基于PM－post的五軸數控銑床選項文件定制方法的研究

劉 江 郭志平 楊 濤 崔朝霞 程海鷹

(內蒙古工業大學機械學院，內蒙古 呼和浩特 010051)

對于葉輪、葉片等復雜曲面零件加工來說，需使用五軸數控銑床進行加工，操作者手動編程非常困難，必須要借助CAM軟件產生刀位文件，然后利用后處理軟件和機床選項文件將其處理成機床可以識別的數控程序。不同的CAM軟件所使用的后處理軟件也不同，如UG 使用的后處理器為 UG － post［1］［2］;Pro/E 的后處理器為 Gpost［3］;Powermill使用的為 DUST － post和 PM－post。機床選項文件是根據特定的數控系統、機床而編制的用于規定NC代碼輸出指令及其格式的文件，通常也叫后處理文件［4］。針對不同的數控機床數控系統，需要不同的機床選項文件與之對應，所以定制適合五軸加工的機床選項文件就尤為重要。

與其他UG、Pro/e等軟件相比，PowerMill是世界上著名的功能強大、加工策略豐富的數控銑削CAM軟件，同時也是增長率最快的數控銑削加工軟件［5］，其具有易學易用、計算速度更快、優化刀具路徑、支持高速加工和多軸加工、加工模擬先進以及無過切與碰撞等特點，受到了國內外許多知名企業的青睞。早期的PowerMill后處理程序 DUCTpost是基于純文本文檔［6］，用戶修改選項文件較困難、可讀性差、調試難度大。PM－post是Delcam公司按照windows操作風格和界面開發的一款集工件路徑后處理、機床選項文件(即后處理文件)定制和修改的軟件，由后處理器、機床選項文件編輯器和控制臺三部分組成，與DUCTpost相比，具有界面友好、理解容易、易于操作、實用性強等優點，所以得到越來越多人的使用。

本文以德國德瑪吉公司生產的型號為DMU mono-BLOCK 100五軸聯動萬能銑削中心為例(數控系統采用的是海德漢iTNC530)，研究基于后處理軟件PM－post的五軸數控銑床選項文件的定制方法。

1 五軸數控銑床及海德漢iTNC530介紹

1.1 DMUmonoBLOCK100五軸銑床介紹

德國德瑪吉公司生產的型號為DMUmonoBLOCK100萬能銑削中心由3根線性進給軸、2個旋轉進給軸組成，可以實現五軸聯動加工。3根線性進給軸為X軸、Y軸、Z軸，2根旋轉進給軸為可繞Z軸旋轉360°的C軸和可繞Y軸擺動的B軸，B軸的擺動角度為－30°～120°，5根進給軸按照笛卡爾坐標系布置，機床模型見圖1。該設備選用的數控系統為海德漢的iTNC530數控系統，屬高檔數控系統，可以實現加工工件的3D演示及加工碰撞檢測功能，可視化的對話編程實現了程序的快速編制，每個循環與機械加工的工步相對應，具有編程簡單、直觀，加工調試修改方便等特點［7］。但在編制五軸聯動機床用機床選項文件時，由于海德漢的iTNC530數控系統與通用的DIN－ISO標準代碼完全不同，所以首先要熟悉其程序結構和刀具路徑功能代碼。

1.2 iTNC530數控系統的程序結構

在進行五軸銑削加工時，iTNC530數控系統的程序結構如下所示:

1.3 iTNC530五軸加工刀具路徑功能與輔助功能

進行五軸加工時，主要有“3+2”定位加工和五軸聯動加工兩種方式。“3+2”五軸定位加工是利用旋轉軸B與旋轉軸C實現坐標系的轉換，用來加工在空間上成一定角度的斜孔或凸凹輪廓，iTNC530數控系統利用坐標系變換循環Cycle19和坐標系平移循環Cycle7配合來實現坐標系的轉換。五軸聯動加工需要用到直線路徑功能L、圓弧路徑功能CR、輔助功能M126和M128。直線路徑功能L最多可控制5軸，在多于3軸時進給軸坐標值都需要由后置處理軟件來產生;圓弧路徑功能CR只適合在坐標平面內產生，空間圓弧一般由直線插補來逼近;M126為旋轉軸短路徑運動，用M127取消M126，可提高工作臺的旋轉效率;M128為調用刀具中心管理功能，用M129取消M128，此功能對五軸加工尤為重要，可防止發生碰撞。

2 PM－post的參數設置方法

在PM－post軟件中，提供了常見的數控系統的機床選項文件，海德漢數控系統也在其列，但只支持三軸聯動數控銑床，對于定制5軸聯動數控銑床的機床選項文件來說，可以在三軸的機床選項文件之上結合機床結構進行修改即可。

2.1 PM－post機床參數的設置

在設置機床參數時，需掌握機床的運動軸數、運動軸的空間位置關系、運動軸名稱、各軸的運動行程及機械坐標系位置等信息。

啟動PM－post軟件后，選擇File＞Open＞Option File，選擇機床選項文件Heidenhain530.pmopt，打開海德漢數控系統的j機床選項文件，單擊“編輯”選項卡，由后處理管理器切換到選項文件編輯管理器，點擊一級樹枝Settings，進入機床選項文件的基本設置。對于定制五軸聯動數控銑床選項文件來說，需要設置五軸數控銑床的坐標系變換、機床進給軸的運動及多軸的配置方式，對應于Settings樹枝下的Corrdinates Control、Machine Kinematics 和 Multi－Axis Configuration。

單擊Corrdinates Control樹枝，打開選項卡，如圖2。為了使機床選配文件同時支持“3+2”定位加工和5軸加工，需將坐標系自動控制開關打開，并在Profile選項中選擇“Multi－Axis machine with RTCP and 3+2 support”。對于海德漢 iTNC530數控系統來說，“3+2”定位加工需要坐標系變換，而五軸加工時，坐標系變換會影響刀尖管理功能(RTCP)，加工時會產生碰撞風險。所以在“3+2”定位加工時，在Pre－Set中選擇“Pre － Set 3:Workplane:On，RTCP:Off，Tool length Comp:Off”，即打開坐標變換功能，關閉刀尖中心管理功能;在5軸加工時，在Pre－Set中選擇“Pre－Set 2:Workplane:Off，RTCP:On，Tool length Comp:Off”，打開刀尖中心管理功能，關閉坐標變換功能。

單擊Machine Kinematics樹枝，打開選項卡，根據德瑪吉monoBLOCK100的機床結構，動力學模型應該選5－Axis Table Head，或加載已經建好的機床模型導入。選擇5－Axis Table Head后，選項卡中出現5根進給軸的參數表，將其更改為X、Y、Z、B、C進給軸;查閱德瑪吉monoBLOCK100的機床參數MP910－MP922得到 X、Y、Z、B、C 軸的行程、參考點的位置數據，填入選項卡。進給軸B的設置參數如圖3所示。

當機床動力學模型選擇為多軸時，多軸功能配置被激活，單擊Multi－Axis Configuration樹枝，打開選項卡，為了滿足工件的公差要求，應選擇線性多軸運動為“Yes”，保證每根進給軸在運動時步距合理;對于Special Mutl－Axis Feed Rate選項，主要是控制當刀具與工件的接觸點不是刀位點時，加工的進給速度和切削速度與刀位點加工是不同的，為了減小這種加工狀況下的表面粗糙值，可選擇Constant Surface Speed選項。其余選項可按照默認選項進行。

對應于Initialisation樹枝下，是設置后處理開始時的初始參數，如冷卻方式、運動模式等。其中刀具中心管理功能(RTCP Mode)和坐標系變換功能(Workplane transformation)在啟動時需要關閉，以免在處理時出現問題。

2.2 命令樹枝的設置

命令(Command)樹枝下的內容是制定滿足數控程序的關鍵部分，PM－post后處理器利用參數變量將刀位文件中的坐標值、進給速度轉換為NC程序的坐標值;利用字符串給出程序號、坐標值、進給速度等。利用現用的三軸數控銑床的機床選配文件，將其更改為適合五軸的海德漢iTNC530數控系統，需要調整如下語句。

2.2.1 修改直線插補的參數

雙擊Command樹枝下的Moves樹枝，然后點擊Move linear樹枝，將其展開，按圖4設置直線插補參數。對于五軸加工，直線插補需要增加旋轉軸B、C。單擊Cutter Compensation Mode，將插入位置定位在參數Cutter Compensation Mode前，參數Z之后，單擊瀑布菜單Select Parameter，選擇參數Machine B，然后點擊增加參數按鈕將旋轉軸B插入到程序語句當中，而插入的只有B軸的旋轉角度值，坐標值代號“B”需要通過編輯參數Machine B的屬性，增加前綴“B”來實現。用類似的方法可以將旋轉軸C插入到程序語句中。

2.2.2 修改多軸加工模式

多軸模式的作用是在PM－post處理刀位文件時，刀位文件中包含“3+2”定位加工和五軸加工時需要調用的程序指令。雙擊Command樹枝下的Multi－Axis Mode樹枝，將其展開。在Multi－Axis Mode樹枝下需設置Set Multi－Axis On(多軸功能打開)和Set Workplane On(坐標系變換打開)。在Set Multi－Axis On(多軸功能打開)樹枝下，增加文本字符串，如圖5所示。在程序預覽窗口顯示:

在Set Workplane On(坐標系變換打開)樹枝下，在坐標系變換之前需先取消刀尖管理功能和前面的坐標系變換功能。按照圖6設置完程序塊，在程序預覽窗口，程序顯示如下:

3 加工驗證

為了驗證基于PM－post建立的海德漢iTNC530數控系統五軸機床選項文件的正確性，選用圖7所示葉輪作為加工零件進行加工。

在PowerMill軟件中設置刀路，進行加工仿真，檢查沒有碰撞和過切后，輸出刀位文件，文件名為Fine.cut。在PM－post中打開Fine.cut，選擇編制好的機床選配文件DMUmonoBLOCK100.pmopt，后處理得到NC程序Fine_DMUmonoBLOCK100.h。為保證加工過程的連續性、加工過程不打刀，選用尼龍作為毛坯材料，在車床上將葉輪外輪廓與中心孔加工完成，然后利用德國德瑪吉公司生產的型號為DMUmonoBLOCK100萬能銑削中心進行加工，加工后的成品如圖8所示。經檢測表面光滑、無過切，尺寸合格，定制的機床選項文件可成功地應用到五軸銑削加工。

4 結語

本文以海德漢iTNC530數控系統為例，得出了基于PM－post后處理器的五軸數控銑削加工中心機床選項文件(后處理文件)的定制方法及與五軸銑削加工相關參數的設置方法，并通過加工進行了驗證。

［1］董曉嵐.基于UG POST極坐標數控機床后置處理器的開發［J］.蘇州市職業大學學報，2012(4):26－28.

［2］周立波，李厚佳.基于UG的加工仿真及后置處理器的開發［J］.制造業自動化，2009(02):47－50.

［3］馮顯英，何全民，胡濱，等.基于Pro/E的特殊五坐標機床的后置處理器的開發［J］.組合機床與自動化加工技術，2006(9):24－26.

［4］朱克憶.PowerMill高速數控加工編程導航［M］.北京:機械工業出版社，2012.

［5］廖海平，曾翠華.基于powermill的后處理及其設置方法［J］.制造技術與機床，2007(8):114－116.

［6］黃云林，袁軍堂，汪振華.基于PowerMill的整體葉輪五軸聯動高速加工后置處理的研究［J］.機床與液壓，2012(17):12－14.

［7］海德漢公司.iTNC530編程手冊［M］.2006.