佛新崗

(西安航空職業(yè)技術學院，陜西 西安 710089)

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

1 PowerMILL軟件后處理模塊及DMU50機床

1.1 PowerMILL軟件后處理模塊

PowerMILL軟件的后處理技術隨著軟件的不斷更新，大致經歷了以下三個階段[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，缺點是調試難度大；②后期的PM-Post模式(后綴為*.pmopt)，具有UI界面、易于調試操作；③最新的PostProcessor模式(后綴為*.pmoptz)，基本結構同PM-Post模式，最新版本附帶后處理模塊，是未來的發(fā)展趨勢。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)動加工中心

德瑪吉DMU50機床是一款BC軸雙轉臺五軸聯(lián)動加工中心，主要應用于航空航天、醫(yī)療、模具、教學科研等領域，主要參數有：X/Y/Z軸行程為500/450/400 mm、X/Y/Z軸快速移動速度為24 m/min、B軸旋轉范圍為-5°～110°、C軸無限制、主軸轉速為20～10 000 rpm，配套西門子840D數控系統(tǒng)，具有RTCP功能。

2 PostProcessor集成后處理定制

2.1 機床運動學、RTCP功能設置

PowerMILL軟件本身帶有常規(guī)數控系統(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，以此為藍本，定制五軸聯(lián)動集成后處理文件。

(1)機床運動學設置。在“File”菜單中打開“Option File Settings”對話框，單擊“Machine Kinematics”節(jié)點，將“Kinematics Model”設置為“5-Axis Table Table”模式，根據機床具體結構設置旋轉軸為“Machine B”和“Machine C”，并設置相應轉角范圍如圖1所示。

圖1 機床運動學設置

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

圖2 RTCP設置

2.2 加工模式設置

判斷每一個刀軌文件到底是五軸聯(lián)動，還是3+2軸或三軸加工。如果是五軸聯(lián)動，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指令建立坐標轉換功能[6-7]，具體設置如下：

(1)加工模式判斷設置。在“Editor”模塊的“Commands”標簽中選擇“Move”下的“First Move After Toolchage”節(jié)點，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)加工模式輸出設置。就是在刀具運動前設置相關運動補償指令，在“Editor”模塊的“Commands”標

圖3 加工模式判斷設置

簽中選擇“Controller Switches”節(jié)點，激活“Set Multi-Axis On”和“Set Workplace On”模式，設置注釋內容和相應輸出指令，結果如圖4所示。

圖4 加工模式輸出設置

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

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表示線性運動自定義的輸出格式，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”兩項參數。

圖5 線性運動輸出設置

2.3 其他設置

主要針對程序開始、程序結束格式以及自定義加工刀具信息進行設置[9]:①程序開始設置。在“Editor”模塊的“Commands”標簽中選擇“Program Start”節(jié)點，主要設置程序名、機床零點、取消補償、加工坐標系等內容；②程序結束設置。在“Editor”模塊的“Commands”標簽中選擇“Program End”節(jié)點，主要設置取消補償、關閉主軸、關閉冷卻液、回零等內容；③刀具信息設置。在“Editor”模塊的“Commands”標簽中選擇“User Commands”節(jié)點，添加“Tool Info”命令設置刀具名稱、刀具類型、刀號、刀具直徑、刀具長度等內容，方便操作人員及時了解加工刀具相關信息。程序預覽結構如下：

N100 %_KC_MPF；程序名

N101 DEF REAL _X_HOME=-500；設置機床零點

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；建立加工坐標系

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

N112 ; START TOOLPATH : KC ；注釋刀軌

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

N114 ; PARAMETRIC FEEDRATE DEFINITION；定義進給速度

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；主軸設置

......

N339 M09；關閉冷卻液

N340 M05；關閉主軸

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；結束程序

3 后處理實例

3.1 刀路后處理

(1)針對如圖6所示測試件進行后處理驗證。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]生成測試件的三軸刀路、3+2刀路、五軸聯(lián)動刀路,如圖7所示。

圖6 測試件

圖7 測試刀路

(2)其次修改NC程序輸出文件類型為刀位，便于在PostProcessor進行調試后處理，結果如圖8所示，調試過程沒有出現(xiàn)錯誤。

圖8 后處理調試

3.2 仿真加工

在VERICUT數控仿真軟件中設置仿真所需的數控系統(tǒng)、機床、毛坯、加工坐標系、加工刀具之后，添加前面生成的后處理程序，進行仿真驗證，結果如圖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 語

本文基于PowerMILL軟件的PostProcessor后處理模塊，研究了機床運動學結構、RTCP功能、后處理的用戶命令、腳本語言、判斷語句等功能的應用，開發(fā)了集

三軸、3+2軸、五軸聯(lián)動加工于一體的西門子840D數控系統(tǒng)集成后處理文件。經過測試，完全滿足加工需要，擴展了后處理器的功能，可讀性強，對其他數控系統(tǒng)的后處理開發(fā)具有一定的借鑒性。

圖9 VERICUT仿真驗證