PowerMILL五軸加工后處理制作的研究

洪 超

應用 Application

PowerMILL五軸加工后處理制作的研究

洪 超

（江蘇科技大學 工程訓練中心，江蘇省鎮江市 212000）

研究后處理的主要作用和五軸數控機床的結構、特性。針對PowerMILL 軟件 PostProcessor后處理模塊，以固定龍門搖籃式五軸機床為例，在標準后處理文件基礎上，詳細介紹了五軸后處理文件的修改、定制方法和創建mach3系統五軸后處理的過程。

五軸機床；后處理；PowerMILL

1 引言

隨著產品的幾何設計越來越復雜，尤其是航空、航天、模具以及流體機械相關的重要零部件，都需要五軸CNC機床加工，這類零件的加工要求刀具矢量方向與加工面方向一致，這樣數控機床除了平動坐標軸以外，還應有旋轉運動坐標軸。與三軸加工相比較，五軸數控加工有其自身的特點：明顯地提高了加工效率；改善了加工表面質量與準確度；加工對象廣泛等。但與此同時，五軸數控機床在加工時的實際運動情況比三軸加工要復雜得多。由于五軸機床種類、結構和參數不同，自動編程軟件多樣，造成了后處理不能通用，給五軸機床的普及帶來很大困難。本文介紹利用 PowerMILL 軟件自帶后處理模塊，研編搖籃式五軸后處理的方法。

2 后置處理的作用和任務

在數控程序的編制過程中，利用CAM軟件根據走刀方式、刀具和切削用量等設置計算刀具軌跡的過程稱為前置處理。為了簡化系統軟件以及使前置處理具有更強的通用性，一般在前置處理時，都不考慮機床的實際結構類型及數控系統的編程指令格式。因此，要獲取數控機床能夠識別的NC程序代碼，就必須將軟件中所得到的刀具軌跡轉化為所用數控機床的NC程序代碼，這個過程即為后置處理。

后置處理的任務是根據具體機床的運動結構和控制指令格式，將前置處理計算出的刀位數據轉換成機床各軸的運動數據，并按其控制指令的格式進行轉換，生成數控機床的加工程序。后置處理是聯系CAD／CAM技術與數控加工的紐帶，是編制數控程序的核心技術之一，也是數控加工技術中的關鍵組成部分。后置處理的結果將會直接影響CAD／CAM自動編程軟件的使用效果、機床的運行可靠性及機床的利用率[1]。

3 五軸數控機床的結構和特性

五軸機床（5 Axis Machining），顧名思義，是指在、、三根常見的直線軸上加上、、三軸中的兩個旋轉軸，這樣五軸組合就具有不同的運動方式，以滿足各類產品加工的技術需求。五軸機床機械結構形式多種多樣，但是主要有以下幾種形式。

（1）雙轉臺結構

雙轉臺五軸（常說的搖籃式）：五軸機是在普通三軸機的基礎上附加了兩個旋轉軸，又稱為“3+2”軸。這種結構的優點是主軸結構比較簡單，主軸剛性非常好，機床制造成本較低，同時軸可以獲得無限制連續旋轉角度行程，為整體葉片、巧輪和精密模具加工創造了條件，如圖1所示。

圖1 雙轉臺五軸機床

（2）雙擺軸結構

兩個旋轉軸都屬于擺頭類，軸旋轉平面為平面，軸旋轉平面為平面，兩個旋轉軸結合為一體形成雙擺頭結構，特點是加工過程中工作臺不旋轉或擺動，工件固定在工作臺上，靜止不動，適合加工體積大、重量重的工件，但是主軸在加工過程中擺動，剛性較差，切削量較小。適合加工尺寸較大的零件，如大型的箱體件、巨大的發動機機殼等，如圖2所示。

圖2 雙擺軸結構五軸機床

（3）單擺頭單轉臺五軸

旋轉軸為擺頭，旋轉平面為平面，旋轉軸為轉臺，旋轉平面為平面。特點是加工過程中工作臺只旋轉不擺動，這種結構設置簡單、靈活，同時具備觀擺軸結構和雙轉臺結構的部分優點，加工范圍較廣泛，如圖3所示。

圖3 單擺頭單轉臺五軸機床

4 PowerMILL軟件后處理的制作

目前，國內常用的CAM軟件有PowerMILL、UGNX、MasterCAM和Cimatron等[2]。PowerMILL 是一種專業的數控加工自動編程軟件，由英國Delcam公司研制開發。它實現了CAM系統與CAD系統的分離,更充分發揮了CAM和CAD各系統的優勢，可在網絡下完成一體化集成, 所以更能適應工程化的要求[3]。其廣泛應用于航空航天、汽車、船舶、家電以及模具等行業。

PowerMILL軟件提供兩種后處理模塊，即DuctPost和 PostProcessor。前者通過文字處理軟件進行后處理的創建與更改，其修改方便，處理刀位文件速率快，短小精悍；后者是圖形界面的后處理模塊，更加直觀，使用簡單，功能強大，是未來的發展方向[4]。本文針對PowerMILL 軟件 PostProcessor 后處理模塊，定制Mach3系統固定龍門搖籃式機床（如圖4所示）需要的后處理文件。由于Mach3系統不具備RTCP功能，后處理制作主要是機床結構制作和機床控制器程序格式修訂兩方面，滿足固定龍門搖籃式五軸機床的加工需要。

圖4 固定龍門AC搖籃五軸機床

4.1 機床文件.mtd文件制作

機床配置文件中，一般有三個部分：機床上的靜止部件、機床床身Table上的運動部件和機床主軸Head上的運動部件。機床靜止部件部分可以沒有，但是床身Table運動部件和主軸Head運動部件部分必須有。

以固定龍門搖籃式機床為例，根據機床的機構，、方向是刀具運動，、、軸是工件在運動。則固定龍門上的和軸設置成Head。軸是工作臺，、軸在軸上，那么和、軸定義部分設置成Table。

下面是以軸為例，編寫模塊內的代碼：

這定義Z行程限制在±300 mm，軸是刀件運動，方向向量是（0, 0,1）。

在進行數控編程計算時，一律都是假定工件不動，按刀具相對運動的坐標來編程，所以當Table上的工件運動部分運動時向量則負。如軸的方向為工件運動部分，則向量要改為（0,-1,0）也就是。

、、、軸都同理編寫模塊后。按照機床機構排列順序，將定義每個軸的模塊代碼按格式進行組合連接，得到機床文件*.mtd。

如圖5所示，是固定龍門AC搖籃五軸的機床文件.mtd。

圖5 固定龍門AC搖籃五軸的機床文件.mtd

4.2 機床格式的修改

4.2.1 機床運動形式設置

打開PowerMILL2017自帶的后處理軟件 Autodesk Manufacturing Post Processor Utility 2017，單擊File中的Import Option File...，在彈出對話框中選擇打開模板文件5axis-machAC.opt，單擊編輯Editor，在模板文件中增加、軸設置，修改程序開始各軸參數，快速進給，直線進給和程序結尾部分等參數。

在“Commands”標簽中，單擊Program Start，設置程序起始行。在軸后面增加Machine A和Machine C兩個軸，設置各軸加工起始位置參數，在預覽框中顯示加工程序代碼如下:GO XO.0 Y0.0 Z100.0 A0.0 C0.0的起始行程序段，如圖6所示。選取需修改軸，單擊Item properties，選擇Vaiue，修改Vaiue參數，則是修改該軸起始位置坐標，如圖7所示。

圖6 程序開始格式

圖7 修改軸起始位置

選擇“Move”列表中的直線插補模塊“Move Linear”，機床直線插補運動設置如圖8所示，增加旋轉軸的坐標參數Machine A和 Machine C兩個參數，用來定義、兩旋轉軸，修改兩參數為坐標系格式并且分別加上前綴A、?？焖龠M給模塊“Move Rapid”設置如同。

單擊Program End，同樣添加、軸，設置程序結束各軸運動順序和位置，如圖9所示。修改參數方法如同起始行設置。至各項參數以及數據格式符合要求，機床運動形式設置完畢。

圖8 直線插補運動設置

圖9 程序結束格式

打開“Option File Settings”對話框，選擇“MachineKinematics”節點，打開“Kinematics Model”的下拉菜單，選擇 External MTD...，選擇打開制作的機床文件*.mtd，根據機床實際參數，設置、、的運動極限值行程，、軸可旋轉極限角度和A軸旋轉中心到機床加工原點的距離，如圖10所示。單擊Preview，預覽機床模型及各軸運動方向和位置，如圖11所示。

圖10 機床參數格式

圖11 預覽機床模型

由于系統沒有RTCP功能和刀庫，其他參數設置不變，設置完成后，選中機床選項文件*.pmoptz，單擊右鍵選擇保存，完成Powermill五軸固定龍門搖籃式后處理文件的修改編制。

5 結語

[1] 魯淑葉．基于PowerMILL的五軸加工中心后處理研究[D]．成都：西南交通大學，2017．

[2] 范紹平．Delcam PowerMILL五軸后處理研究[J]．現代制造工程，2016(10)：55-60．

[3] 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)：122-125．

[4] 魯淑葉．基于Powermill的五軸加工中心后處理的研究[J]．煤礦機械，2017(10)：78．

[5] 喬世民．機械制造基礎[M]．北京：高等教育出版社，2003．