楊　莉　楊　志　何　波

(①四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程系，四川 德陽 618000；②中國電子科技集團公司第二十九研究所，四川 成都 610031)

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基于MasterCAM的DMU60P四軸機床后處理開發(fā)*

楊莉①楊志①何波②

(①四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程系，四川 德陽 618000；②中國電子科技集團公司第二十九研究所，四川 成都 610031)

針對DMU60P四軸機床的特殊運動關(guān)系，開發(fā)了實現(xiàn)DMU60P四軸機床自動編程的MasterCAM通用后處理程序文件、機床文件和控制器文件，拓展了MasterCAM的編程功能，并通過模擬仿真和加工驗證了其正確性和可行性，解決了四軸編程困難、程序調(diào)試周期較長與加工效率低等實際生產(chǎn)問題。對同類多軸機床的后處理開發(fā)研究有一定的推廣價值。

DMU60P數(shù)控機床；MasterCAM；四軸后處理；VERICUT仿真加工

MasterCAM是由美國CNC Software公司開發(fā)的CAD/CAM軟件系統(tǒng)，可以提供2～5軸銑削、車削中心、變錐度線切割四軸加工等編程功能[1]。MasterCAM的三維曲面造型設(shè)計和自動編程功能強大，后置處理靈活多樣，軟件操作簡單易學(xué)，因而在航空航天、汽車、模具等行業(yè)的多軸加工中應(yīng)用廣泛。近年來，國內(nèi)外行業(yè)專家根據(jù)不同類型的機床，利用不同自動編程軟件已經(jīng)開發(fā)出許多針對性很強的專門后置處理。Jung Y H等[2]開發(fā)出了針對TRT型五軸數(shù)控機床的后置處理器，并在系統(tǒng)中加入了刀具路徑優(yōu)化算法；藺小軍等[3]開發(fā)出了針對UG刀位文件并適應(yīng)特定數(shù)控機床的專用數(shù)控加工后置處理系統(tǒng)；Tung C等[4]開發(fā)出了針對特殊6軸數(shù)控機床后置處理器；徐智卿[5]開發(fā)了針對HEIDENHAIN iTNC530數(shù)控系統(tǒng)的DMU80P douBLOCK機床，用Pro/E生成刀軌文件的特殊五軸數(shù)控機床的專用后置處理系統(tǒng)。利用MasterCAM軟件開發(fā)四軸機床的后置處理的研究卻很少。

本文主要針對DMU60P四軸機床的銑削加工功能，研究利用MasterCAM軟件進(jìn)行后置處理功能開發(fā)，將其應(yīng)用于典型工件的數(shù)控四軸銑削加工，實現(xiàn)產(chǎn)品多樣化、復(fù)雜化和精密化設(shè)計加工的要求[6]。

1　DMU60P四軸機床的特性分析

某公司的DMU60P數(shù)控機床，是帶旋轉(zhuǎn)工作臺的四軸立臥兩用式的數(shù)控機床，有3個直線坐標(biāo)軸X、Y、Z軸和一個旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸C軸，且5個軸可以聯(lián)動，如圖1所示。

該機床的運動關(guān)系較為特殊，直線X、Y、Z軸和旋轉(zhuǎn)C軸的聯(lián)動加工過程與絕大部分帶A軸的四軸機床區(qū)別較大，無法借鑒其他四軸機床的后處理設(shè)置，需要單獨開發(fā)后處理[7]，而且可針對立軸和臥軸兩種形式進(jìn)行后處理開發(fā)。

機床的結(jié)構(gòu)決定了后置處理程序如何根據(jù)刀位軌跡計算刀具轉(zhuǎn)角及位移[8]。當(dāng)使用臥式加工時，DMU60P機床主軸與Y軸方向平行，其坐標(biāo)軸之間的關(guān)系如圖2a所示，而在MasterCAM工作環(huán)境下的坐標(biāo)軸關(guān)系與DMU60P數(shù)控機床實際坐標(biāo)軸關(guān)系不同，如圖2b所示，此時在進(jìn)行后處理程序文件配置時，需要將各坐標(biāo)軸的關(guān)系進(jìn)行變動并重新設(shè)定，即在程序輸出格式中將旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置為C軸，并將Y軸和Z軸互換，同時，X軸方向反向。

2　DMU60P后處理開發(fā)

MasterCAM系統(tǒng)的后處理程序文件由3部分文件組成，后處理文件、控制文件和機床文件。根據(jù)DMU60P機床結(jié)構(gòu)特點和控制系統(tǒng)類型(Heidenhain mill plus控制系統(tǒng))，對其進(jìn)行修改創(chuàng)建，完成DMU60P數(shù)控機床四軸后處理程序文件配置和優(yōu)化。

2.1后處理文件配置

在后處理文件中主要對坐標(biāo)軸代碼分配、X軸的正負(fù)計算、機床類型等進(jìn)行設(shè)定配置。

2.1.1坐標(biāo)軸代碼輸出

根據(jù)DMU60P數(shù)控機床的機床結(jié)構(gòu)特點，結(jié)合MasterCAM軟件的工作坐標(biāo)系，為旋轉(zhuǎn)B軸分配輸出代碼C，旋轉(zhuǎn)軸的參數(shù)分配如表1所示。

表1旋轉(zhuǎn)軸代碼分配

旋轉(zhuǎn)軸地址代碼注釋#RotaryAxisLabeloptionsuse_md_rot_label:noMYMsrot_x :“A”srot_y :“C”srot_z :“C”sminus :“_”繞Y軸的旋轉(zhuǎn)軸分配輸出代碼“C”

將直線坐標(biāo)軸Y軸和Z軸互換，同時，圓弧的圓心坐標(biāo)J、K互換，直線軸的參數(shù)分配如表2所示。

表2直線坐標(biāo)軸代碼分配

直線坐標(biāo)代碼注釋fmt “X” 2 xabsfmt “Z” 2 yabsY軸變?yōu)閆軸(絕對)fmt “Y” 2 zabsZ軸變?yōu)閅軸(絕對)fmt “X” 3 xincfmt “Z” 3 yincY軸變?yōu)閆軸(增量)fmt “Y” 3 zincZ軸變?yōu)閅軸(增量)fmt “I” 3 ioutfmt “K” 3 jout圓心J坐標(biāo)變?yōu)镵fmt “J” 3 kout圓心K坐標(biāo)變?yōu)镴

2.1.2坐標(biāo)軸代碼輸出坐標(biāo)正負(fù)計算

根據(jù)DMU60P數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)特點得知，機床主軸與Y軸方向平行，在MasterCAM環(huán)境下的坐標(biāo)系統(tǒng)與DMU60P數(shù)控機床的X軸方向相反，X軸正方向反向，圓心坐標(biāo)I值相反。在相應(yīng)的MasterCAM后處理文件中輸出坐標(biāo)正負(fù)計算的設(shè)置如表3所示。

2.1.3機床類型

DMU60P四軸數(shù)控機床主要有立式和臥式兩種工作方式。臥式方式的DMU60P可歸為臥式四軸加工中心，此種方式的MasterCAM后處理文件的設(shè)置如表4所示。

2.2控制文件設(shè)置

根據(jù)DMU60P四軸機床控制器文件類型特點，在后處理控制文件中主要對圓心坐標(biāo)類型、旋轉(zhuǎn)軸單位等進(jìn)行設(shè)置，如圖3與圖4所示。

2.3機床文件設(shè)置

在機床文件中根據(jù)機床特點，結(jié)合MasterCAM工作坐標(biāo)系，進(jìn)行機床結(jié)構(gòu)配置，如圖5所示。

表3坐標(biāo)正負(fù)計算

坐標(biāo)正負(fù)計算注釋pxyzcout #Mapcoordinates ifrot_on_x,[ifcuttype=zero, pxyzcout0 #ToolplanePositioningifcuttype=one, pxyzcout1 #AxisSubstitu-tionifcuttype=two, pxyzcout2 #PolarConver-sionifcuttype=three, pxyzcout3 #Simulatneous4axis(Multi-axis)ifrot_cw_pos&vmc,csav=-csavifnot(rot_cw_pos)¬(vmc),csav=-csavifmr_rt_actv<>two,[pcoutrevifindex,pindxcalcpfcalc]else,feed=fr_posMYM]else,[xabs=vequ(xMYM)iout=vequ(iMYM)pfcalc_u_minifipr_type<>prv_ipr_type,result=force(feed,feed)]xabs=xabs*-1X軸坐標(biāo)值反向iout=iout*-1圓弧I坐標(biāo)值反向

表4機床類型設(shè)置

機床類型設(shè)置代碼注釋arctypeMYM:1#CD_VARArccenter1=abs,2=St-Ctr,3=Ctr-St,4=unsignedinc.,#5=Rnosign,6=Rsignedneg.over180stagetool:0#0=Donotpre-stagetools,1=Stagetoolsarccomp:0#Allowforcuttercomptobeappliedonarc,0=no,1=yesvmc :0#0=HorizontalMachine,1=VerticalMill機床類型設(shè)置為臥銑rot_on_x:0#DefaultRotaryAxisOrientation,Seeques.164rot_cw_pos:0#Axissigneddir,0=CWpositive,1=CCWpositiveindex :0 #Useindexpositioning,0=FullRotary,1=Indexonly

利用MasterCAM進(jìn)行臥式銑床的程序編制時，工件實際裝夾位置放置在MasterCAM的俯視圖中，然后在刀具/繪圖平面為前視圖的環(huán)境下進(jìn)行四軸編程。對機床各坐標(biāo)軸進(jìn)行設(shè)置，如圖6所示。

3　DMU60P后處理加工驗證

通過以上MasterCAM后處理程序文件的開發(fā)和優(yōu)化后，該后處理即可用于DMU60P四軸臥式加工中心的自動編程使用，輸出的數(shù)控加工程序在VERICUT數(shù)控仿真軟件中進(jìn)行仿真加工和比較優(yōu)化后，可以在DMU60P數(shù)控機床上進(jìn)行試切加工驗證。通過實驗和檢驗，驗證該后處理的正確性。

3.1MasterCAM編程

在MasterCAM中，利用五軸曲線、四軸旋轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)軸替換法等典型四軸加工策略進(jìn)行數(shù)控編程，典型工件如外殼、轉(zhuǎn)向燈罩和基座的刀具軌跡圖如圖7所示。

3.2VERICUT仿真加工

VERICUT是一款專為制造業(yè)設(shè)計的CNC數(shù)控機床加工仿真和優(yōu)化軟件[9]。它取代了傳統(tǒng)的切削試驗部件方式，通過模擬整個機床加工過程和校驗加工程序的準(zhǔn)確性，減少試切的工作量和勞動強度，降低試切風(fēng)險，提高工件加工的安全性和生產(chǎn)效率。仿真加工效果如圖8所示。

3.3DMU60P機床加工

通過VERICUT仿真軟件對四軸程序仿真加工及模型比較，確認(rèn)數(shù)控程序的正確性后，在DMU60P數(shù)控機床上進(jìn)行實際工件加工。加工后的典型工件如圖9所示。

4　結(jié)語

利用MasterCAM軟件實現(xiàn)對DMU60P四軸機床的專用后處理程序開發(fā)，不僅解決了DMU60P四軸聯(lián)動加工的困擾，節(jié)約了編程時間和加工成本，提高了企業(yè)效益，同時為其他機床和軟件的后處理開發(fā)提供了一種有效的方法和途徑，為實現(xiàn)產(chǎn)品的多樣化、復(fù)雜化和精密化加工和及時加工提供了技術(shù)保障。

[1]石從繼,周嚴(yán).基于MasterCAM的螺旋槽四軸數(shù)控加工[J]. 制造業(yè)自動化,2011,33(04):38-39.

[2]Jung Y H, Lee D W, Kim J.s,et al.NC post-processor for 5-axis milling machine of table-rotating/tilting type[J].Journal of Materials Processing Technology,2002,130:641-646.

[3]藺小軍,任軍學(xué),汪文虎,等.數(shù)控加工后置處理系統(tǒng)[J].組合機床與自動化加工技術(shù),2003(10):60-61.

[4]Tung C, Tso P L.A generalized cutting location expression and postprocessors for multi-axis machine centers with tool compensation[J].The International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2010,50(9-12):1113-1123.

[5]徐智卿.“45°B軸”五軸數(shù)控加工中心后置處理程序的開發(fā)[D].上海：上海交通大學(xué),2012.

[6]汪玉平, 王立新, 劉德平. MasterCAM軟件在數(shù)控加工中的應(yīng)用研究[J]. 機床與液壓,2010,38(2):4-6.

[7]唐進(jìn)元,尹鳳.基于MasterCAM的三大類型五軸機床后處理程序編制方法[J]. 制造技術(shù)與機床,2010 (8):32-37.

[8]伍鵬.五軸數(shù)控機床開放式后置處理系統(tǒng)研究與開發(fā) [D].成都：西南交通大學(xué),2014.

[9]楊勝群,唐秀梅,李克安，等.VERICUT數(shù)控加工仿真技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社,2010.

(編輯汪藝)

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Post-processing and development of DMU60P four-axis machine tool based on MasterCAM

YANG Li①, YANG Zhi①, HE Bo②

(①Mechanical and Electrical Engineering Department, Sichuan Engineering Technical College, Deyang 618000, CHN;②No.29 Research Institute, China Electronics Technology Group Corporation, Chengdu 610031, CHN)

According to peculiar motion features of DMU60P four-axis machine tool, universal post-processing files, machine tool files and controller files based on MasterCAM are developed. Programming functions of MasterCAM are expanded. Practical problems including difficulties in four-axis programming, long program debugging period, and low processing efficiency, etc have been resolved after the verification about correctness and feasibility by simulations and processing. Development and studies on multi-axis machine tools has certain values for further popularization and application.

DMU60P numerically-controlled machine tool; MasterCAM; four-axis post processing; VERICUT simulation processing

TH166；TP391.7

A

楊莉，女，1982年生，碩士，講師，研究方向為機械設(shè)計與制造、CAD/CAM，已發(fā)表論文11篇。

2016-01-26)

160438

*四川省重點項目：重大水電設(shè)備構(gòu)件系統(tǒng)研究與平臺開發(fā)(2008GZ0149)