摘要: 针对 PowerMILL 软件后处理模块 PostProcessor，以标准三轴后处理文件为基础，探讨了五轴后处理文件的修改与定制方法。实践表明，后处理文件在 UG800 小龙门式五轴加工中心上试验通过，达到了预期结果。该方法对 PowerMILL五轴加工的应用有积极的意义。
 
        关键词: PowerMILL 软件; PostProcessor 模块; 五轴后处理; 数控系统
 

        0 引言
 
       随着制造业的竞争加剧，加工质量与时间成本已成为企业缩短产品周期、降低成本、提高竞争力的关键因素。越来越多的企业选择五轴机床来加工复杂产品，通过减少装夹次数、降低时间成本来提升自己的竞争力。而传统的手工编程越来越难高效率地编制五轴机床加工程序，成为发挥五轴机床最大性能的瓶颈。选择使用软件编程替代手工编程成为普遍现象。
 
       目前，国 内 常 用 的 CAM 软 件 有: PowerMILL、UGNX、Catia、MasterCAM、Cimatron 等。编程软件通过计算机计算产生刀具路径文件，也就是刀位文件，但刀位文件不是数控系统可识别的 NC 程序，需要由相应的后处理模块处理成机床所需的 NC 程序; 因此，后处理的研究成为了 CAM 软件研究的核心。在本文中，利用 PowerMILL软件的后处理模块来研究五轴后处理。
 
        1、 PowerMILL 软件后处理模块
 
        PowerMILL 软件提供两种后处理模块: DuctPost和 PostProcessor。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。本 文 针 对PowerMILL 软 件 PostProcessor 后 处 理 模 块 定 制 五 轴Fanuc 系统摇篮式机床所需后处理文件。
 
        1． 1 产生刀位文件
 
       在 PowerMILL 软件选项中，将 NC 程序输出文件类型更改为“刀位”，之后写入 NC 程序，即得到后缀为． cut 的刀位文件，如图 1 所示。
  
       
  
        1． 2 导入 PostProcessor 后处理模块PostProcessor 模块如图 2 所示。打开 PostProcessor后处理模块，右键点击“CLDATA Files”，选择“AddCLDATA”选项，将本文第 1． 1 节中得到的刀位文件导入; 之后右键点击“New Session”，选择“Open”选项; 在PostProcessor 安装目录文件夹“Generic”中找到标准的Fanuc 三轴后处理文件“Fanuc． pmoptz”。接下来的工作就是将标准的 Fanuc 三轴后处理文件修改成五轴后处理文件。这需要从 3 个方面入手: 机床运动形式设置、ＲTCP 功能设置和 3 + 2 坐标系转换设置。
 

       
  
        2、 PostProcessor 五轴后处理定制
 
        2． 1 机床运动形式设置
 
       尝试使用第 1． 2 节中的 Fanuc 后处理文件来处理test_ 5axis 刀 位 文 件，软件信息栏中会出现“errorNCB0260:This machine can’t handle multiaxis programs”错误提示。这是因为标准后处理文件是三轴后处理文件，而目前使用的刀位文件是一条多轴路径;因此，第一步需要定义机床运动形式。
 
       打开“Option File Settings”对话框，选择“MachineKinematics”节点，将“Kinematics Model”选项内容从“3 － Axis”更改为“5 － Axis Table Table”; 根据机床实际参数，定义两个相应的旋转轴。这里以 A、C 轴为例，将旋转轴定义为“Machine A”和“Machine C”; 根据机床的运动限界定义相关极限值，机床运动形式设置
如图 3 所示。
  
      

       在“Commands”标签中，选择“Move”列表中的直线插补模块“Move Linear”，机床直线运动设置如图 4所示，增加 Machine A 和 Machine C 两个参数，用来定义 A、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、C。
  
  
      
  
       在预览框中显示加工程序代码如下:N1 G01 X0． 000 Y0． 000 Z0． 000 A0． 000 C0． 000 F1． 0各项参数以及数据格式符合要求，机床运动形式设置完毕。
 

       2． 2 ＲTCP 功能设置
 
      五轴加工中，由于旋转运动的影响，会产生非线性误差。ＲTCP( 绕刀具中心旋转) 功能可使数控系统自动对旋转轴的运动进行实时线性补偿，从而保证插补点始终位于编程轨迹上［1］; 但并非所有的五轴机床都具有 ＲTCP 功能。对于没有 ＲTCP 功能的机床，可在 PostProcessor 模块中设置刀具中心到旋转中心的差值，在后处理中对旋转轴运动的误差进行补偿。
 
      PostProcessor 模块中 ＲTCP 功能的设置是在 CoordinatesControl( 坐标控制) 节点中。根据机床是否存在 ＲTCP 功能，选择相应的选项。ＲTCP 设置如图 5所示。
  
    
  
      在不同控制器中，ＲTCP 功能开关指令各有不同。常见的 Fanuc、Siemens、Heidenhain 控制器中 ＲTCP 功能开关指令如表 1 所示。在第一次换刀移动中使用条件语句判断刀路类型( 三轴、3 + 2 轴、五轴) ; 结合 Fanuc控制器 ＲTCP 开关指令，写出图 6 所示句式结构。
  

     
  
       
  
       针对不同类型刀具轨迹进行不同换刀移动设置，不仅是系统的需求，也是加工安全的保证。
 
       2． 3 3 + 2 轴坐标系转换设置
  
       目前，3 + 2 轴刀具路径的输出方式有两种: 一种是以五轴形式输出，也就是给出刀轴旋转指令; 另一种是通过 3 + 2 轴坐标系转换指令( Fanuc: G68． 2; Siemens:
Cycle800; Heidenhain: Plane Spatial Cycle19) ，将后处理坐标系转变成 3 + 2 轴编程坐标系。两者最大的差别是后者可输出钻孔循环，并且后者的坐标值更加直观，方便机床操作者理解。
 
       在“Option File Settings”对话框中的“CoordinatesControl”节点中，将“Axis Mode”标签下“3 + 2”类型的“Workplane Transformation”选项设置为“on”，“ＲTCPMode”选项设置为“off”，即使用 3 + 2 轴坐标系转换输出方式代替五轴输出。同样，在“Option File Settings”对话框中，选择“Multi-axis”节点，在“Wrokplane Definition”选项对话框中，将“WorkplaneSource”选项内容更改为“Tool Vector and Orientation”，将“Euler Convention”选项 内 容 更 改 为“ZXZ Ｒotating”。激活“Command”标签下的“SetWorkplane On”命令，在编辑面板中输入如图 7 所示参数。经过以上命令设置，已经完成了 3 + 2 轴坐标系转换基本设置，右击刀位文件，选择“Process as Debug”命令，预览计算结果，得到如图 8所示的坐标系转换指令。
   
      
  
      
 
      3 、五轴后处理配置实例
 
      台湾崴立 UG800 小龙门式五轴加工中心见图 9，配备 A、C 摇篮式转台。
  
     
  
      后处理配置前需详细了解机床相关参数: X 轴行程( 左右) 为 800mm; Y 轴行程( 前后) 为 950mm; Z 轴行程( 上下) 为 650mm; A 轴、C 轴旋转角度为 － 120° ～30°，－ 360° ～ 360°; 控制系统为 Fanuc 31i A5。
 
      3． 1 设置后处理辅助信息
 
      一条高质量的 NC 程序，不仅能满足机床实际的加工需求，同时也能告诉机床操作者程序中使用的坐标系、刀具和切削时间等参数。针对这些信息的获取，在PostProcessor 模块中提供了十分便捷的模块式编辑与调用功能。在机械加工之前，操作者首先需要知道程序所使用的刀具，进而准备相关刀具。传统的方法是提供纸质的配刀表，随程序一起下发到车间。而在 PostProcessor 模块中，可以将配刀表内置在程序中，具体做法如下: 在 PostProcessor 模块中，为后处理文件的定制提供表格模块。打开“Editor”模块下的“Tables”标 签，该模块默认可定制“Tool Tables”和“ToolPath Tables”两种表格。在“Tool Tables”模块中定义名为“Tool List”的表格，在编辑面板中，填写如图10 所示参数。在程序开头合适的位置可调用“ToolList”参数，测试处理后，可得到程序中所使用的刀具列表，如图 11 所示。根据需求，可增删相应刀具参数。
  
     
  
      3． 2 设置五轴结构关系
 
      UG800 为 A、C 摇篮式五轴机床，结合上文中运动关系设置说明和机床实际的参数，可定义机床的轴运动关系与行程限界，如图 12 所示。在直线插补运动中，增加旋转轴的坐标参数 Machine A 和 Machine C。
 
      3． 3 坐标控制和 ＲTCP 的设置
 
      坐标控制是用于配置 X、Y、Z 直线运动轴坐标值的计算方法。在“Coordinates Control”节点中需要勾选坐标控制选项“Enable Automatic Coordinates Control”
才能设置 ＲTCP 功能。在选项“Profile”中选择“MultiAxisMachine with ＲTCP and 3 + 2 support”选项，表示后处理支持 ＲTCP 和 3 + 2 轴坐标系转换功能，如图 13所示。使用条件语句判断刀轴模式，进而设置“FirstMove After Toolchange”选项中不同选项模式的轴运动方式。将 Fanuc 刀尖旋转 ＲTCP 指令 G43． 4 增加在五轴刀轴旋转中。按本文第 2． 2、第 2． 3 节中的说明，设置 ＲTCP 和 3 + 2 轴坐标系转换模块。完成后，将配置的后处理文件进行命名保存。
   
       

        
   
      3． 4 后处理的应用
  
     使用后处理文件处理得到的 NC 程序如下:
  
      
      
       
      
  
     此程序包含详细的刀具路径说明，如后处理坐标系、切削时间统计和配刀表等。程序中同样包含ＲTCP 指令 G43． 4 及 A、C 轴旋转轴坐标值等，可满足UG800 五轴机床的实际使用。
   
      4、 结语
   
      PostProcessor 是 Delcam 公司针对铣削加工开发的专业后处理器，其结构严谨，灵活方便，功能强大。在软件安装目录中，提供各种系统的标准三轴后处理文件，直接或者少量修改之后即可满足使用。它不仅适用于 PowerMILL 软件，对于 FeatureCAM 和 ArtCAM软件的铣削操作同样适用。基于五轴机床运动的复杂性，建议详细阅读 PostProcessor 软件说明文档，充分了解软件功能后再做定制修改。