目前，從技術(shù)上講，由于CAD/CAM系統(tǒng)硬件和軟件的發(fā)展，對加工對象、加工系統(tǒng)建立三維模型、運用圖形交互的方法實現(xiàn)刀具路徑的生成、加工過程仿真和干涉碰撞檢查已經(jīng)是可行的。北京市機電研究院在工程實踐中已付諸實施，并取得了良好效果。而要使生成的刀具路徑文件轉(zhuǎn)換成數(shù)控NC程序，驅(qū)動和控制機床實施加工，還必須以相應(yīng)的后置處理器開發(fā)為條件。
對于使用多種CAD/CAM系統(tǒng)，配備多種機床各種類型數(shù)控系統(tǒng)的情況就更為復(fù)雜，這是因為后置處理面臨如下紛繁的情況：
1、刀具路徑文件格式的多樣性
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(dāng)前的機床狀態(tài)及刀尖的運動軌跡。它的內(nèi)容和格式不受機床結(jié)構(gòu)、數(shù)控系統(tǒng)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(diào)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(tǒng)表述格式不同。例如幾種CAD/CAM系統(tǒng)的表述格式如表1所示。
表1 CAD/CAM系統(tǒng)的表述格式
2、NC程序格式的多樣性
NC程序由一系列程序段組成，通常每一程序段包含了加工操作的一個單步命令。程序段通常是由N、G、X、Y、Z、F、S、T、M．．．．．地址字和相應(yīng)的數(shù)字值組成的。
(1) ISO-1056-1975標(biāo)準(zhǔn)對其中的部分準(zhǔn)備代碼功能、輔助功能代碼的功能作了統(tǒng)一的規(guī)定，如：G00快速點位運動、G01直線插補、G02順時針圓弧插補、G03逆時針圓弧插補、G04駐留。但還有大量的未作統(tǒng)一規(guī)定的‘不指定代碼’，其中不指定的‘G’代碼由數(shù)控系統(tǒng)廠家根據(jù)需要自行制定其代碼功能，如表2所示。
表 2 根據(jù)需要自行制定的‘G’代碼功能 
未做統(tǒng)一規(guī)定的‘M’代碼由數(shù)控機床制造廠根據(jù)其機床所具有的附屬設(shè)備功能制定其代碼功能。如日本日立精機公司制造的柔性加工單元HG500，帶有16個托盤（PPL），托盤可自動交換，實現(xiàn)無人加工。為了控制托盤自動進入主機，它用M87～M89代碼控制A.P.C門的開關(guān)：
(2)有些數(shù)控系統(tǒng)對部分G代碼的功能并不嚴守ISO-1056標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，而是自行定義，如表3所示。
表 3 東芝數(shù)控系統(tǒng)自行定義的G碼功能
(3)個別數(shù)控系統(tǒng)的NC程序采用了比較特殊的代碼格式，如HEIDENHAIN TNC 426系統(tǒng)，右補償直線插補語句格式： FL X+10 Y+10 RL，對應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)代碼 ：G01 G42 X10 Y10。
3、技術(shù)需求的多樣性
隨著技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的進展，現(xiàn)在的后置處理技術(shù)已不能停留在僅僅是對刀具路徑文件的代碼轉(zhuǎn)換，而是增加了從具體的加工需求特征、具體的數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)的特征出發(fā)，賦予后置處理器以更多的功能要求。
高速數(shù)控加工的出現(xiàn)不僅對機床結(jié)構(gòu)和數(shù)控系統(tǒng)提出了新的要求，對于加工工藝的策劃、工藝參數(shù)的設(shè)置和加工約束的設(shè)置也提出了新的要求。于是有的廠商開發(fā)了專門支持高速加工的后置處理器。這種后置處理器對于配備有高速加工控制器的機床，可借助該后置處理器所配置的專家系統(tǒng)工具，描述自己的高速加工需求特征，后置處理器可生成相應(yīng)的代碼，激活/撤消相應(yīng)的高速加工操作指令，可根據(jù)使用需求進行仿真。對于未配備高速加工控制器的機床，該后置處理器還能設(shè)定進給速度變化的最大允許增量，根據(jù)允許慣性力設(shè)定允許的最大加/減速，設(shè)定加速時間常數(shù)和回路增益時間常數(shù)，設(shè)定速度超調(diào)數(shù)據(jù)等。
又如各種數(shù)控系統(tǒng)在曲面加工時，所用的曲面擬合模型不盡相同，有的用Nurbs擬合模型，有的用Bezier擬合模型，有的用Polymial擬合模型，還有的用Spline擬合模型，后置處理器就面臨支持相應(yīng)的多種曲面擬合模型的問題。
在工程實踐中，當(dāng)遇到相似加工對象的相似加工需求時，常?？梢杂靡延械男兄行У腘C加工程序進行修改后使用。然而如何確保修改結(jié)果的正確性則是個問題，不能都放到機床上去調(diào)試，這在單件加工時尤為重要。此外，現(xiàn)有的許多CAD/CAM系統(tǒng)的加工仿真只是以所生成的刀具路徑文件為基礎(chǔ)進行加工仿真和干涉檢查，這顯然是不夠的。因此，以NC代碼指令集及其相應(yīng)參數(shù)設(shè)置為信息源的仿真（包括邏輯仿真和過程仿真）就顯得十分重要。因此,一個完善的后置處理器應(yīng)具備以下功能：
?。?）接口功能：后置處理器能自動地識別、讀取不同的CAD/CAM軟件所生成的刀具路徑文件。
?。?）NC程序生成功能：數(shù)控機床具有直線插補、圓弧插補、自動換刀、夾具偏置、冷卻等一系列的功能，功能的實現(xiàn)是通過一系列的代碼組合實現(xiàn)的。代碼的結(jié)構(gòu)、順序由數(shù)控機床規(guī)定的NC格式?jīng)Q定。當(dāng)前世界上一些著名的后置處理器公司開發(fā)出通用后置處理器，它提供一種功能數(shù)據(jù)庫模型，用戶根據(jù)數(shù)控機床的具體情況回答它所提出的問題，通過問題回答生成用戶指定的數(shù)控機床的專用后置處理器。用戶只需要具有機床操作知識和NC編程知識，就能編出滿意的專用后置處理器。當(dāng)所提供的數(shù)據(jù)庫不能滿足用戶的要求時，它提供的開發(fā)器允許用戶進行修改和編譯。因此可以按照數(shù)控機床的功能建立一個關(guān)系數(shù)據(jù)庫，每個功能如何實現(xiàn)，由用戶根據(jù)機床的結(jié)構(gòu)、使用的數(shù)控系統(tǒng)指定控制的代碼及代碼結(jié)構(gòu)。
（3）專家系統(tǒng)功能：后置處理器不只是對刀具路徑文件進行處理、轉(zhuǎn)換，還要能加入一定的工藝知識。如高速加工的處理、加工絲杠時切削參數(shù)的選擇等。
（4）反向仿真功能：以NC代碼指令集及其相應(yīng)參數(shù)設(shè)置為信息源的仿真。它包括兩部分：
NC程序的主體結(jié)構(gòu)檢查和NC程序語法結(jié)構(gòu)檢查；數(shù)控加工過程仿真。以NC程序為基礎(chǔ)，模擬仿真加工過程，判斷運動軌跡的正確性及加工參數(shù)的合理性。
不同結(jié)構(gòu)的機床、不同的數(shù)控系統(tǒng)、不同的編程習(xí)慣，其NC程序的結(jié)構(gòu)和格式千差萬別。因此，反向仿真難度非常大。目前，尚未有較成熟的商品性軟件。
綜上所述，要使所生成的數(shù)控程序不經(jīng)手工修改，直接應(yīng)用于數(shù)控機床加工，則必須針對每一臺數(shù)控機床定制專用的后置處理器。這就要求開發(fā)人員熟悉所用的CAM系統(tǒng)及所生成的刀具路徑文件的格式、熟悉所用數(shù)控機床及其數(shù)控系統(tǒng)代碼功能及其表述格式，而這一工作是智力密集和勞動密集兼而有之的過程。當(dāng)面臨的CAM系統(tǒng)眾多，機床及其數(shù)控系統(tǒng)眾多的情況下，從頭開發(fā)專用后置處理器的工作就顯得相當(dāng)繁重。因此，近年來出現(xiàn)了以開發(fā)通用后置處理器為基礎(chǔ)，應(yīng)用數(shù)控代碼導(dǎo)向等相關(guān)技術(shù)定制數(shù)控機床專用后置處理器的做法，用通用后置處理器解決共性問題，用定制后置處理器解決個性問題。實踐表明，這是一種有效的方法。該院應(yīng)用這一方法從1996年起，陸續(xù)開發(fā)定制了包括龍門式五面加工中心、龍門式立式加工中心、臥式柔性加工單元、立式加工中心、數(shù)控車床、車削中心等多種類型機床的十種專用后置處理器，數(shù)控系統(tǒng)包括FANUC、TOSNUC、MITSUBISH、A2100、A850、MAZAK等，覆蓋了該院的產(chǎn)品和使用的數(shù)控設(shè)備，并在工程應(yīng)用中取得了良好的效果。其中，對三軸帶回轉(zhuǎn)工作臺的臥式加工中心、五面加工中心的專用后置處理器的開發(fā)，建立了該類結(jié)構(gòu)機床的后置處理結(jié)構(gòu)模型，積累了開發(fā)的經(jīng)驗。
以下簡要介紹該院應(yīng)用通用后置處理器定制開發(fā)用于HC800/FANUC-15MA的專用后處理器的方法：
* 使用的定制開發(fā)軟件……Pro/E的NCPOST模塊。該模塊為加拿大ICAM技術(shù)公司生產(chǎn)的ICAM通用后置處理開發(fā)器。
* 使用的CAM軟件……Pro/E的CAM模塊。應(yīng)用Pro/E的CAM模塊，設(shè)計加工環(huán)境，進行模擬加工仿真，生成刀具路徑文件。
* NC程序應(yīng)用對象……臥式加工中心HC800。該機床為日本日立精機公司制造生產(chǎn)，配備‘X’、‘Y’、‘Z’三條直線軸，一個回轉(zhuǎn)工作臺，一個容量為120把刀的鏈狀刀庫，六個交換托盤；控制系統(tǒng)為FANUC-15MA主要用于箱體類零件的加工。
(1)首先了解機床的結(jié)構(gòu)、機床配備的附屬設(shè)備、機床具備的功能及功能實現(xiàn)的方式（手動還是自動）。
(2)機床配備的數(shù)控系統(tǒng)，熟悉該系統(tǒng)的NC編程包括功能代碼的組成、含義，是否有不同于ISO-1056-1975標(biāo)準(zhǔn)的代碼格式。
(3)應(yīng)用通用后置處理器導(dǎo)向模板，根據(jù)以上掌握的知識，逐條回答模板提出的問題，定制專用后置處理器。通用后置處理器根據(jù)外界輸入的信息，調(diào)用其內(nèi)部數(shù)據(jù)庫模型，經(jīng)判斷、排列、組合后，生成用戶要求的專用后置處理器。
應(yīng)用按此方法定制的HC800/FANUC-15MA專用后置處理器處理刀具路徑文件，生成的NC程序約80%可用，還有20%需作進一步開發(fā)。
(4)當(dāng)通用后置處理器提供的數(shù)據(jù)模型不能全部滿足用戶的要求，或者用戶需要優(yōu)化處理NC程序時，則應(yīng)用開發(fā)軟件修改數(shù)據(jù)庫模型。這就需要開發(fā)人員掌握CAM模塊的使用方法，掌握刀具路徑文件的格式，并具備軟件開發(fā)和加工工藝方面的經(jīng)驗。
本專用后置處理器應(yīng)用的機床為配備一個回轉(zhuǎn)工作臺的三軸臥式加工中心，工作臺回轉(zhuǎn)不能參與切削運動。機床配備六個交換托盤，可實現(xiàn)托盤的自動交換。刀庫為鏈狀結(jié)構(gòu)，容量為120把刀的，在加工的同時可預(yù)選下一把刀具。在Pro/E的CAM模塊和NCPOST模塊中均無此類機床的數(shù)據(jù)庫模型。為完善該專用后置處理器，使其自動生成的NC程序不再需要人工做修改，可對CAM模塊的加工環(huán)境參數(shù)進行特定的設(shè)置，并用NCPOST模塊的開發(fā)語言進行宏程序編制，建立此類機床的數(shù)據(jù)模型。為優(yōu)化生成的NC程序，用宏程序修改通用后置處理器內(nèi)部數(shù)據(jù)輸出結(jié)構(gòu)。如：NC程序中用到的所有工件坐標(biāo)系與機床坐標(biāo)系的數(shù)值關(guān)系，可在NC程序開頭自動設(shè)置，數(shù)控機床可直接辯識，不需手工輸入；工作臺回轉(zhuǎn)前，主軸頭退回最遠；換刀前輸出刀具名稱等。
經(jīng)過上述工作所定制的專用后置處理器生成的NC程序已用于該院的主導(dǎo)產(chǎn)品VMC750B－30101主軸箱體的加工，加工出的零件全部滿足圖紙要求。此外，他們在Pro/E的CAD/CAM集成軟件環(huán)境下，可以實現(xiàn)“反向仿真功能”。
目前商品化的通用后置處理器，加拿大ICAM公司的CAM-POST軟件具有典型性。該軟件可以覆蓋國內(nèi)外流行的90%以上的CAD/CAM軟件和90%以上的NC系統(tǒng)，功能較強。它可以讀取所覆蓋的CAD/CAM軟件所生成的刀具路徑文件，定制所覆蓋的NC系統(tǒng)的專用后置處理器，它主要分為如下兩部分：
（1）QUEST:數(shù)據(jù)庫模板系統(tǒng)。
數(shù)據(jù)庫模板中包含各種類型的機床及控制系統(tǒng)可能遇到的問題及解決的方法。用戶根據(jù)需要，回答問題，得到專用的數(shù)據(jù)庫。當(dāng)數(shù)據(jù)庫模板不能滿足用戶的要求時，可用Post-processor Development編制宏程序，進行二次開發(fā)。
（2）GENER：應(yīng)用QUEST產(chǎn)生數(shù)據(jù)庫，把由CAM系統(tǒng)產(chǎn)生的刀具路徑文件轉(zhuǎn)換成數(shù)控機床所能直接識別的NC程序。
ICAM公司新推出的CAM-POST V-12具有高速加工所要求的處理功能，能支持Bezier、 NURBS、Polynomial和Spline四種曲面擬和模型，在QUEST中設(shè)置了專家系統(tǒng)工具等，使軟件的功能又大有擴展。
近年來，計算機硬件技術(shù)飛躍發(fā)展，使微機的性能價格比不斷提高。目前世界上許多知名的CAD/CAM軟件公司已著手開發(fā)了基于微機的CAD/CAM軟件，使原來只能在工作站上運行的軟件，在微機上同樣可以運行。硬件成本的大幅度降低，使CAD/CAM能夠得以廣泛應(yīng)用。
現(xiàn)代工業(yè)正在逐漸向多品種、小批量的方向發(fā)展，需要高效、快速、高度柔性的制造系統(tǒng)，CAD/CAM的廣泛應(yīng)用為其提供了可能，并且促進了這種發(fā)展。后置處理器的定制是聯(lián)結(jié)CAD/CAM軟件與加工設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)，它直接影響到CAD/CAM的集成。
能夠處理不同類型格式的刀具路徑文件，并做優(yōu)化處理，以適應(yīng)不同類型的機床、不同類型的系統(tǒng)、不同類型的零件的加工需求，生成的NC程序不需人工做二次修改，而直接應(yīng)用于機床是后置處理器技術(shù)的發(fā)展方向。
（轉(zhuǎn)載）
