基于PowerMILL的五軸加工中心集成后處理研究

佛新崗

(西安航空職業技術學院，陜西 西安 710089)

隨著數控多軸加工設備的不斷普及，特別是五軸聯動加工中心已經廣泛地應用于軍工企業、中小型加工企業，相應的CAD/CAM軟件也不斷更新，與之對應的后處理技術研究也受到越來越多的學者關注[1-3]。不過目前大多數學者研究后處理的方向都是關于單一五軸聯動功能的，對于集三軸加工、3+2軸加工、五軸聯動加工于一體的后處理技術研究很少，然而產品的加工不僅包含五軸聯動加工工藝，也存在三軸、3+2軸加工工藝，如果都按照五軸聯動模式輸出數控程序，既不符合編程標準、也不有利于操作者理解。因此，開發與數控系統相匹配的多功能后處理器具有較高的應用價值。本文以西門子數控系統德瑪吉DMU50五軸聯動加工中心為研究對象，應用PowerMILL軟件的后處理模塊，定制集三軸、3+2軸和五軸聯動加工功能于一體的后處理器。

1 PowerMILL軟件后處理模塊及DMU50機床

1.1 PowerMILL軟件后處理模塊

PowerMILL軟件的后處理技術隨著軟件的不斷更新，大致經歷了以下三個階段[4]：①早期的DuctPost模式(后綴為*.opt)，基于文本創建、修改、短小精悍，缺點是調試難度大；②后期的PM-Post模式(后綴為*.pmopt)，具有UI界面、易于調試操作；③最新的PostProcessor模式(后綴為*.pmoptz)，基本結構同PM-Post模式，最新版本附帶后處理模塊，是未來的發展趨勢。本文以PostProcessor后處理模式定制所需后處理文件。

1.2 DMU50五軸聯動加工中心

德瑪吉DMU50機床是一款BC軸雙轉臺五軸聯動加工中心，主要應用于航空航天、醫療、模具、教學科研等領域，主要參數有：X/Y/Z軸行程為500/450/400 mm、X/Y/Z軸快速移動速度為24 m/min、B軸旋轉范圍為-5°～110°、C軸無限制、主軸轉速為20～10 000 rpm，配套西門子840D數控系統，具有RTCP功能。

2 PostProcessor集成后處理定制

2.1 機床運動學、RTCP功能設置

PowerMILL軟件本身帶有常規數控系統的三軸通用后處理文件[5]，使用PostProcessor打開西門子系統三軸通用后處理Siemens.pmoptz模板文件，以此為藍本，定制五軸聯動集成后處理文件。

(1)機床運動學設置。在“File”菜單中打開“Option File Settings”對話框，單擊“Machine Kinematics”節點，將“Kinematics Model”設置為“5-Axis Table Table”模式，根據機床具體結構設置旋轉軸為“Machine B”和“Machine C”，并設置相應轉角范圍如圖1所示。

圖1 機床運動學設置

(2)RTCP設置。單擊“Coordinates Control”節點，將“Profile”設置為最后一項，表示后處理同時支持RTCP功能和3+2、3軸功能，“RTCP Mode”、“Workplane Transformation”模式自動打開，為了配合RTCP功能還需將“Machine Attach Point”設置為“Tool Tip”，見圖2。

圖2 RTCP設置

2.2 加工模式設置

判斷每一個刀軌文件到底是五軸聯動，還是3+2軸或三軸加工。如果是五軸聯動，那么要加入TRAORI指令建立RTCP功能；如果是3+2刀路，就要加入CYCLE800指令建立坐標轉換功能[6-7]，具體設置如下：

(1)加工模式判斷設置。在“Editor”模塊的“Commands”標簽中選擇“Move”下的“First Move After Toolchage”節點，添加條件語句判斷刀路屬于哪一種。具體判斷條件及邏輯關系如圖3所示。為了安全，XY軸與Z軸分開輸出。

(2)加工模式輸出設置。就是在刀具運動前設置相關運動補償指令，在“Editor”模塊的“Commands”標

圖3 加工模式判斷設置

簽中選擇“Controller Switches”節點，激活“Set Multi-Axis On”和“Set Workplace On”模式，設置注釋內容和相應輸出指令，結果如圖4所示。

圖4 加工模式輸出設置

(3)程序段輸出設置。在同時輸出三種后處理數控程序的過程中，如果是三軸刀路或3+2軸刀路，為了避免B軸、C軸與XYZ同時輸出，在“Editor”模塊的“Script”[8]標簽中使用腳本語言編制以下程序來進行線性運動輸出限制，快速移動可仿照線性運動程序設置。

function LINEAR()

{

var out = "";

if(GetParam("%p(Toolpath Axis Mode)%")== "3AXIS")

{

out+=AdvancedResponse("%b(3AXISL)%")

}

if(GetParam("%p(Toolpath Axis Mode)%")== "3+2")

{

out+=AdvancedResponse("%b(3AXISL)%")

}

if(GetParam("%p(Toolpath Axis Mode)%")== "5AXIS")

{

out+=AdvancedResponse("%b(5AXISL)%")

}

return out;

}

其中3AXISL、5AXISL表示線性運動自定義的輸出格式，如圖5所示。若是三軸或3+2軸線性輸出的話沒有“Machine B”、“Machine C”兩項參數。

圖5 線性運動輸出設置

2.3 其他設置

主要針對程序開始、程序結束格式以及自定義加工刀具信息進行設置[9]:①程序開始設置。在“Editor”模塊的“Commands”標簽中選擇“Program Start”節點，主要設置程序名、機床零點、取消補償、加工坐標系等內容；②程序結束設置。在“Editor”模塊的“Commands”標簽中選擇“Program End”節點，主要設置取消補償、關閉主軸、關閉冷卻液、回零等內容；③刀具信息設置。在“Editor”模塊的“Commands”標簽中選擇“User Commands”節點，添加“Tool Info”命令設置刀具名稱、刀具類型、刀號、刀具直徑、刀具長度等內容，方便操作人員及時了解加工刀具相關信息。程序預覽結構如下：

N100 %_KC_MPF；程序名

N101 DEF REAL _X_HOME=-500；設置機床零點

N102 DEF REAL _Y_HOME=-0.1；

N103 DEF REAL _Z_HOME=-0.1；

N104 CYCLE800 ()；取消3+2功能

N105 TRAFOOF；取消RTCP功能

N106 G40 G17 G710 G94 G90 G64；初始化設置

N107 SUPA G0 Z= _Z_HOME D0；非模態回零

N108 SUPA G0 X= _X_HOME Y= _Y_HOME；

N109 G0 B0.0 C= DC(0.0)；

N110 G54；建立加工坐標系

N111 ; ---------------

N112 ; START TOOLPATH : KC ；注釋刀軌

N113 ; ---------------

N114 ; PARAMETRIC FEEDRATE DEFINITION；定義進給速度

N115 R1=500; PLUNGE FEED RATE；

N116 R2=1000; CUTTING FEED RATE；

N117 R3=3000; SKIM FEED RATE；

N118 ;

N119 ; TOOL NO. :T1；注釋刀具信息

N120 ; TOOL TYPE : ENDMILL；

N121 ; TOOL ID : 1 ；

N122 ; TOOL DIA : 10.0 LENGTH 50.0；

N123 T1；選刀

N124 M6；

N125 D1；

N126 S1500 M03；主軸設置

......

N339 M09；關閉冷卻液

N340 M05；關閉主軸

N341 SUPA G0 Z= _Z_HOME D0；非模態回零

N342 SUPA G0 X= _X_HOME Y= _Y_HOME；

N343 G0 B0.0 C= DC(0.0)；

N344 M30；結束程序

3 后處理實例

3.1 刀路后處理

(1)針對如圖6所示測試件進行后處理驗證。首先在PowerMILL中利用模型區域清除、偏移平坦面精加工、平行精加工、曲面精加工等策略[10]生成測試件的三軸刀路、3+2刀路、五軸聯動刀路,如圖7所示。

圖6 測試件

圖7 測試刀路

(2)其次修改NC程序輸出文件類型為刀位，便于在PostProcessor進行調試后處理，結果如圖8所示，調試過程沒有出現錯誤。

圖8 后處理調試

3.2 仿真加工

在VERICUT數控仿真軟件中設置仿真所需的數控系統、機床、毛坯、加工坐標系、加工刀具之后，添加前面生成的后處理程序，進行仿真驗證，結果如圖9所示，仿真過程沒有出現過切、少切、干涉、碰撞等現象。

4 結 語

本文基于PowerMILL軟件的PostProcessor后處理模塊，研究了機床運動學結構、RTCP功能、后處理的用戶命令、腳本語言、判斷語句等功能的應用，開發了集

三軸、3+2軸、五軸聯動加工于一體的西門子840D數控系統集成后處理文件。經過測試，完全滿足加工需要，擴展了后處理器的功能，可讀性強，對其他數控系統的后處理開發具有一定的借鑒性。

圖9 VERICUT仿真驗證