摘要: 針對 PowerMILL 軟件後處理模塊 PostProcessor，以標準（zhǔn）三軸後處理文件為基礎，探討了五軸後處理文件的修改與（yǔ）定製方法。實踐表明，後處理文件在（zài） UG800 小龍門式五軸加工中心上試（shì）驗（yàn）通（tōng）過，達到了預期結果。該方法對 PowerMILL五軸加工的應用有積極的（de）意義。
 
        關鍵詞: PowerMILL 軟件; PostProcessor 模塊; 五軸後處理; 數控係統
 

        0 引言
 
       隨著製造業的競爭加劇，加工質量與時間成本已成為企業縮短產品周期、降低成（chéng）本、提高（gāo）競（jìng）爭力的關鍵因素。越來越多的企業選（xuǎn）擇五軸機床來加工複雜產品，通（tōng）過減少裝（zhuāng）夾次數、降低時間（jiān）成本來提升自己的競爭力。而傳統的手工編程越來越難高效（xiào）率地編（biān）製五軸機床加工程序（xù），成為發揮五軸機（jī）床最大性能的瓶頸。選擇使用軟（ruǎn）件編程替（tì）代手工編程成為普（pǔ）遍現象。
 
       目前，國 內 常 用 的 CAM 軟（ruǎn） 件 有（yǒu）: PowerMILL、UGNX、Catia、MasterCAM、Cimatron 等。編程（chéng）軟件通過（guò）計（jì）算機計算產生刀具路徑文件，也就是刀位文件，但刀位文件不是數（shù）控係統可（kě）識別（bié）的 NC 程序，需要由相應的後處理模塊處理成機床所需的 NC 程序; 因此，後處理的研究（jiū）成為了 CAM 軟件研究（jiū）的核心。在本文（wén）中，利（lì）用 PowerMILL軟件的（de）後處理模塊來研究五軸後處理。
 
        1、 PowerMILL 軟件後處理模（mó）塊
 
        PowerMILL 軟（ruǎn）件提供兩（liǎng）種後處理模塊: DuctPost和 PostProcessor。前者通過文字處理軟件進行後處理的創建與更改，其修改方便，處理刀位文件（jiàn）速率快，短小精悍; 後者是圖形界麵的後處理模塊，更加直觀，使用簡單，功 能 強 大，是（shì）未來的發展方向。本 文 針 對PowerMILL 軟 件 PostProcessor 後 處（chù） 理 模（mó） 塊 定 製 五（wǔ） 軸Fanuc 係統搖籃（lán）式機床所需後處理文件。
 
        1． 1 產（chǎn）生刀位文件
 
       在 PowerMILL 軟件選項中，將 NC 程序輸出文件類型更改為“刀（dāo）位（wèi）”，之（zhī）後寫入 NC 程序，即得到後綴為． cut 的刀位（wèi）文件，如圖 1 所示。
  
       
  
        1． 2 導入 PostProcessor 後處理模塊PostProcessor 模塊如圖 2 所示。打開 PostProcessor後處（chù）理模塊，右鍵點擊“CLDATA Files”，選擇“AddCLDATA”選（xuǎn）項，將本文第 1． 1 節中得到（dào）的刀位文（wén）件導入; 之後右鍵（jiàn）點擊“New Session”，選擇“Open”選項; 在PostProcessor 安裝目錄文件夾“Generic”中找到標準的Fanuc 三軸後處理文件“Fanuc． pmoptz”。接下來的工作（zuò）就是將（jiāng）標準的 Fanuc 三軸後處理文（wén）件修改（gǎi）成五軸後處理文件。這需要從 3 個方麵入手: 機（jī）床（chuáng）運動形式設置、ＲTCP 功（gōng）能設（shè）置和 3 + 2 坐標係轉換設置（zhì）。
 

       
  
        2、 PostProcessor 五軸後處理（lǐ）定製
 
        2． 1 機床運動形式設（shè）置
 
       嚐試使用第 1． 2 節中的 Fanuc 後處理文件（jiàn）來處理test_ 5axis 刀 位 文 件，軟件（jiàn）信（xìn）息欄中（zhōng）會（huì）出現“errorNCB0260:This machine can’t handle multiaxis programs”錯誤提示。這是因為標準（zhǔn）後處（chù）理文件是三軸（zhóu）後處理文件，而目前使用的（de）刀位文件是一條多軸路徑;因此，第（dì）一步需要定義（yì）機床運（yùn）動形式。
 
       打開“Option File Settings”對話框，選擇（zé）“MachineKinematics”節點，將“Kinematics Model”選項內容從“3 － Axis”更改（gǎi）為（wéi）“5 － Axis Table Table”; 根（gēn）據（jù）機床實際參數（shù），定義兩（liǎng）個相（xiàng）應的旋（xuán）轉軸。這裏以 A、C 軸為例，將旋轉軸定（dìng）義為“Machine A”和“Machine C”; 根據機床的（de）運動限界定義相關極限值，機床運動形式設置
如圖 3 所示。
  
      

       在“Commands”標（biāo）簽中（zhōng），選擇“Move”列表中的直線插補模塊“Move Linear”，機床直線運動設置如圖（tú） 4所示，增加（jiā） Machine A 和 Machine C 兩個參數，用來定義 A、C 兩旋轉軸，修改兩參數為坐標係（xì）格（gé）式並且分別加上前綴 A、C。
  
  
      
  
       在預覽框中顯示加工程序代碼如下:N1 G01 X0． 000 Y0． 000 Z0． 000 A0． 000 C0． 000 F1． 0各項參數以及數據格式（shì）符合要求，機（jī）床運動（dòng）形式設置完畢（bì）。
 

       2． 2 ＲTCP 功能設置（zhì）
 
      五軸加工中，由於旋轉運動的影響，會產生非線性誤差。ＲTCP( 繞刀具中心旋（xuán）轉) 功能可使數控係統自動對旋轉軸（zhóu）的運動進行實時線性補償，從而保證插補點始終位於編程軌跡（jì）上［1］; 但（dàn）並非所有的五軸機（jī）床都具（jù）有 ＲTCP 功能。對於沒有 ＲTCP 功能的機床，可在 PostProcessor 模塊中設置刀具中（zhōng）心到旋轉中心的差值，在後處理中對旋轉軸運（yùn）動的誤差進行補償。
 
      PostProcessor 模塊（kuài）中 ＲTCP 功能（néng）的設置是在（zài） CoordinatesControl( 坐標控製) 節點中（zhōng）。根據機床是（shì）否存在 ＲTCP 功能，選擇相應的選項。ＲTCP 設置如圖 5所示。
  
    
  
      在不同控製器中，ＲTCP 功（gōng）能開關指令各有不同（tóng）。常見的 Fanuc、Siemens、Heidenhain 控製器中 ＲTCP 功能開關指令如表 1 所示。在第一（yī）次換刀移動（dòng）中使用條（tiáo）件（jiàn）語句（jù）判斷刀路類型( 三軸、3 + 2 軸、五軸（zhóu）) ; 結合 Fanuc控製器 ＲTCP 開關指令，寫（xiě）出圖 6 所示句式結構。
  

     
  
       
  
       針對不同（tóng）類型刀具軌（guǐ）跡進行不同換刀移（yí）動設（shè）置，不僅是係統的需求，也是加工安全的保證。
 
       2． 3 3 + 2 軸坐標係轉換設置
  
       目前，3 + 2 軸刀具路徑的輸出方式有兩種: 一種是以五軸形式輸出，也就是給出刀軸旋轉指令; 另一種（zhǒng）是（shì）通過 3 + 2 軸坐（zuò）標係轉換指令( Fanuc: G68． 2; Siemens:
Cycle800; Heidenhain: Plane Spatial Cycle19) ，將（jiāng）後處理坐標係（xì）轉變成 3 + 2 軸編程坐標係。兩者（zhě）最大的差別是後者可輸出鑽孔循環，並且後者的坐標（biāo）值更加直觀，方便機床操作者理解。
 
       在“Option File Settings”對話框中的“CoordinatesControl”節點中，將“Axis Mode”標簽下（xià）“3 + 2”類型的（de）“Workplane Transformation”選項設（shè）置為“on”，“ＲTCPMode”選項設置為“off”，即使用 3 + 2 軸坐標係轉換輸出方式代替五軸輸出。同樣，在“Option File Settings”對話（huà）框中，選擇“Multi-axis”節（jiē）點，在“Wrokplane Definition”選項對話框（kuàng）中，將“WorkplaneSource”選（xuǎn）項內容更改為“Tool Vector and Orientation”，將（jiāng）“Euler Convention”選項 內 容（róng） 更 改（gǎi） 為“ZXZ Ｒotating”。激活“Command”標簽下的“SetWorkplane On”命令，在編輯麵板中輸入如圖 7 所示（shì）參數（shù）。經過（guò）以（yǐ）上命令設置，已（yǐ）經完成了 3 + 2 軸坐標係（xì）轉（zhuǎn）換基本（běn）設置（zhì），右擊刀位文件，選擇“Process as Debug”命令，預覽（lǎn）計算結果，得到如圖 8所示的坐標係轉換指令。
   
      
  
      
 
      3 、五軸後處理配置實例
 
      台灣崴（wǎi）立 UG800 小龍門式五軸加工（gōng）中心見圖 9，配備 A、C 搖籃式轉台。
  
     
  
      後處理配置前需詳細了解機床相關參數: X 軸（zhóu）行（háng）程( 左右) 為 800mm; Y 軸行（háng）程( 前後) 為（wéi） 950mm; Z 軸行（háng）程( 上下) 為 650mm; A 軸、C 軸旋轉角度為 － 120° ～30°，－ 360° ～ 360°; 控（kòng）製係統為 Fanuc 31i A5。
 
      3． 1 設置後處理輔（fǔ）助信息
 
      一條高質量的 NC 程序（xù），不僅能滿足機床實（shí）際的加工需求，同時也能告訴機床操作者程序中使用（yòng）的坐標係、刀具和切削時間等參數。針對這些信息的獲取，在PostProcessor 模塊中提供了十分便捷的模塊式編輯與調用功能。在機械加工之前，操作者（zhě）首先需要知道（dào）程序所使用的刀（dāo）具，進而準備相關刀具。傳統的方法是提供（gòng）紙質的配刀表，隨程序一起下發（fā）到車間。而在 PostProcessor 模塊中，可以將配刀表內置在程序中，具（jù）體做（zuò）法如下: 在 PostProcessor 模塊中，為後處理文件的定製提供表格模塊。打開“Editor”模塊下的“Tables”標 簽，該（gāi）模塊默認可定（dìng）製“Tool Tables”和“ToolPath Tables”兩種表格。在“Tool Tables”模塊中定義名為“Tool List”的表格（gé），在編輯麵（miàn）板中，填寫如圖10 所示參數。在程序（xù）開頭合適的位置可調用“ToolList”參數，測試處理後，可得到程序中所使用（yòng）的刀具列（liè）表，如圖 11 所示。根據需求，可增刪相應刀具參數。
  
     
  
      3． 2 設置五軸結構關係
 
      UG800 為 A、C 搖籃式五軸機床，結合上文中運動關係設置說明和機床實際的（de）參數，可定義機床（chuáng）的軸運動關係與（yǔ）行程限界，如圖 12 所示。在直線插補運動中，增加旋轉軸（zhóu）的坐標參數（shù） Machine A 和 Machine C。
 
      3． 3 坐標控製和 ＲTCP 的（de）設置
 
      坐標控製是用於配置 X、Y、Z 直線運動軸坐標值的（de）計算方法。在“Coordinates Control”節點中需要勾選坐標控製選項“Enable Automatic Coordinates Control”
才能設置 ＲTCP 功能。在選項“Profile”中選擇“MultiAxisMachine with ＲTCP and 3 + 2 support”選項，表示後處理（lǐ）支持 ＲTCP 和 3 + 2 軸坐標係轉換功能（néng），如圖 13所示。使用條件語句判（pàn）斷刀軸模（mó）式，進而設置“FirstMove After Toolchange”選項中不同選項模式的軸運動方式。將 Fanuc 刀尖旋轉（zhuǎn） ＲTCP 指令 G43． 4 增加在五軸刀軸旋轉中。按（àn）本文第 2． 2、第 2． 3 節中的（de）說明，設置 ＲTCP 和 3 + 2 軸坐標係轉換模塊。完成後，將配置的後處理文（wén）件進（jìn）行命（mìng）名保存。
   
       

        
   
      3． 4 後處理的應用
  
     使用後處理文件處（chù）理得到的 NC 程序如（rú）下:
  
      
      
       
      
  
     此程序包含詳細的（de）刀具（jù）路徑說明，如（rú）後處理坐標係、切削時（shí）間統計和配刀表等。程（chéng）序中同樣包含ＲTCP 指令 G43． 4 及 A、C 軸旋轉軸坐標值等，可滿足UG800 五軸機床的實際（jì）使用。
   
      4、 結語
   
      PostProcessor 是 Delcam 公司（sī）針對銑削加工開發的專業後處（chù）理器，其結構嚴謹，靈活方便，功能強大。在軟件安裝目錄中，提供各種係（xì）統的標準三軸後處理文件，直接或者少量修改之後即可滿足（zú）使用。它不僅適用於 PowerMILL 軟件，對（duì）於 FeatureCAM 和（hé） ArtCAM軟件的（de）銑削操作（zuò）同樣適用。基於五軸機床運動的複雜性，建議詳細閱讀 PostProcessor 軟件說明文檔，充（chōng）分了解軟件功能後再做（zuò）定製修改。