基于PM－post的五轴数控铣床选项文件定制方法的研究

刘 江 郭志平 杨 涛 崔朝霞 程海鹰

(内蒙古工业大学机械学院，内蒙古 呼和浩特 010051)

对于叶轮、叶片等复杂曲面零件加工来说，需使用五轴数控铣床进行加工，操作者手动编程非常困难，必须要借助CAM软件产生刀位文件，然后利用后处理软件和机床选项文件将其处理成机床可以识别的数控程序。不同的CAM软件所使用的后处理软件也不同，如UG 使用的后处理器为 UG － post［1］［2］;Pro/E 的后处理器为 Gpost［3］;Powermill使用的为 DUST － post和 PM－post。机床选项文件是根据特定的数控系统、机床而编制的用于规定NC代码输出指令及其格式的文件，通常也叫后处理文件［4］。针对不同的数控机床数控系统，需要不同的机床选项文件与之对应，所以定制适合五轴加工的机床选项文件就尤为重要。

与其他UG、Pro/e等软件相比，PowerMill是世界上著名的功能强大、加工策略丰富的数控铣削CAM软件，同时也是增长率最快的数控铣削加工软件［5］，其具有易学易用、计算速度更快、优化刀具路径、支持高速加工和多轴加工、加工模拟先进以及无过切与碰撞等特点，受到了国内外许多知名企业的青睐。早期的PowerMill后处理程序 DUCTpost是基于纯文本文档［6］，用户修改选项文件较困难、可读性差、调试难度大。PM－post是Delcam公司按照windows操作风格和界面开发的一款集工件路径后处理、机床选项文件(即后处理文件)定制和修改的软件，由后处理器、机床选项文件编辑器和控制台三部分组成，与DUCTpost相比，具有界面友好、理解容易、易于操作、实用性强等优点，所以得到越来越多人的使用。

本文以德国德玛吉公司生产的型号为DMU mono-BLOCK 100五轴联动万能铣削中心为例(数控系统采用的是海德汉iTNC530)，研究基于后处理软件PM－post的五轴数控铣床选项文件的定制方法。

1 五轴数控铣床及海德汉iTNC530介绍

1.1 DMUmonoBLOCK100五轴铣床介绍

德国德玛吉公司生产的型号为DMUmonoBLOCK100万能铣削中心由3根线性进给轴、2个旋转进给轴组成，可以实现五轴联动加工。3根线性进给轴为X轴、Y轴、Z轴，2根旋转进给轴为可绕Z轴旋转360°的C轴和可绕Y轴摆动的B轴，B轴的摆动角度为－30°～120°，5根进给轴按照笛卡尔坐标系布置，机床模型见图1。该设备选用的数控系统为海德汉的iTNC530数控系统，属高档数控系统，可以实现加工工件的3D演示及加工碰撞检测功能，可视化的对话编程实现了程序的快速编制，每个循环与机械加工的工步相对应，具有编程简单、直观，加工调试修改方便等特点［7］。但在编制五轴联动机床用机床选项文件时，由于海德汉的iTNC530数控系统与通用的DIN－ISO标准代码完全不同，所以首先要熟悉其程序结构和刀具路径功能代码。

1.2 iTNC530数控系统的程序结构

在进行五轴铣削加工时，iTNC530数控系统的程序结构如下所示:

1.3 iTNC530五轴加工刀具路径功能与辅助功能

进行五轴加工时，主要有“3+2”定位加工和五轴联动加工两种方式。“3+2”五轴定位加工是利用旋转轴B与旋转轴C实现坐标系的转换，用来加工在空间上成一定角度的斜孔或凸凹轮廓，iTNC530数控系统利用坐标系变换循环Cycle19和坐标系平移循环Cycle7配合来实现坐标系的转换。五轴联动加工需要用到直线路径功能L、圆弧路径功能CR、辅助功能M126和M128。直线路径功能L最多可控制5轴，在多于3轴时进给轴坐标值都需要由后置处理软件来产生;圆弧路径功能CR只适合在坐标平面内产生，空间圆弧一般由直线插补来逼近;M126为旋转轴短路径运动，用M127取消M126，可提高工作台的旋转效率;M128为调用刀具中心管理功能，用M129取消M128，此功能对五轴加工尤为重要，可防止发生碰撞。

2 PM－post的参数设置方法

在PM－post软件中，提供了常见的数控系统的机床选项文件，海德汉数控系统也在其列，但只支持三轴联动数控铣床，对于定制5轴联动数控铣床的机床选项文件来说，可以在三轴的机床选项文件之上结合机床结构进行修改即可。

2.1 PM－post机床参数的设置

在设置机床参数时，需掌握机床的运动轴数、运动轴的空间位置关系、运动轴名称、各轴的运动行程及机械坐标系位置等信息。

启动PM－post软件后，选择File＞Open＞Option File，选择机床选项文件Heidenhain530.pmopt，打开海德汉数控系统的j机床选项文件，单击“编辑”选项卡，由后处理管理器切换到选项文件编辑管理器，点击一级树枝Settings，进入机床选项文件的基本设置。对于定制五轴联动数控铣床选项文件来说，需要设置五轴数控铣床的坐标系变换、机床进给轴的运动及多轴的配置方式，对应于Settings树枝下的Corrdinates Control、Machine Kinematics 和 Multi－Axis Configuration。

单击Corrdinates Control树枝，打开选项卡，如图2。为了使机床选配文件同时支持“3+2”定位加工和5轴加工，需将坐标系自动控制开关打开，并在Profile选项中选择“Multi－Axis machine with RTCP and 3+2 support”。对于海德汉 iTNC530数控系统来说，“3+2”定位加工需要坐标系变换，而五轴加工时，坐标系变换会影响刀尖管理功能(RTCP)，加工时会产生碰撞风险。所以在“3+2”定位加工时，在Pre－Set中选择“Pre － Set 3:Workplane:On，RTCP:Off，Tool length Comp:Off”，即打开坐标变换功能，关闭刀尖中心管理功能;在5轴加工时，在Pre－Set中选择“Pre－Set 2:Workplane:Off，RTCP:On，Tool length Comp:Off”，打开刀尖中心管理功能，关闭坐标变换功能。

单击Machine Kinematics树枝，打开选项卡，根据德玛吉monoBLOCK100的机床结构，动力学模型应该选5－Axis Table Head，或加载已经建好的机床模型导入。选择5－Axis Table Head后，选项卡中出现5根进给轴的参数表，将其更改为X、Y、Z、B、C进给轴;查阅德玛吉monoBLOCK100的机床参数MP910－MP922得到 X、Y、Z、B、C 轴的行程、参考点的位置数据，填入选项卡。进给轴B的设置参数如图3所示。

当机床动力学模型选择为多轴时，多轴功能配置被激活，单击Multi－Axis Configuration树枝，打开选项卡，为了满足工件的公差要求，应选择线性多轴运动为“Yes”，保证每根进给轴在运动时步距合理;对于Special Mutl－Axis Feed Rate选项，主要是控制当刀具与工件的接触点不是刀位点时，加工的进给速度和切削速度与刀位点加工是不同的，为了减小这种加工状况下的表面粗糙值，可选择Constant Surface Speed选项。其余选项可按照默认选项进行。

对应于Initialisation树枝下，是设置后处理开始时的初始参数，如冷却方式、运动模式等。其中刀具中心管理功能(RTCP Mode)和坐标系变换功能(Workplane transformation)在启动时需要关闭，以免在处理时出现问题。

2.2 命令树枝的设置

命令(Command)树枝下的内容是制定满足数控程序的关键部分，PM－post后处理器利用参数变量将刀位文件中的坐标值、进给速度转换为NC程序的坐标值;利用字符串给出程序号、坐标值、进给速度等。利用现用的三轴数控铣床的机床选配文件，将其更改为适合五轴的海德汉iTNC530数控系统，需要调整如下语句。

2.2.1 修改直线插补的参数

双击Command树枝下的Moves树枝，然后点击Move linear树枝，将其展开，按图4设置直线插补参数。对于五轴加工，直线插补需要增加旋转轴B、C。单击Cutter Compensation Mode，将插入位置定位在参数Cutter Compensation Mode前，参数Z之后，单击瀑布菜单Select Parameter，选择参数Machine B，然后点击增加参数按钮将旋转轴B插入到程序语句当中，而插入的只有B轴的旋转角度值，坐标值代号“B”需要通过编辑参数Machine B的属性，增加前缀“B”来实现。用类似的方法可以将旋转轴C插入到程序语句中。

2.2.2 修改多轴加工模式

多轴模式的作用是在PM－post处理刀位文件时，刀位文件中包含“3+2”定位加工和五轴加工时需要调用的程序指令。双击Command树枝下的Multi－Axis Mode树枝，将其展开。在Multi－Axis Mode树枝下需设置Set Multi－Axis On(多轴功能打开)和Set Workplane On(坐标系变换打开)。在Set Multi－Axis On(多轴功能打开)树枝下，增加文本字符串，如图5所示。在程序预览窗口显示:

在Set Workplane On(坐标系变换打开)树枝下，在坐标系变换之前需先取消刀尖管理功能和前面的坐标系变换功能。按照图6设置完程序块，在程序预览窗口，程序显示如下:

3 加工验证

为了验证基于PM－post建立的海德汉iTNC530数控系统五轴机床选项文件的正确性，选用图7所示叶轮作为加工零件进行加工。

在PowerMill软件中设置刀路，进行加工仿真，检查没有碰撞和过切后，输出刀位文件，文件名为Fine.cut。在PM－post中打开Fine.cut，选择编制好的机床选配文件DMUmonoBLOCK100.pmopt，后处理得到NC程序Fine_DMUmonoBLOCK100.h。为保证加工过程的连续性、加工过程不打刀，选用尼龙作为毛坯材料，在车床上将叶轮外轮廓与中心孔加工完成，然后利用德国德玛吉公司生产的型号为DMUmonoBLOCK100万能铣削中心进行加工，加工后的成品如图8所示。经检测表面光滑、无过切，尺寸合格，定制的机床选项文件可成功地应用到五轴铣削加工。

4 结语

本文以海德汉iTNC530数控系统为例，得出了基于PM－post后处理器的五轴数控铣削加工中心机床选项文件(后处理文件)的定制方法及与五轴铣削加工相关参数的设置方法，并通过加工进行了验证。

［1］董晓岚.基于UG POST极坐标数控机床后置处理器的开发［J］.苏州市职业大学学报，2012(4):26－28.

［2］周立波，李厚佳.基于UG的加工仿真及后置处理器的开发［J］.制造业自动化，2009(02):47－50.

［3］冯显英，何全民，胡滨，等.基于Pro/E的特殊五坐标机床的后置处理器的开发［J］.组合机床与自动化加工技术，2006(9):24－26.

［4］朱克忆.PowerMill高速数控加工编程导航［M］.北京:机械工业出版社，2012.

［5］廖海平，曾翠华.基于powermill的后处理及其设置方法［J］.制造技术与机床，2007(8):114－116.

［6］黄云林，袁军堂，汪振华.基于PowerMill的整体叶轮五轴联动高速加工后置处理的研究［J］.机床与液压，2012(17):12－14.

［7］海德汉公司.iTNC530编程手册［M］.2006.