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          摘要: 針對(duì) PowerMILL 軟件后處理模塊 PostProcessor，以標(biāo)準(zhǔn)三軸后處理文件為基礎(chǔ)，探討了五軸后處理文件的修改與定制方法。實(shí)踐表明，后處理文件在 UG800 小龍門式五軸加工中心上試驗(yàn)通過(guò)，達(dá)到了預(yù)期結(jié)果。該方法對(duì) PowerMILL五軸加工的應(yīng)用有積極的意義。
 
        關(guān)鍵詞: PowerMILL 軟件; PostProcessor 模塊; 五軸后處理; 數(shù)控系統(tǒng)
 

        0 引言
 
       隨著制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)加劇，加工質(zhì)量與時(shí)間成本已成為企業(yè)縮短產(chǎn)品周期、降低成本、提高競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵因素。越來(lái)越多的企業(yè)選擇五軸機(jī)床來(lái)加工復(fù)雜產(chǎn)品，通過(guò)減少裝夾次數(shù)、降低時(shí)間成本來(lái)提升自己的競(jìng)爭(zhēng)力。而傳統(tǒng)的手工編程越來(lái)越難高效率地編制五軸機(jī)床加工程序，成為發(fā)揮五軸機(jī)床最大性能的瓶頸。選擇使用軟件編程替代手工編程成為普遍現(xiàn)象。
 
       目前，國(guó) 內(nèi) 常 用 的 CAM 軟 件 有: PowerMILL、UGNX、Catia、MasterCAM、Cimatron 等。編程軟件通過(guò)計(jì)算機(jī)計(jì)算產(chǎn)生刀具路徑文件，也就是刀位文件，但刀位文件不是數(shù)控系統(tǒng)可識(shí)別的 NC 程序，需要由相應(yīng)的后處理模塊處理成機(jī)床所需的 NC 程序; 因此，后處理的研究成為了 CAM 軟件研究的核心。在本文中，利用 PowerMILL軟件的后處理模塊來(lái)研究五軸后處理。
 
        1、 PowerMILL 軟件后處理模塊
 
        PowerMILL 軟件提供兩種后處理模塊: DuctPost和 PostProcessor。前者通過(guò)文字處理軟件進(jìn)行后處理的創(chuàng)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(jiǎn)單，功 能 強(qiáng) 大，是未來(lái)的發(fā)展方向。本 文 針 對(duì)PowerMILL 軟 件 PostProcessor 后 處 理 模 塊 定 制 五 軸Fanuc 系統(tǒng)搖籃式機(jī)床所需后處理文件。
 
        1． 1 產(chǎn)生刀位文件
 
       在 PowerMILL 軟件選項(xiàng)中，將 NC 程序輸出文件類型更改為“刀位”，之后寫入 NC 程序，即得到后綴為． cut 的刀位文件，如圖 1 所示。
  
       
  
        1． 2 導(dǎo)入 PostProcessor 后處理模塊PostProcessor 模塊如圖 2 所示。打開(kāi) PostProcessor后處理模塊，右鍵點(diǎn)擊“CLDATA Files”，選擇“AddCLDATA”選項(xiàng)，將本文第 1． 1 節(jié)中得到的刀位文件導(dǎo)入; 之后右鍵點(diǎn)擊“New Session”，選擇“Open”選項(xiàng); 在PostProcessor 安裝目錄文件夾“Generic”中找到標(biāo)準(zhǔn)的Fanuc 三軸后處理文件“Fanuc． pmoptz”。接下來(lái)的工作就是將標(biāo)準(zhǔn)的 Fanuc 三軸后處理文件修改成五軸后處理文件。這需要從 3 個(gè)方面入手: 機(jī)床運(yùn)動(dòng)形式設(shè)置、ＲTCP 功能設(shè)置和 3 + 2 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換設(shè)置。
 

       
  
        2、 PostProcessor 五軸后處理定制
 
        2． 1 機(jī)床運(yùn)動(dòng)形式設(shè)置
 
       嘗試使用第 1． 2 節(jié)中的 Fanuc 后處理文件來(lái)處理test_ 5axis 刀 位 文 件，軟件信息欄中會(huì)出現(xiàn)“errorNCB0260:This machine can’t handle multiaxis programs”錯(cuò)誤提示。這是因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)后處理文件是三軸后處理文件，而目前使用的刀位文件是一條多軸路徑;因此，第一步需要定義機(jī)床運(yùn)動(dòng)形式。
 
       打開(kāi)“Option File Settings”對(duì)話框，選擇“MachineKinematics”節(jié)點(diǎn)，將“Kinematics Model”選項(xiàng)內(nèi)容從“3 － Axis”更改為“5 － Axis Table Table”; 根據(jù)機(jī)床實(shí)際參數(shù)，定義兩個(gè)相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)軸。這里以 A、C 軸為例，將旋轉(zhuǎn)軸定義為“Machine A”和“Machine C”; 根據(jù)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)限界定義相關(guān)極限值，機(jī)床運(yùn)動(dòng)形式設(shè)置
如圖 3 所示。
  
      

       在“Commands”標(biāo)簽中，選擇“Move”列表中的直線插補(bǔ)模塊“Move Linear”，機(jī)床直線運(yùn)動(dòng)設(shè)置如圖 4所示，增加 Machine A 和 Machine C 兩個(gè)參數(shù)，用來(lái)定義 A、C 兩旋轉(zhuǎn)軸，修改兩參數(shù)為坐標(biāo)系格式并且分別加上前綴 A、C。
  
  
      
  
       在預(yù)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(xiàng)參數(shù)以及數(shù)據(jù)格式符合要求，機(jī)床運(yùn)動(dòng)形式設(shè)置完畢。
 

       2． 2 ＲTCP 功能設(shè)置
 
      五軸加工中，由于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的影響，會(huì)產(chǎn)生非線性誤差。ＲTCP( 繞刀具中心旋轉(zhuǎn)) 功能可使數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)旋轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)線性補(bǔ)償，從而保證插補(bǔ)點(diǎn)始終位于編程軌跡上［1］; 但并非所有的五軸機(jī)床都具有 ＲTCP 功能。對(duì)于沒(méi)有 ＲTCP 功能的機(jī)床，可在 PostProcessor 模塊中設(shè)置刀具中心到旋轉(zhuǎn)中心的差值，在后處理中對(duì)旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)的誤差進(jìn)行補(bǔ)償。
 
      PostProcessor 模塊中 ＲTCP 功能的設(shè)置是在 CoordinatesControl( 坐標(biāo)控制) 節(jié)點(diǎn)中。根據(jù)機(jī)床是否存在 ＲTCP 功能，選擇相應(yīng)的選項(xiàng)。ＲTCP 設(shè)置如圖 5所示。
  
    
  
      在不同控制器中，ＲTCP 功能開(kāi)關(guān)指令各有不同。常見(jiàn)的 Fanuc、Siemens、Heidenhain 控制器中 ＲTCP 功能開(kāi)關(guān)指令如表 1 所示。在第一次換刀移動(dòng)中使用條件語(yǔ)句判斷刀路類型( 三軸、3 + 2 軸、五軸) ; 結(jié)合 Fanuc控制器 ＲTCP 開(kāi)關(guān)指令，寫出圖 6 所示句式結(jié)構(gòu)。
  

     
  
       
  
       針對(duì)不同類型刀具軌跡進(jìn)行不同換刀移動(dòng)設(shè)置，不僅是系統(tǒng)的需求，也是加工安全的保證。
 
       2． 3 3 + 2 軸坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換設(shè)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(zhuǎn)指令; 另一種是通過(guò) 3 + 2 軸坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換指令( Fanuc: G68． 2; Siemens:
Cycle800; Heidenhain: Plane Spatial Cycle19) ，將后處理坐標(biāo)系轉(zhuǎn)變成 3 + 2 軸編程坐標(biāo)系。兩者最大的差別是后者可輸出鉆孔循環(huán)，并且后者的坐標(biāo)值更加直觀，方便機(jī)床操作者理解。
 
       在“Option File Settings”對(duì)話框中的“CoordinatesControl”節(jié)點(diǎn)中，將“Axis Mode”標(biāo)簽下“3 + 2”類型的“Workplane Transformation”選項(xiàng)設(shè)置為“on”，“ＲTCPMode”選項(xiàng)設(shè)置為“off”，即使用 3 + 2 軸坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換輸出方式代替五軸輸出。同樣，在“Option File Settings”對(duì)話框中，選擇“Multi-axis”節(jié)點(diǎn)，在“Wrokplane Definition”選項(xiàng)對(duì)話框中，將“WorkplaneSource”選項(xiàng)內(nèi)容更改為“Tool Vector and Orientation”，將“Euler Convention”選項(xiàng) 內(nèi) 容 更 改 為“ZXZ Ｒotating”。激活“Command”標(biāo)簽下的“SetWorkplane On”命令，在編輯面板中輸入如圖 7 所示參數(shù)。經(jīng)過(guò)以上命令設(shè)置，已經(jīng)完成了 3 + 2 軸坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換基本設(shè)置，右擊刀位文件，選擇“Process as Debug”命令，預(yù)覽計(jì)算結(jié)果，得到如圖 8所示的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換指令。
   
      
  
      
 
      3 、五軸后處理配置實(shí)例
 
      臺(tái)灣崴立 UG800 小龍門式五軸加工中心見(jiàn)圖 9，配備 A、C 搖籃式轉(zhuǎn)臺(tái)。
  
     
  
      后處理配置前需詳細(xì)了解機(jī)床相關(guān)參數(shù): X 軸行程( 左右) 為 800mm; Y 軸行程( 前后) 為 950mm; Z 軸行程( 上下) 為 650mm; A 軸、C 軸旋轉(zhuǎn)角度為 － 120° ～30°，－ 360° ～ 360°; 控制系統(tǒng)為 Fanuc 31i A5。
 
      3． 1 設(shè)置后處理輔助信息
 
      一條高質(zhì)量的 NC 程序，不僅能滿足機(jī)床實(shí)際的加工需求，同時(shí)也能告訴機(jī)床操作者程序中使用的坐標(biāo)系、刀具和切削時(shí)間等參數(shù)。針對(duì)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(diào)用功能。在機(jī)械加工之前，操作者首先需要知道程序所使用的刀具，進(jìn)而準(zhǔn)備相關(guān)刀具。傳統(tǒng)的方法是提供紙質(zhì)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(nèi)置在程序中，具體做法如下: 在 PostProcessor 模塊中，為后處理文件的定制提供表格模塊。打開(kāi)“Editor”模塊下的“Tables”標(biāo) 簽，該模塊默認(rèn)可定制“Tool Tables”和“ToolPath Tables”兩種表格。在“Tool Tables”模塊中定義名為“Tool List”的表格，在編輯面板中，填寫如圖10 所示參數(shù)。在程序開(kāi)頭合適的位置可調(diào)用“ToolList”參數(shù)，測(cè)試處理后，可得到程序中所使用的刀具列表，如圖 11 所示。根據(jù)需求，可增刪相應(yīng)刀具參數(shù)。
  
     
  
      3． 2 設(shè)置五軸結(jié)構(gòu)關(guān)系
 
      UG800 為 A、C 搖籃式五軸機(jī)床，結(jié)合上文中運(yùn)動(dòng)關(guān)系設(shè)置說(shuō)明和機(jī)床實(shí)際的參數(shù)，可定義機(jī)床的軸運(yùn)動(dòng)關(guān)系與行程限界，如圖 12 所示。在直線插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)中，增加旋轉(zhuǎn)軸的坐標(biāo)參數(shù) Machine A 和 Machine C。
 
      3． 3 坐標(biāo)控制和 ＲTCP 的設(shè)置
 
      坐標(biāo)控制是用于配置 X、Y、Z 直線運(yùn)動(dòng)軸坐標(biāo)值的計(jì)算方法。在“Coordinates Control”節(jié)點(diǎn)中需要勾選坐標(biāo)控制選項(xiàng)“Enable Automatic Coordinates Control”
才能設(shè)置 ＲTCP 功能。在選項(xiàng)“Profile”中選擇“MultiAxisMachine with ＲTCP and 3 + 2 support”選項(xiàng)，表示后處理支持 ＲTCP 和 3 + 2 軸坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換功能，如圖 13所示。使用條件語(yǔ)句判斷刀軸模式，進(jìn)而設(shè)置“FirstMove After Toolchange”選項(xiàng)中不同選項(xiàng)模式的軸運(yùn)動(dòng)方式。將 Fanuc 刀尖旋轉(zhuǎn) ＲTCP 指令 G43． 4 增加在五軸刀軸旋轉(zhuǎn)中。按本文第 2． 2、第 2． 3 節(jié)中的說(shuō)明，設(shè)置 ＲTCP 和 3 + 2 軸坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換模塊。完成后，將配置的后處理文件進(jìn)行命名保存。
   
       

        
   
      3． 4 后處理的應(yīng)用
  
     使用后處理文件處理得到的 NC 程序如下:
  
      
      
       
      
  
     此程序包含詳細(xì)的刀具路徑說(shuō)明，如后處理坐標(biāo)系、切削時(shí)間統(tǒng)計(jì)和配刀表等。程序中同樣包含ＲTCP 指令 G43． 4 及 A、C 軸旋轉(zhuǎn)軸坐標(biāo)值等，可滿足UG800 五軸機(jī)床的實(shí)際使用。
   
      4、 結(jié)語(yǔ)
   
      PostProcessor 是 Delcam 公司針對(duì)銑削加工開(kāi)發(fā)的專業(yè)后處理器，其結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，靈活方便，功能強(qiáng)大。在軟件安裝目錄中，提供各種系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)三軸后處理文件，直接或者少量修改之后即可滿足使用。它不僅適用于 PowerMILL 軟件，對(duì)于 FeatureCAM 和 ArtCAM軟件的銑削操作同樣適用。基于五軸機(jī)床運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，建議詳細(xì)閱讀 PostProcessor 軟件說(shuō)明文檔，充分了解軟件功能后再做定制修改。