3 //X4. Y5.

　　CYCLE/OFF //G80

　　Imspost系統提供的宏操作功能函數主要用于宏之間的數據信息處理、內外部文件信息的處理、宏內部的邏輯控制。　　Imspost系統提供的宏操作主要有如IF、WHILE 、LOCATE、BREAK 、CALL 、CASE 、CLREAD 、ADD 、BOUND 、COPY 、CUT 、DELETE 、FILE 、DISPLAY 、MOVE 、OUTPUT 、PRINT 、PRIORITY 、RETURN 、RUN 、SEQNO 、SOLUTION 、SORT 、SPLIT 、TABLE 、UPDATE 。如當后處理處理SPINDL/OFF時，系統輸出M5，使用宏可以在代碼行后續輸出冷卻液關閉的功能M9。同時宏操作對于數控機床加工的程序G代碼的首尾輸出控制也非常方便有效。

　　1.4 機床仿真加工模擬

　　使用Imspost開發的后處理程序后，對其進行機床代碼的調試和機床仿真加工可非常方便的檢測后處理程序的正確性，該系統提供了集成環境的程序調試與機床仿真加工模擬功能，如圖9所示。尤其是對于五坐標機床的加工，由于其機床運動復雜，手工編程很難解決程序的正確性，采用機床仿真加工模擬可以大幅度提高編程的質量和效率，同時可以避免傳統的試切方式來驗證程序的正確性，不僅降低了成本，提高了產品質量、同時大量縮短了制造周期。

　　圖9 Imspost后處理開發宏程序調試與機床仿真加工模擬

　　1.5 基于FIDIA KR214/DR218的應用實例

　　FIDIA KR214/FIDIA DR218均為六軸五聯動高速銑削加工中心，主軸頭繞Z軸回轉和繞X軸或Y軸擺動，同時工作臺繞Z軸旋轉。由于采用六軸五聯動，因此其靈活性很大，使用非常方便。對于該類型的機床的運動配置如FIDIA DR218可以分解為主軸旋轉擺動X、Y、Z、B、C結構形式和主軸擺動工作臺旋轉的X、Y、Z、B、W的結構形式，如圖10所示。

　　圖10 FIDIA Dr218五坐標運動方式示意圖

　　圖11 基于CATIA的葉輪五坐標加工刀具軌跡示意圖

　　圖12 基于Pro/Engineer的葉輪五坐標加工刀具軌跡示意圖

　　圖13 基于UnigraphicsNX的葉輪五坐標加工刀具軌跡示意圖

　　使用ImsPost進行后處理程序開發，用戶可以很方便地對程序起始塊控制指令的輸出、格式轉換進行控制。包括數據類型轉換與圓整、字符串處理、絕對增量編程、單位輸出、程序號、準備功能、輔助功能、快速運動控制、直線圓弧插補、進給運動控制、暫停控制、主軸控制、刀具補償、冷卻控制、子程序調用、固定循環控制等。同時可以很方便地進行坐標變換、跨象限處理等算法處理。

　　如圖11～13所示的某葉輪的五坐標加工，分別編制的基于Catia、Pro/E、UGNX平臺下的刀具軌跡。針對FIDIA KR214/FIDIA DR218五坐標機床的后處理程序開發與轉換的需要，采用Imspost軟件對三種CAM平臺的刀具軌跡進行后處理，生成的機床加工代碼經過仿真模擬和產品實物的加工，完全符合產品科研生產需要。采用FIDIA KR214和FIDIA DR218加工某葉輪流道的精加工程序G代碼：

　　①FIDIA KR214葉輪流道加工程序代碼段：

　　(YELUN_LIUDAO_FINISH_OF_FIDIA KR214)

　　N0010 G96

　　N0020 G17

　　N0030 T16 M06

　　N0040 G01 X-7.888 Y70.465 Z105.543 A-68.746 C+6.387 F1500 S18000 M03

　　N0050 X-7.891 Y70.498 Z105.458 A-68.739 M08

　　N0060 X-7.906 Y70.63 Z105.117 A-68.71

　　N0070 X-7.965 Y71.159 Z103.755 A-68.584

　　N0080 X-8.085 Y72.227 Z101.036 A-68.278

　　N0090 X-6.472 Y73.587 Z98.072 A-67.864 C+5.026

　　……………………………………

　　N5100 X154.426 Y198.957 Z4.631 C-37.818

　　N5110 M02

　　②FIDIA DR218葉輪流道加工程序代碼段：

　　(YELUN_LIUDAO_FINISH_OF_FIDIA DR218)

　　N0010 G17

　　N0020 G96

　　N0030 T16 M06

　　N0040 G01 X-7.888 Y70.465 Z105.543 B-68.746 C-83.613 F1500 S18000 M03

　　N0050 X-7.891 Y70.498 Z105.458 B-68.739

　　N0060 X-7.906 Y70.63 Z105.117 B-68.71

　　N0070 X-7.965 Y71.159 Z103.755 B-68.584

　　N0080 X-8.085 Y72.227 Z101.036 B-68.278

　　N0090 X-6.472 Y73.587 Z98.072 B-67.864 C-84.974

　　……………………………………

　　N5050 X152.138 Y200.734 Z4.631 B.085

　　……………………………………

　　N5100 X154.426 Y198.957 C-127.818

　　N5110 M02

　　2 結束語

　　基于異構數控系統和CAM平臺的數控編程后處理專用程序ImsPost，不僅方便了用戶編程，同時大大提高了企業不同數控系統和CAM平臺的兼容性問題，保證數控程序質量的同時提高了效率，提高數控程序與數控設備的管理效率。Imspost系統支持眾多的CAM平臺和數控系統，豐富的后處理程序開發調試與機床加工仿真模擬功能是從事數控加工的技術及管理人員不可或缺的后處理開發軟件平臺。