基于MasterCAM的DMU60P四軸機床后處理開發*

楊　莉　楊　志　何　波

(①四川工程職業技術學院機電工程系，四川 德陽 618000；②中國電子科技集團公司第二十九研究所，四川 成都 610031)

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基于MasterCAM的DMU60P四軸機床后處理開發*

楊莉①楊志①何波②

(①四川工程職業技術學院機電工程系，四川 德陽 618000；②中國電子科技集團公司第二十九研究所，四川 成都 610031)

針對DMU60P四軸機床的特殊運動關系，開發了實現DMU60P四軸機床自動編程的MasterCAM通用后處理程序文件、機床文件和控制器文件，拓展了MasterCAM的編程功能，并通過模擬仿真和加工驗證了其正確性和可行性，解決了四軸編程困難、程序調試周期較長與加工效率低等實際生產問題。對同類多軸機床的后處理開發研究有一定的推廣價值。

DMU60P數控機床；MasterCAM；四軸后處理；VERICUT仿真加工

MasterCAM是由美國CNC Software公司開發的CAD/CAM軟件系統，可以提供2～5軸銑削、車削中心、變錐度線切割四軸加工等編程功能[1]。MasterCAM的三維曲面造型設計和自動編程功能強大，后置處理靈活多樣，軟件操作簡單易學，因而在航空航天、汽車、模具等行業的多軸加工中應用廣泛。近年來，國內外行業專家根據不同類型的機床，利用不同自動編程軟件已經開發出許多針對性很強的專門后置處理。Jung Y H等[2]開發出了針對TRT型五軸數控機床的后置處理器，并在系統中加入了刀具路徑優化算法；藺小軍等[3]開發出了針對UG刀位文件并適應特定數控機床的專用數控加工后置處理系統；Tung C等[4]開發出了針對特殊6軸數控機床后置處理器；徐智卿[5]開發了針對HEIDENHAIN iTNC530數控系統的DMU80P douBLOCK機床，用Pro/E生成刀軌文件的特殊五軸數控機床的專用后置處理系統。利用MasterCAM軟件開發四軸機床的后置處理的研究卻很少。

本文主要針對DMU60P四軸機床的銑削加工功能，研究利用MasterCAM軟件進行后置處理功能開發，將其應用于典型工件的數控四軸銑削加工，實現產品多樣化、復雜化和精密化設計加工的要求[6]。

1　DMU60P四軸機床的特性分析

某公司的DMU60P數控機床，是帶旋轉工作臺的四軸立臥兩用式的數控機床，有3個直線坐標軸X、Y、Z軸和一個旋轉坐標軸C軸，且5個軸可以聯動，如圖1所示。

該機床的運動關系較為特殊，直線X、Y、Z軸和旋轉C軸的聯動加工過程與絕大部分帶A軸的四軸機床區別較大，無法借鑒其他四軸機床的后處理設置，需要單獨開發后處理[7]，而且可針對立軸和臥軸兩種形式進行后處理開發。

機床的結構決定了后置處理程序如何根據刀位軌跡計算刀具轉角及位移[8]。當使用臥式加工時，DMU60P機床主軸與Y軸方向平行，其坐標軸之間的關系如圖2a所示，而在MasterCAM工作環境下的坐標軸關系與DMU60P數控機床實際坐標軸關系不同，如圖2b所示，此時在進行后處理程序文件配置時，需要將各坐標軸的關系進行變動并重新設定，即在程序輸出格式中將旋轉軸設置為C軸，并將Y軸和Z軸互換，同時，X軸方向反向。

2　DMU60P后處理開發

MasterCAM系統的后處理程序文件由3部分文件組成，后處理文件、控制文件和機床文件。根據DMU60P機床結構特點和控制系統類型(Heidenhain mill plus控制系統)，對其進行修改創建，完成DMU60P數控機床四軸后處理程序文件配置和優化。

2.1后處理文件配置

在后處理文件中主要對坐標軸代碼分配、X軸的正負計算、機床類型等進行設定配置。

2.1.1坐標軸代碼輸出

根據DMU60P數控機床的機床結構特點，結合MasterCAM軟件的工作坐標系，為旋轉B軸分配輸出代碼C，旋轉軸的參數分配如表1所示。

表1旋轉軸代碼分配

旋轉軸地址代碼注釋#RotaryAxisLabeloptionsuse_md_rot_label:noMYMsrot_x :“A”srot_y :“C”srot_z :“C”sminus :“_”繞Y軸的旋轉軸分配輸出代碼“C”

將直線坐標軸Y軸和Z軸互換，同時，圓弧的圓心坐標J、K互換，直線軸的參數分配如表2所示。

表2直線坐標軸代碼分配

直線坐標代碼注釋fmt “X” 2 xabsfmt “Z” 2 yabsY軸變為Z軸(絕對)fmt “Y” 2 zabsZ軸變為Y軸(絕對)fmt “X” 3 xincfmt “Z” 3 yincY軸變為Z軸(增量)fmt “Y” 3 zincZ軸變為Y軸(增量)fmt “I” 3 ioutfmt “K” 3 jout圓心J坐標變為Kfmt “J” 3 kout圓心K坐標變為J

2.1.2坐標軸代碼輸出坐標正負計算

根據DMU60P數控機床的結構特點得知，機床主軸與Y軸方向平行，在MasterCAM環境下的坐標系統與DMU60P數控機床的X軸方向相反，X軸正方向反向，圓心坐標I值相反。在相應的MasterCAM后處理文件中輸出坐標正負計算的設置如表3所示。

2.1.3機床類型

DMU60P四軸數控機床主要有立式和臥式兩種工作方式。臥式方式的DMU60P可歸為臥式四軸加工中心，此種方式的MasterCAM后處理文件的設置如表4所示。

2.2控制文件設置

根據DMU60P四軸機床控制器文件類型特點，在后處理控制文件中主要對圓心坐標類型、旋轉軸單位等進行設置，如圖3與圖4所示。

2.3機床文件設置

在機床文件中根據機床特點，結合MasterCAM工作坐標系，進行機床結構配置，如圖5所示。

表3坐標正負計算

坐標正負計算注釋pxyzcout #Mapcoordinates ifrot_on_x,[ifcuttype=zero, pxyzcout0 #ToolplanePositioningifcuttype=one, pxyzcout1 #AxisSubstitu-tionifcuttype=two, pxyzcout2 #PolarConver-sionifcuttype=three, pxyzcout3 #Simulatneous4axis(Multi-axis)ifrot_cw_pos&vmc,csav=-csavifnot(rot_cw_pos)¬(vmc),csav=-csavifmr_rt_actv<>two,[pcoutrevifindex,pindxcalcpfcalc]else,feed=fr_posMYM]else,[xabs=vequ(xMYM)iout=vequ(iMYM)pfcalc_u_minifipr_type<>prv_ipr_type,result=force(feed,feed)]xabs=xabs*-1X軸坐標值反向iout=iout*-1圓弧I坐標值反向

表4機床類型設置

機床類型設置代碼注釋arctypeMYM:1#CD_VARArccenter1=abs,2=St-Ctr,3=Ctr-St,4=unsignedinc.,#5=Rnosign,6=Rsignedneg.over180stagetool:0#0=Donotpre-stagetools,1=Stagetoolsarccomp:0#Allowforcuttercomptobeappliedonarc,0=no,1=yesvmc :0#0=HorizontalMachine,1=VerticalMill機床類型設置為臥銑rot_on_x:0#DefaultRotaryAxisOrientation,Seeques.164rot_cw_pos:0#Axissigneddir,0=CWpositive,1=CCWpositiveindex :0 #Useindexpositioning,0=FullRotary,1=Indexonly

利用MasterCAM進行臥式銑床的程序編制時，工件實際裝夾位置放置在MasterCAM的俯視圖中，然后在刀具/繪圖平面為前視圖的環境下進行四軸編程。對機床各坐標軸進行設置，如圖6所示。

3　DMU60P后處理加工驗證

通過以上MasterCAM后處理程序文件的開發和優化后，該后處理即可用于DMU60P四軸臥式加工中心的自動編程使用，輸出的數控加工程序在VERICUT數控仿真軟件中進行仿真加工和比較優化后，可以在DMU60P數控機床上進行試切加工驗證。通過實驗和檢驗，驗證該后處理的正確性。

3.1MasterCAM編程

在MasterCAM中，利用五軸曲線、四軸旋轉和旋轉軸替換法等典型四軸加工策略進行數控編程，典型工件如外殼、轉向燈罩和基座的刀具軌跡圖如圖7所示。

3.2VERICUT仿真加工

VERICUT是一款專為制造業設計的CNC數控機床加工仿真和優化軟件[9]。它取代了傳統的切削試驗部件方式，通過模擬整個機床加工過程和校驗加工程序的準確性，減少試切的工作量和勞動強度，降低試切風險，提高工件加工的安全性和生產效率。仿真加工效果如圖8所示。

3.3DMU60P機床加工

通過VERICUT仿真軟件對四軸程序仿真加工及模型比較，確認數控程序的正確性后，在DMU60P數控機床上進行實際工件加工。加工后的典型工件如圖9所示。

4　結語

利用MasterCAM軟件實現對DMU60P四軸機床的專用后處理程序開發，不僅解決了DMU60P四軸聯動加工的困擾，節約了編程時間和加工成本，提高了企業效益，同時為其他機床和軟件的后處理開發提供了一種有效的方法和途徑，為實現產品的多樣化、復雜化和精密化加工和及時加工提供了技術保障。

[1]石從繼,周嚴.基于MasterCAM的螺旋槽四軸數控加工[J]. 制造業自動化,2011,33(04):38-39.

[2]Jung Y H, Lee D W, Kim J.s,et al.NC post-processor for 5-axis milling machine of table-rotating/tilting type[J].Journal of Materials Processing Technology,2002,130:641-646.

[3]藺小軍,任軍學,汪文虎,等.數控加工后置處理系統[J].組合機床與自動化加工技術,2003(10):60-61.

[4]Tung C, Tso P L.A generalized cutting location expression and postprocessors for multi-axis machine centers with tool compensation[J].The International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2010,50(9-12):1113-1123.

[5]徐智卿.“45°B軸”五軸數控加工中心后置處理程序的開發[D].上海：上海交通大學,2012.

[6]汪玉平, 王立新, 劉德平. MasterCAM軟件在數控加工中的應用研究[J]. 機床與液壓,2010,38(2):4-6.

[7]唐進元,尹鳳.基于MasterCAM的三大類型五軸機床后處理程序編制方法[J]. 制造技術與機床,2010 (8):32-37.

[8]伍鵬.五軸數控機床開放式后置處理系統研究與開發 [D].成都：西南交通大學,2014.

[9]楊勝群,唐秀梅,李克安，等.VERICUT數控加工仿真技術[M].北京：清華大學出版社,2010.

(編輯汪藝)

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Post-processing and development of DMU60P four-axis machine tool based on MasterCAM

YANG Li①, YANG Zhi①, HE Bo②

(①Mechanical and Electrical Engineering Department, Sichuan Engineering Technical College, Deyang 618000, CHN;②No.29 Research Institute, China Electronics Technology Group Corporation, Chengdu 610031, CHN)

According to peculiar motion features of DMU60P four-axis machine tool, universal post-processing files, machine tool files and controller files based on MasterCAM are developed. Programming functions of MasterCAM are expanded. Practical problems including difficulties in four-axis programming, long program debugging period, and low processing efficiency, etc have been resolved after the verification about correctness and feasibility by simulations and processing. Development and studies on multi-axis machine tools has certain values for further popularization and application.

DMU60P numerically-controlled machine tool; MasterCAM; four-axis post processing; VERICUT simulation processing

TH166；TP391.7

A

楊莉，女，1982年生，碩士，講師，研究方向為機械設計與制造、CAD/CAM，已發表論文11篇。

2016-01-26)

160438

*四川省重點項目：重大水電設備構件系統研究與平臺開發(2008GZ0149)