PowerMILL五轴加工后处理制作的研究

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）
摘要：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。

关键词：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
-80-******************.cn
.
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E 。

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
X 、『、Z 三根常见的直线轴上加上厶B 、C 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C 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，B 轴旋转平面为ZX 平 面，C 轴旋转平面为XX 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B 为摆头，旋转平面为ZY 平面，旋转轴C
为转台，旋转平面为册平面。

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 等何。

PowerMILL 是_种专业的 数控加工自动编程软件，由英国Delcam 公司研制开发。

I 2021年第1期
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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⑶。

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PostProcessoro 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⑷。

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，X 、 Z 方向是刀具运动，『、乂、C 轴是工件在运动。

则固定龙 门上的X 和Z 轴设置成Heado 『轴是工作台，&、C 轴在
y 轴上，那么y 和/、C 轴定义部分设置成Table 。

下面是以Z 轴为例，编写模块内的代码：
<machine_part><axis>
<control_info ADDRESS=H Z H MIN=H -300H
MAX=”300" HOME=n 200M VALUE=n 200w
PRIORITY=,,HIGH H />
<simple_linear I="0" J=”0" K=”l" />
这定义z 行程限制在±300 mm, Z 轴是刀件运动，
方向向量是(0, 0,1 ) o
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<simple_linear/="O" J="-l" K="0" />o
x 、y 、/、c 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 。

Cxal version="l 0" ?>
<1一 Exa»pl« of 5~axit T«bl«~Tabl« configuration —>
<!— Table static apart from rotary motion. Mead »oves in X, Y A Z —> — Both rotary axes on table controlled by A < C —><! — Mot« restrict ・d moveatat on A axis —>
xmlns =schwn • P®w•rm >111・chin ・Too 】>~~ Wh«r ・ things ar« attached to the machine ~>
<table att&ch_point PART="t ・ble" X="0" Y="0" Z="0" />
<h«*d_*tt*ch_point PAKT=・h “<r X="0" Y="0" Z="90" I=P" J=F" ""1" />
<1— Th* static bits —> a a chi ne_p ar t > <Bod«l list>
<p«th FILE=*5AC/jichu*nc <bt* /> <rgb R="200" G="200" B=x 200* />
Omochi n«_p«rt>
The head —> a oehi t >
〈control info ADDRESS" />
<»aple_linear I="l*
K="0" />
it>
1«>
<p«th FILZ=-5 d»t* />
<r (b R=<255"
5" B="255" />
V*od«l_list^Cnachi n«_ptrt>
<control_ir Qi ・ple_lir </«xis> -fil«>
<path FII2="5 <rgb Rs-100"
<n&chine_part />
Sb ar t .>
<!— The table —>
<«xis>
图5固定龙门AC 摇篮五轴的机床文件.mtd
-82-
******************.cn
.
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
4、C 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Z 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.O YO.O Z100.0 AO.O 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
修改轴起始位置
图7
▼ Ha X
* Properties
Item Properties Block
Block Properties Parameter ZD
Value
Explicit
[t _
Vatue 100
Value Type
Explicit Output Next Ignore
Output to Tape Always
Dependency As in Format (Independent If A Posrtion
Inline
Prefix
As in Parameter (Z}Incrementality
As in Parameter (No)Postfix
As in Parameter 0
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4、C 两旋转轴，修改两参数为坐标系格式并 且分别加上前缀A 、Co 快速进给模块“Move Rapid ”
设置如同。

单击Program End,同样添加/、C 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。

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图8直线插补运动设置
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图9程序结束格式
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打开a Option File Settings ”对话框，选择 <4MachineKinematics w 节点，打开"Kinematics Model" 的下拉菜单，选择External MTD …，选择打开制作的
机床文件根据机床实际参数，设置X 、Y 、Z 的 运动极限值行程，A. C 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。

Option file Settings
图10机床参数格式
:一 Option File Settings
'3 InfflmtiM
^Ptciwtiwi
件的修改编制。

5结语
后置处理过程承担着机床运动交换、非线性运动误 差校验、进给速度校验和加工程序生产的重任，是生成程
序能否正常使用的关键。

五轴机床的机构、运动形式和参
数不尽相同，很难有通用的后处理文件。

随着CAD/CAM
应用软件的不断普及和广泛使用，数控编程人员应具备针 对不同数控机床、系统进行后处理设置的基本技能，适应 社会的发展。

E1
参考文献
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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
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