PowerMILL五轴加工后处理制作的研究

洪 超

应用 Application

PowerMILL五轴加工后处理制作的研究

洪 超

（江苏科技大学 工程训练中心，江苏省镇江市 212000）

研究后处理的主要作用和五轴数控机床的结构、特性。针对PowerMILL 软件 PostProcessor后处理模块，以固定龙门摇篮式五轴机床为例，在标准后处理文件基础上，详细介绍了五轴后处理文件的修改、定制方法和创建mach3系统五轴后处理的过程。

五轴机床；后处理；PowerMILL

1 引言

随着产品的几何设计越来越复杂，尤其是航空、航天、模具以及流体机械相关的重要零部件，都需要五轴CNC机床加工，这类零件的加工要求刀具矢量方向与加工面方向一致，这样数控机床除了平动坐标轴以外，还应有旋转运动坐标轴。与三轴加工相比较，五轴数控加工有其自身的特点：明显地提高了加工效率；改善了加工表面质量与准确度；加工对象广泛等。但与此同时，五轴数控机床在加工时的实际运动情况比三轴加工要复杂得多。由于五轴机床种类、结构和参数不同，自动编程软件多样，造成了后处理不能通用，给五轴机床的普及带来很大困难。本文介绍利用 PowerMILL 软件自带后处理模块，研编摇篮式五轴后处理的方法。

2 后置处理的作用和任务

在数控程序的编制过程中，利用CAM软件根据走刀方式、刀具和切削用量等设置计算刀具轨迹的过程称为前置处理。为了简化系统软件以及使前置处理具有更强的通用性，一般在前置处理时，都不考虑机床的实际结构类型及数控系统的编程指令格式。因此，要获取数控机床能够识别的NC程序代码，就必须将软件中所得到的刀具轨迹转化为所用数控机床的NC程序代码，这个过程即为后置处理。

后置处理的任务是根据具体机床的运动结构和控制指令格式，将前置处理计算出的刀位数据转换成机床各轴的运动数据，并按其控制指令的格式进行转换，生成数控机床的加工程序。后置处理是联系CAD／CAM技术与数控加工的纽带，是编制数控程序的核心技术之一，也是数控加工技术中的关键组成部分。后置处理的结果将会直接影响CAD／CAM自动编程软件的使用效果、机床的运行可靠性及机床的利用率[1]。

3 五轴数控机床的结构和特性

五轴机床（5 Axis Machining），顾名思义，是指在、、三根常见的直线轴上加上、、三轴中的两个旋转轴，这样五轴组合就具有不同的运动方式，以满足各类产品加工的技术需求。五轴机床机械结构形式多种多样，但是主要有以下几种形式。

（1）双转台结构

双转台五轴（常说的摇篮式）：五轴机是在普通三轴机的基础上附加了两个旋转轴，又称为“3+2”轴。这种结构的优点是主轴结构比较简单，主轴刚性非常好，机床制造成本较低，同时轴可以获得无限制连续旋转角度行程，为整体叶片、巧轮和精密模具加工创造了条件，如图1所示。

图1 双转台五轴机床

（2）双摆轴结构

两个旋转轴都属于摆头类，轴旋转平面为平面，轴旋转平面为平面，两个旋转轴结合为一体形成双摆头结构，特点是加工过程中工作台不旋转或摆动，工件固定在工作台上，静止不动，适合加工体积大、重量重的工件，但是主轴在加工过程中摆动，刚性较差，切削量较小。适合加工尺寸较大的零件，如大型的箱体件、巨大的发动机机壳等，如图2所示。

图2 双摆轴结构五轴机床

（3）单摆头单转台五轴

旋转轴为摆头，旋转平面为平面，旋转轴为转台，旋转平面为平面。特点是加工过程中工作台只旋转不摆动，这种结构设置简单、灵活，同时具备观摆轴结构和双转台结构的部分优点，加工范围较广泛，如图3所示。

图3 单摆头单转台五轴机床

4 PowerMILL软件后处理的制作

目前，国内常用的CAM软件有PowerMILL、UGNX、MasterCAM和Cimatron等[2]。PowerMILL 是一种专业的数控加工自动编程软件，由英国Delcam公司研制开发。它实现了CAM系统与CAD系统的分离,更充分发挥了CAM和CAD各系统的优势，可在网络下完成一体化集成, 所以更能适应工程化的要求[3]。其广泛应用于航空航天、汽车、船舶、家电以及模具等行业。

PowerMILL软件提供两种后处理模块，即DuctPost和 PostProcessor。前者通过文字处理软件进行后处理的创建与更改，其修改方便，处理刀位文件速率快，短小精悍；后者是图形界面的后处理模块，更加直观，使用简单，功能强大，是未来的发展方向[4]。本文针对PowerMILL 软件 PostProcessor 后处理模块，定制Mach3系统固定龙门摇篮式机床（如图4所示）需要的后处理文件。由于Mach3系统不具备RTCP功能，后处理制作主要是机床结构制作和机床控制器程序格式修订两方面，满足固定龙门摇篮式五轴机床的加工需要。

图4 固定龙门AC摇篮五轴机床

4.1 机床文件.mtd文件制作

机床配置文件中，一般有三个部分：机床上的静止部件、机床床身Table上的运动部件和机床主轴Head上的运动部件。机床静止部件部分可以没有，但是床身Table运动部件和主轴Head运动部件部分必须有。

以固定龙门摇篮式机床为例，根据机床的机构，、方向是刀具运动，、、轴是工件在运动。则固定龙门上的和轴设置成Head。轴是工作台，、轴在轴上，那么和、轴定义部分设置成Table。

下面是以轴为例，编写模块内的代码：

这定义Z行程限制在±300 mm，轴是刀件运动，方向向量是（0, 0,1）。

在进行数控编程计算时，一律都是假定工件不动，按刀具相对运动的坐标来编程，所以当Table上的工件运动部分运动时向量则负。如轴的方向为工件运动部分，则向量要改为（0,-1,0）也就是。

、、、轴都同理编写模块后。按照机床机构排列顺序，将定义每个轴的模块代码按格式进行组合连接，得到机床文件*.mtd。

如图5所示，是固定龙门AC摇篮五轴的机床文件.mtd。

图5 固定龙门AC摇篮五轴的机床文件.mtd

4.2 机床格式的修改

4.2.1 机床运动形式设置

打开PowerMILL2017自带的后处理软件 Autodesk Manufacturing Post Processor Utility 2017，单击File中的Import Option File...，在弹出对话框中选择打开模板文件5axis-machAC.opt，单击编辑Editor，在模板文件中增加、轴设置，修改程序开始各轴参数，快速进给，直线进给和程序结尾部分等参数。

在“Commands”标签中，单击Program Start，设置程序起始行。在轴后面增加Machine A和Machine C两个轴，设置各轴加工起始位置参数，在预览框中显示加工程序代码如下:GO XO.0 Y0.0 Z100.0 A0.0 C0.0的起始行程序段，如图6所示。选取需修改轴，单击Item properties，选择Vaiue，修改Vaiue参数，则是修改该轴起始位置坐标，如图7所示。

图6 程序开始格式

图7 修改轴起始位置

选择“Move”列表中的直线插补模块“Move Linear”，机床直线插补运动设置如图8所示，增加旋转轴的坐标参数Machine A和 Machine C两个参数，用来定义、两旋转轴，修改两参数为坐标系格式并且分别加上前缀A、。快速进给模块“Move Rapid”设置如同。

单击Program End，同样添加、轴，设置程序结束各轴运动顺序和位置，如图9所示。修改参数方法如同起始行设置。至各项参数以及数据格式符合要求，机床运动形式设置完毕。

图8 直线插补运动设置

图9 程序结束格式

打开“Option File Settings”对话框，选择“MachineKinematics”节点，打开“Kinematics Model”的下拉菜单，选择 External MTD...，选择打开制作的机床文件*.mtd，根据机床实际参数，设置、、的运动极限值行程，、轴可旋转极限角度和A轴旋转中心到机床加工原点的距离，如图10所示。单击Preview，预览机床模型及各轴运动方向和位置，如图11所示。

图10 机床参数格式

图11 预览机床模型

由于系统没有RTCP功能和刀库，其他参数设置不变，设置完成后，选中机床选项文件*.pmoptz，单击右键选择保存，完成Powermill五轴固定龙门摇篮式后处理文件的修改编制。

5 结语

[1] 鲁淑叶．基于PowerMILL的五轴加工中心后处理研究[D]．成都：西南交通大学，2017．

[2] 范绍平．Delcam PowerMILL五轴后处理研究[J]．现代制造工程，2016(10)：55-60．

[3] 廖海平，曾翠华．基于PowerMILL的后处理及其设置方法[J]．制造技术与机床，2007(8)：122-125．

[4] 鲁淑叶．基于Powermill的五轴加工中心后处理的研究[J]．煤矿机械，2017(10)：78．

[5] 乔世民．机械制造基础[M]．北京：高等教育出版社，2003．