基于PowerMILL的五軸加工中心集成后處理研究

佛新崗

(西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710089)

隨著數(shù)控多軸加工設(shè)備的不斷普及，特別是五軸聯(lián)動(dòng)加工中心已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于軍工企業(yè)、中小型加工企業(yè)，相應(yīng)的CAD/CAM軟件也不斷更新，與之對(duì)應(yīng)的后處理技術(shù)研究也受到越來越多的學(xué)者關(guān)注[1-3]。不過目前大多數(shù)學(xué)者研究后處理的方向都是關(guān)于單一五軸聯(lián)動(dòng)功能的，對(duì)于集三軸加工、3+2軸加工、五軸聯(lián)動(dòng)加工于一體的后處理技術(shù)研究很少，然而產(chǎn)品的加工不僅包含五軸聯(lián)動(dòng)加工工藝，也存在三軸、3+2軸加工工藝，如果都按照五軸聯(lián)動(dòng)模式輸出數(shù)控程序，既不符合編程標(biāo)準(zhǔn)、也不有利于操作者理解。因此，開發(fā)與數(shù)控系統(tǒng)相匹配的多功能后處理器具有較高的應(yīng)用價(jià)值。本文以西門子數(shù)控系統(tǒng)德瑪吉DMU50五軸聯(lián)動(dòng)加工中心為研究對(duì)象，應(yīng)用PowerMILL軟件的后處理模塊，定制集三軸、3+2軸和五軸聯(lián)動(dòng)加工功能于一體的后處理器。

1 PowerMILL軟件后處理模塊及DMU50機(jī)床

1.1 PowerMILL軟件后處理模塊

PowerMILL軟件的后處理技術(shù)隨著軟件的不斷更新，大致經(jīng)歷了以下三個(gè)階段[4]：①早期的DuctPost模式(后綴為*.opt)，基于文本創(chuàng)建、修改、短小精悍，缺點(diǎn)是調(diào)試難度大；②后期的PM-Post模式(后綴為*.pmopt)，具有UI界面、易于調(diào)試操作；③最新的PostProcessor模式(后綴為*.pmoptz)，基本結(jié)構(gòu)同PM-Post模式，最新版本附帶后處理模塊，是未來的發(fā)展趨勢(shì)。本文以PostProcessor后處理模式定制所需后處理文件。

1.2 DMU50五軸聯(lián)動(dòng)加工中心

德瑪吉DMU50機(jī)床是一款BC軸雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)加工中心，主要應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療、模具、教學(xué)科研等領(lǐng)域，主要參數(shù)有：X/Y/Z軸行程為500/450/400 mm、X/Y/Z軸快速移動(dòng)速度為24 m/min、B軸旋轉(zhuǎn)范圍為-5°～110°、C軸無限制、主軸轉(zhuǎn)速為20～10 000 rpm，配套西門子840D數(shù)控系統(tǒng)，具有RTCP功能。

2 PostProcessor集成后處理定制

2.1 機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)、RTCP功能設(shè)置

PowerMILL軟件本身帶有常規(guī)數(shù)控系統(tǒng)的三軸通用后處理文件[5]，使用PostProcessor打開西門子系統(tǒng)三軸通用后處理Siemens.pmoptz模板文件，以此為藍(lán)本，定制五軸聯(lián)動(dòng)集成后處理文件。

(1)機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)置。在“File”菜單中打開“Option File Settings”對(duì)話框，單擊“Machine Kinematics”節(jié)點(diǎn)，將“Kinematics Model”設(shè)置為“5-Axis Table Table”模式，根據(jù)機(jī)床具體結(jié)構(gòu)設(shè)置旋轉(zhuǎn)軸為“Machine B”和“Machine C”，并設(shè)置相應(yīng)轉(zhuǎn)角范圍如圖1所示。

圖1 機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)置

(2)RTCP設(shè)置。單擊“Coordinates Control”節(jié)點(diǎn)，將“Profile”設(shè)置為最后一項(xiàng)，表示后處理同時(shí)支持RTCP功能和3+2、3軸功能，“RTCP Mode”、“Workplane Transformation”模式自動(dòng)打開，為了配合RTCP功能還需將“Machine Attach Point”設(shè)置為“Tool Tip”，見圖2。

圖2 RTCP設(shè)置

2.2 加工模式設(shè)置

判斷每一個(gè)刀軌文件到底是五軸聯(lián)動(dòng)，還是3+2軸或三軸加工。如果是五軸聯(lián)動(dòng)，那么要加入TRAORI指令建立RTCP功能；如果是3+2刀路，就要加入CYCLE800指令建立坐標(biāo)轉(zhuǎn)換功能[6-7]，具體設(shè)置如下：

(1)加工模式判斷設(shè)置。在“Editor”模塊的“Commands”標(biāo)簽中選擇“Move”下的“First Move After Toolchage”節(jié)點(diǎn)，添加條件語句判斷刀路屬于哪一種。具體判斷條件及邏輯關(guān)系如圖3所示。為了安全，XY軸與Z軸分開輸出。

(2)加工模式輸出設(shè)置。就是在刀具運(yùn)動(dòng)前設(shè)置相關(guān)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償指令，在“Editor”模塊的“Commands”標(biāo)

圖3 加工模式判斷設(shè)置

簽中選擇“Controller Switches”節(jié)點(diǎn)，激活“Set Multi-Axis On”和“Set Workplace On”模式，設(shè)置注釋內(nèi)容和相應(yīng)輸出指令，結(jié)果如圖4所示。

圖4 加工模式輸出設(shè)置

(3)程序段輸出設(shè)置。在同時(shí)輸出三種后處理數(shù)控程序的過程中，如果是三軸刀路或3+2軸刀路，為了避免B軸、C軸與XYZ同時(shí)輸出，在“Editor”模塊的“Script”[8]標(biāo)簽中使用腳本語言編制以下程序來進(jìn)行線性運(yùn)動(dòng)輸出限制，快速移動(dòng)可仿照線性運(yùn)動(dòng)程序設(shè)置。

function LINEAR()

{

var out = "";

if(GetParam("%p(Toolpath Axis Mode)%")== "3AXIS")

{

out+=AdvancedResponse("%b(3AXISL)%")

}

if(GetParam("%p(Toolpath Axis Mode)%")== "3+2")

{

out+=AdvancedResponse("%b(3AXISL)%")

}

if(GetParam("%p(Toolpath Axis Mode)%")== "5AXIS")

{

out+=AdvancedResponse("%b(5AXISL)%")

}

return out;

}

其中3AXISL、5AXISL表示線性運(yùn)動(dòng)自定義的輸出格式，如圖5所示。若是三軸或3+2軸線性輸出的話沒有“Machine B”、“Machine C”兩項(xiàng)參數(shù)。

圖5 線性運(yùn)動(dòng)輸出設(shè)置

2.3 其他設(shè)置

主要針對(duì)程序開始、程序結(jié)束格式以及自定義加工刀具信息進(jìn)行設(shè)置[9]:①程序開始設(shè)置。在“Editor”模塊的“Commands”標(biāo)簽中選擇“Program Start”節(jié)點(diǎn)，主要設(shè)置程序名、機(jī)床零點(diǎn)、取消補(bǔ)償、加工坐標(biāo)系等內(nèi)容；②程序結(jié)束設(shè)置。在“Editor”模塊的“Commands”標(biāo)簽中選擇“Program End”節(jié)點(diǎn)，主要設(shè)置取消補(bǔ)償、關(guān)閉主軸、關(guān)閉冷卻液、回零等內(nèi)容；③刀具信息設(shè)置。在“Editor”模塊的“Commands”標(biāo)簽中選擇“User Commands”節(jié)點(diǎn)，添加“Tool Info”命令設(shè)置刀具名稱、刀具類型、刀號(hào)、刀具直徑、刀具長度等內(nèi)容，方便操作人員及時(shí)了解加工刀具相關(guān)信息。程序預(yù)覽結(jié)構(gòu)如下：

N100 %_KC_MPF；程序名

N101 DEF REAL _X_HOME=-500；設(shè)置機(jī)床零點(diǎn)

N102 DEF REAL _Y_HOME=-0.1；

N103 DEF REAL _Z_HOME=-0.1；

N104 CYCLE800 ()；取消3+2功能

N105 TRAFOOF；取消RTCP功能

N106 G40 G17 G710 G94 G90 G64；初始化設(shè)置

N107 SUPA G0 Z= _Z_HOME D0；非模態(tài)回零

N108 SUPA G0 X= _X_HOME Y= _Y_HOME；

N109 G0 B0.0 C= DC(0.0)；

N110 G54；建立加工坐標(biāo)系

N111 ; ---------------

N112 ; START TOOLPATH : KC ；注釋刀軌

N113 ; ---------------

N114 ; PARAMETRIC FEEDRATE DEFINITION；定義進(jìn)給速度

N115 R1=500; PLUNGE FEED RATE；

N116 R2=1000; CUTTING FEED RATE；

N117 R3=3000; SKIM FEED RATE；

N118 ;

N119 ; TOOL NO. :T1；注釋刀具信息

N120 ; TOOL TYPE : ENDMILL；

N121 ; TOOL ID : 1 ；

N122 ; TOOL DIA : 10.0 LENGTH 50.0；

N123 T1；選刀

N124 M6；

N125 D1；

N126 S1500 M03；主軸設(shè)置

......

N339 M09；關(guān)閉冷卻液

N340 M05；關(guān)閉主軸

N341 SUPA G0 Z= _Z_HOME D0；非模態(tài)回零

N342 SUPA G0 X= _X_HOME Y= _Y_HOME；

N343 G0 B0.0 C= DC(0.0)；

N344 M30；結(jié)束程序

3 后處理實(shí)例

3.1 刀路后處理

(1)針對(duì)如圖6所示測(cè)試件進(jìn)行后處理驗(yàn)證。首先在PowerMILL中利用模型區(qū)域清除、偏移平坦面精加工、平行精加工、曲面精加工等策略[10]生成測(cè)試件的三軸刀路、3+2刀路、五軸聯(lián)動(dòng)刀路,如圖7所示。

圖6 測(cè)試件

圖7 測(cè)試刀路

(2)其次修改NC程序輸出文件類型為刀位，便于在PostProcessor進(jìn)行調(diào)試后處理，結(jié)果如圖8所示，調(diào)試過程沒有出現(xiàn)錯(cuò)誤。

圖8 后處理調(diào)試

3.2 仿真加工

在VERICUT數(shù)控仿真軟件中設(shè)置仿真所需的數(shù)控系統(tǒng)、機(jī)床、毛坯、加工坐標(biāo)系、加工刀具之后，添加前面生成的后處理程序，進(jìn)行仿真驗(yàn)證，結(jié)果如圖9所示，仿真過程沒有出現(xiàn)過切、少切、干涉、碰撞等現(xiàn)象。

4 結(jié) 語

本文基于PowerMILL軟件的PostProcessor后處理模塊，研究了機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)構(gòu)、RTCP功能、后處理的用戶命令、腳本語言、判斷語句等功能的應(yīng)用，開發(fā)了集

三軸、3+2軸、五軸聯(lián)動(dòng)加工于一體的西門子840D數(shù)控系統(tǒng)集成后處理文件。經(jīng)過測(cè)試，完全滿足加工需要，擴(kuò)展了后處理器的功能，可讀性強(qiáng)，對(duì)其他數(shù)控系統(tǒng)的后處理開發(fā)具有一定的借鑒性。

圖9 VERICUT仿真驗(yàn)證