数控编程是CAD/CAM系统中最能明显发挥效益的环节之一。对于复杂形状零件，数控编程通常采用自动编程系统，在实现设计、加工自动化、提高加工精度和加工质量、缩短产品研制周期等方面发挥着重要作用。后置处理是数控编程技术的关键技术之一，并作为CAD /CAM系统与机械制造连接的纽带。后置处理直接影响自动编程的使用效果、零件的加工质量和机床的运行可靠性。
国外对后置处理技术研究十分重视， 各CAD/CAM软件厂家都研究开发了各自的通用后置处理系统；国内对后置处理理论与技术也进行了深入研究，取得了一定的研究成果。但是，目前很多CAD/CAM系统的用户对软件的使用主要是CAD模块，对CAM模快的应用效率不高，其中一个关键的原因是软件只配备通用后置处理而用户没有根据具体的数控机床特点进行必要的二次开发，由此生成的代码还需要人工做大量的修改，严重影响了CAM模块的应用效果。
研究特定结构机床的坐标转换是开发该类机床专用后置处理程序必须解决的一项关键技术。本文在详细分析双转台五轴数控机床坐标系及运动学的基础上，推导出该类机床后置处理转角计算公式、坐标转换计算公式，开发出UCP600五轴数控机床专用后置处理程序，并加工出惯性平台台体等复杂零件，证明了本文提出的方法是可行的。
一、后置处理程序的作用
用CAD/CAM软件进行编程时，按规定均视工件不动，而由刀具运动来完成加工动作，经过处理可得到一个不针对具体机床的中性刀位文件。在多轴加工中，CAD/CAM软件生成的刀位文件中包含刀具参考点坐标值和刀轴矢量。
在实际机床上，运动的实现方式各异，有的运动由工作台实现，有的运动由刀具实现。在3直线轴(X、Y、Z )联动情况下，编程员一般不需关心是工作台运动还是刀具运动，因为机床厂家均按国际标准来定义机床的坐标系及其运动方向。多轴联动的回转轴运动，包括刀具摆动、工作台回转，这就要求后处理程序针对不同情况进行不同的计算将刀位文件中刀具轨迹坐标转换为机床坐标及相应的回转角度，通过代码转换将它们转换成指定数控机床能执行的数控程序。
二、双转台式五轴数控机床的机床运动学求解
机床运动学求解，主要包括转动轴转动角度计算和经过转动后的3个移动坐标X、Y、Z 值的求解。对于不同类型运动关系的数控机床， 运动学求解算法是不同的。下面以较复杂的双转台式五轴数控机床(图1)为例来讨论后置处理坐标转换及回转角度计算方法。
双转台式五轴数控机床的运动坐标包括3个移动坐标X、Y、Z和2个转动坐标A、C， A、C回转轴交于一点。
如图2所示，CAM加工坐标系为OmXYZ，机床加工坐标系为OrXYZ， 工作台C 回转轴与Z 轴方向一致，工作台A 回转轴与X 轴方向一致，OrXYZ坐标系原点设在A 、C回转轴交点上。CAM加工坐标系OmXYZ与机床加工坐标系OrXYZ的Z轴的方向一致，其余二轴相互平行，OmOr=d工件可绕 坐标系X 轴转动A
1、A、C转角的计算
工作台(工件)相对刀具转动，其转角以顺时针方向为正方向。将刀轴矢量a 绕轴顺时针转动C角到 平面上， 再将刀轴矢量绕Xc轴顺时针转动A角到与Zc坐标方向一致，如图2所示(这样，转动可以保证。这样就完成了刀轴矢量的转换，即刀具相对于工件的转动或摆动。对于双转台式五轴数控机床，为实现以上转换，工作台的动作为工作台绕C回转轴顺时针转动C角，工作台A回转轴顺时针转动A角。
2、机床运动坐标X、Y、Z的计算
求刀具参考点 经工作台(工件)转动后在机床加工坐标系OrXYZ中的位置坐标，即机床的运动坐标X、Y、Z。
(1)将CAM加工坐标系OmXYZ平移到机床加工坐标系OrXYZ，变换矩阵为
(2)刀轴矢量绕Z轴旋转C角，变换矩阵为
(3)刀轴矢量绕X 轴旋转A 角，变换矩阵为
则
将式(6)展开可得
五坐标加工的机床运动坐标是刀具相对于机床加工坐标系的坐标，而不是刀具相对于CAM加工坐标系的坐标，这也是本步计算的依据。一般情况下，由于CAM加工坐标系能够较为方便地移动及设置，为了减少参数设置及计算方便，将CAM加工坐标系OmXYZ 与机床加工坐标系OrXYZ 设置为同一坐标系，OmOr=d=0 即 。由此，式(7)便可简化为式(8) ，亦即
三、CAM加工坐标系设置与UCP600五轴数控机床专用后置处理程序实现
1、CAM 加工坐标系设置
刀位文件是相对CAM坐标原点和坐标轴生成的。CAM加工坐标系的原点就是机床上的程序零点(对刀点)，CAM加工坐标系的3个轴的方向就是机床刀轨的方向，所以在确定CAM加工坐标系的方向和原点位置时，应当从现场加工的实际需要出发，保证毛坯在机床上的位置便于装夹、找正和加工。
对于多轴(4轴或5轴)联动加工，由于刀位文件数据需要通过后置处理程序进行坐标转换，CAM加工坐标系的设置需反映机床部分信息及数据。
后置处理数据坐标转换是围绕机床加工坐标系坐标原点和坐标轴进行的，对于双转台五轴加工中心，机床加工坐标系原点只有设在A、C旋转轴的交点，才能实现数据坐标转换后加工程序的正确性。为保证与机床加工坐标系一致，CAM加工坐标系坐标原点要设置在沿C旋转轴、距工作台端面向下一个旋转轴偏置值处(见图1) 。
2、UCP600五轴数控机床专用后置处理程序的实现
UCP600五轴数控机床属双转台五轴加工中心，配置了Heidenhain 430控制系统。根据解释执行的原则，后置处理程序采用面向对象的方法开发，采用公式(1)、(2)、(8)进行坐标转换部分程序设计；根据机床控制系统要求进行代码转换部分程序设计。后置处理流程如图3所示，程序读入刀位文件中的数据，经过坐标转换和代码转换，将数控程序输出到相应文件中。
四、结语
本文对运动形式复杂的双转台五轴数控机床运动学求解进行了较为详细的论述，推导出该类机床后置处理转角计算公式和坐标转换计算公式。并且实现了UCP600五轴数控机床专用后置处理程序。在该设备上加工惯性平台台体等复杂零件的应用表明，本文开发的专用后置处理程序生成的数控程序可以满足UCP600五轴数控机床加工的需要。
