2024年4月8日发(作者：)

应用

Application

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

、

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

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

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

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

，

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

五轴数控加工有其自身的特点

：明显地提高了加工效

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

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

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

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

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

处理的方法

。

-80-

投

稿

******************.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

。

I

2021

年第

1

期

应用

Application

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

。

-81-

应用

Application

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

：

-82

-

ADDRESS=

H

Z

H

MIN=

H

-300

H

MAX=

”

300"

HOME=

n

200

M

VALUE=

n

200

w

PRIORITY=

,,

HIGH

H

/>

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

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

~

>

att&ch_point

PART="t

・

ble"

X="0"

Y="0"

Z="0"

/>

PAKT=

・

h

“

X="0"

Y="0"

Z="90"

I=P"

J=F"

""1"

/>

<1

—

Th*

static

bits

—

>

a

achi

ne_par

t>

list>

R="200"

FILE=*5AC/jichu*nc

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«>

FILZ=-5

d»t*

/>

(

b

R=

<255"

5"

B="255"

/>

V*od«l_list^

Cnachi

n«_ptrt>

Qi

・

ple_lir

-

fil«>

FII2="5

Rs-100"

/>

Sb

ar

t.

>

—

The

table

—

>

<«xis>

图

5

固定龙门

AC

摇篮五轴的机床文件.mtd

投

稿

******************.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

,

在弹出对话框中选择打开模板文件

,

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

Item

Properties

▼

Ha

X

*

Properties

Block

Block

Properties

Parameter

ZD

I

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

图

7

修改轴起始位置

I

2021

年第

1

期

应用

Application

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

。

¥

r

n]

Pw

n

M

hf.'-h

f

|l

lirrr

:

川_

Kk

Edl

Vir

”

*nh

Mdn

Hdp

图

8

直线插补运动设置

幸

Ai

l

r|r

M

J"

OHM

Fira

-

llPitf

XI17

'nwh?

file

Edil

V«r

roe's

Winckw

Help

申

&

11#

»

S3

F

4

s

*

-

W

5

»ameiier

»

Sded

taMiMtef

*■

(

B

兀:

slPnicuuor

tdfla

CMTM

” I

復

/

图

9

程序结束格式

-83-

应用

Application

打开

a

Option

File

Settings

”

对话框

，

选择

<4

MachineKinematics

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

:门

『

"&

BAits

and

Spindlf

Spted

:甲

^C«nned

Cycles

Il

I.

?

:一

/Cdafdizl

” Cglrtl

:-禽

IWliyis

:儲

HAus

Vi

w

T

-

FamiL

U

I

:应

CaaivAlt

:詔

Siibsli

如

tims

:

,Stri

理

Vtriibl"

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

-84

-

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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PowerMILL

的五轴加工中心后处理

研究

[D].

成都

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西南交通大学

，

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Delcam

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五轴后处理研究

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版社

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投

稿

******************.cn

.