摘要: 針對 PowerMILL 軟件后處理模塊 PostProcessor，以標準三軸后處理文件為基礎，探討了五軸后處理文件的修改與定制方法。實踐表明，后處理文件在 UG800 小龍門式五軸加工中心上試驗通過，達到了預期結果。該方法對 PowerMILL五軸加工的應用有積極的意義。
關鍵詞: PowerMILL 軟件; PostProcessor 模塊; 五軸后處理; 數控系統
0 引言
隨著制造業的競爭加劇，加工質量與時間成本已成為企業縮短產品周期、降低成本、提高競爭力的關鍵因素。越來越多的企業選擇五軸機床來加工復雜產品，通過減少裝夾次數、降低時間成本來提升自己的競爭力。而傳統的手工編程越來越難高效率地編制五軸機床加工程序，成為發揮五軸機床最大性能的瓶頸。選擇使用軟件編程替代手工編程成為普遍現象。
目前，國 內 常 用 的 CAM 軟 件 有: PowerMILL、UGNX、Catia、MasterCAM、Cimatron 等。編程軟件通過計算機計算產生刀具路徑文件，也就是刀位文件，但刀位文件不是數控系統可識別的 NC 程序，需要由相應的后處理模塊處理成機床所需的 NC 程序; 因此，后處理的研究成為了 CAM 軟件研究的核心。在本文中，利用 PowerMILL軟件的后處理模塊來研究五軸后處理。
1、 PowerMILL 軟件后處理模塊
PowerMILL 軟件提供兩種后處理模塊: DuctPost和 PostProcessor。前者通過文字處理軟件進行后處理的創建與更改，其修改方便，處理刀位文件速率快，短小精悍; 后者是圖形界面的后處理模塊，更加直觀，使用簡單，功 能 強 大，是未來的發展方向。本 文 針 對PowerMILL 軟 件 PostProcessor 后 處 理 模 塊 定 制 五 軸Fanuc 系統搖籃式機床所需后處理文件。
1． 1 產生刀位文件
在 PowerMILL 軟件選項中，將 NC 程序輸出文件類型更改為“刀位”，之后寫入 NC 程序，即得到后綴為． cut 的刀位文件，如圖 1 所示。
1． 2 導入 PostProcessor 后處理模塊PostProcessor 模塊如圖 2 所示。打開 PostProcessor后處理模塊，右鍵點擊“CLDATA Files”，選擇“AddCLDATA”選項，將本文第 1． 1 節中得到的刀位文件導入; 之后右鍵點擊“New Session”，選擇“Open”選項; 在PostProcessor 安裝目錄文件夾“Generic”中找到標準的Fanuc 三軸后處理文件“Fanuc． pmoptz”。接下來的工作就是將標準的 Fanuc 三軸后處理文件修改成五軸后處理文件。這需要從 3 個方面入手: 機床運動形式設置、ＲTCP 功能設置和 3 + 2 坐標系轉換設置。
2、 PostProcessor 五軸后處理定制
2． 1 機床運動形式設置
嘗試使用第 1． 2 節中的 Fanuc 后處理文件來處理test_ 5axis 刀 位 文 件，軟件信息欄中會出現“errorNCB0260:This machine can’t handle multiaxis programs”錯誤提示。這是因為標準后處理文件是三軸后處理文件，而目前使用的刀位文件是一條多軸路徑;因此，第一步需要定義機床運動形式。
打開“Option File Settings”對話框，選擇“MachineKinematics”節點，將“Kinematics Model”選項內容從“3 － Axis”更改為“5 － Axis Table Table”; 根據機床實際參數，定義兩個相應的旋轉軸。這里以 A、C 軸為例，將旋轉軸定義為“Machine A”和“Machine C”; 根據機床的運動限界定義相關極限值，機床運動形式設置
如圖 3 所示。
在“Commands”標簽中，選擇“Move”列表中的直線插補模塊“Move Linear”，機床直線運動設置如圖 4所示，增加 Machine A 和 Machine C 兩個參數，用來定義 A、C 兩旋轉軸，修改兩參數為坐標系格式并且分別加上前綴 A、C。
在預覽框中顯示加工程序代碼如下:N1 G01 X0． 000 Y0． 000 Z0． 000 A0． 000 C0． 000 F1． 0各項參數以及數據格式符合要求，機床運動形式設置完畢。
2． 2 ＲTCP 功能設置
五軸加工中，由于旋轉運動的影響，會產生非線性誤差。ＲTCP( 繞刀具中心旋轉) 功能可使數控系統自動對旋轉軸的運動進行實時線性補償，從而保證插補點始終位于編程軌跡上［1］; 但并非所有的五軸機床都具有 ＲTCP 功能。對于沒有 ＲTCP 功能的機床，可在 PostProcessor 模塊中設置刀具中心到旋轉中心的差值，在后處理中對旋轉軸運動的誤差進行補償。
PostProcessor 模塊中 ＲTCP 功能的設置是在 CoordinatesControl( 坐標控制) 節點中。根據機床是否存在 ＲTCP 功能，選擇相應的選項。ＲTCP 設置如圖 5所示。
在不同控制器中，ＲTCP 功能開關指令各有不同。常見的 Fanuc、Siemens、Heidenhain 控制器中 ＲTCP 功能開關指令如表 1 所示。在第一次換刀移動中使用條件語句判斷刀路類型( 三軸、3 + 2 軸、五軸) ; 結合 Fanuc控制器 ＲTCP 開關指令，寫出圖 6 所示句式結構。
針對不同類型刀具軌跡進行不同換刀移動設置，不僅是系統的需求，也是加工安全的保證。
2． 3 3 + 2 軸坐標系轉換設置
目前，3 + 2 軸刀具路徑的輸出方式有兩種: 一種是以五軸形式輸出，也就是給出刀軸旋轉指令; 另一種是通過 3 + 2 軸坐標系轉換指令( Fanuc: G68． 2; Siemens:
Cycle800; Heidenhain: Plane Spatial Cycle19) ，將后處理坐標系轉變成 3 + 2 軸編程坐標系。兩者最大的差別是后者可輸出鉆孔循環，并且后者的坐標值更加直觀，方便機床操作者理解。
在“Option File Settings”對話框中的“CoordinatesControl”節點中，將“Axis Mode”標簽下“3 + 2”類型的“Workplane Transformation”選項設置為“on”，“ＲTCPMode”選項設置為“off”，即使用 3 + 2 軸坐標系轉換輸出方式代替五軸輸出。同樣，在“Option File Settings”對話框中，選擇“Multi-axis”節點，在“Wrokplane Definition”選項對話框中，將“WorkplaneSource”選項內容更改為“Tool Vector and Orientation”，將“Euler Convention”選項 內 容 更 改 為“ZXZ Ｒotating”。激活“Command”標簽下的“SetWorkplane On”命令，在編輯面板中輸入如圖 7 所示參數。經過以上命令設置，已經完成了 3 + 2 軸坐標系轉換基本設置，右擊刀位文件，選擇“Process as Debug”命令，預覽計算結果，得到如圖 8所示的坐標系轉換指令。
3 、五軸后處理配置實例
臺灣崴立 UG800 小龍門式五軸加工中心見圖 9，配備 A、C 搖籃式轉臺。
后處理配置前需詳細了解機床相關參數: X 軸行程( 左右) 為 800mm; Y 軸行程( 前后) 為 950mm; Z 軸行程( 上下) 為 650mm; A 軸、C 軸旋轉角度為 － 120° ～30°，－ 360° ～ 360°; 控制系統為 Fanuc 31i A5。
3． 1 設置后處理輔助信息
一條高質量的 NC 程序，不僅能滿足機床實際的加工需求，同時也能告訴機床操作者程序中使用的坐標系、刀具和切削時間等參數。針對這些信息的獲取，在PostProcessor 模塊中提供了十分便捷的模塊式編輯與調用功能。在機械加工之前，操作者首先需要知道程序所使用的刀具，進而準備相關刀具。傳統的方法是提供紙質的配刀表，隨程序一起下發到車間。而在 PostProcessor 模塊中，可以將配刀表內置在程序中，具體做法如下: 在 PostProcessor 模塊中，為后處理文件的定制提供表格模塊。打開“Editor”模塊下的“Tables”標 簽，該模塊默認可定制“Tool Tables”和“ToolPath Tables”兩種表格。在“Tool Tables”模塊中定義名為“Tool List”的表格，在編輯面板中，填寫如圖10 所示參數。在程序開頭合適的位置可調用“ToolList”參數，測試處理后，可得到程序中所使用的刀具列表，如圖 11 所示。根據需求，可增刪相應刀具參數。
3． 2 設置五軸結構關系
UG800 為 A、C 搖籃式五軸機床，結合上文中運動關系設置說明和機床實際的參數，可定義機床的軸運動關系與行程限界，如圖 12 所示。在直線插補運動中，增加旋轉軸的坐標參數 Machine A 和 Machine C。
3． 3 坐標控制和 ＲTCP 的設置
坐標控制是用于配置 X、Y、Z 直線運動軸坐標值的計算方法。在“Coordinates Control”節點中需要勾選坐標控制選項“Enable Automatic Coordinates Control”
才能設置 ＲTCP 功能。在選項“Profile”中選擇“MultiAxisMachine with ＲTCP and 3 + 2 support”選項，表示后處理支持 ＲTCP 和 3 + 2 軸坐標系轉換功能，如圖 13所示。使用條件語句判斷刀軸模式，進而設置“FirstMove After Toolchange”選項中不同選項模式的軸運動方式。將 Fanuc 刀尖旋轉 ＲTCP 指令 G43． 4 增加在五軸刀軸旋轉中。按本文第 2． 2、第 2． 3 節中的說明，設置 ＲTCP 和 3 + 2 軸坐標系轉換模塊。完成后，將配置的后處理文件進行命名保存。
3． 4 后處理的應用
使用后處理文件處理得到的 NC 程序如下:
此程序包含詳細的刀具路徑說明，如后處理坐標系、切削時間統計和配刀表等。程序中同樣包含ＲTCP 指令 G43． 4 及 A、C 軸旋轉軸坐標值等，可滿足UG800 五軸機床的實際使用。
4、 結語
PostProcessor 是 Delcam 公司針對銑削加工開發的專業后處理器，其結構嚴謹，靈活方便，功能強大。在軟件安裝目錄中，提供各種系統的標準三軸后處理文件，直接或者少量修改之后即可滿足使用。它不僅適用于 PowerMILL 軟件，對于 FeatureCAM 和 ArtCAM軟件的銑削操作同樣適用。基于五軸機床運動的復雜性，建議詳細閱讀 PostProcessor 軟件說明文檔，充分了解軟件功能后再做定制修改。
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