西门子在机床数字化软件套件当中推出了一款适用于 Windows PC 的、全新的桌面软件 Analyze MyWorkpiece / Toolpath（缩写：AMWT），通过该软件可通过分析提高工件加工的表面质量、和生产效率，其主要特点如下：
加工前，3D 可视化 NC 加工程序和几何文件，分析 NC 加工程序的点位分布情况等，提前检查工件轮廓精度、表面质量、切削速度，以及分析工件表面缺陷可能的原因，进而识别 NC 程序优化的可能性；
加工后，3D 可视化实际机床跟踪数据（ 通过 SINUMERIK HMI 跟踪的 ），3D 可视化虚拟机床跟踪数据（ 通过 SINUMERIK HMI+VNCK 或 SINUTRAIN 跟踪的 ），并通过生成的 3D 可视化模型，分析和优化工件实际加工过程中的位置、速度、加速度、主轴性能、刀具路径的曲率等性能指标，排除工件质量问题；
多种同步视图、刀具路径颜色编码、高精度的 3D 测量功能、表面渲染。
图1：AMWT软件-模具加工的数字化之路
通过程序点位，插补运算路径，伺服跟踪实际路径逐个分析影响自由曲面质量的各个因素，找到问题所在。
图2：逐个分析影响自由曲面质量的因素
图3：分析过程
下面以某国内知名机床制造商某零件加工为例，向大家展示了用Analyze MyWorkpiece / Toolpath （AMWT）2.5版本分析零件加工表面质量问题，并找出原因。机床制造商通过精确调整五轴桥式龙门机床五轴AC摆头的的转心距尺寸补偿数据，以及重新优化了AC摆头力矩电机的速度环增益解决了问题。通过借助AWMT软件的分析，我们能够较为快速地定位问题所在，大幅降低零件程序优化和无谓的参数调整次数，极大限度地缩短了试切的时间。
该国内知名机床制造商的基于SINUMERIK 840D sl 4.8 SP5 HF7版本系统软件的五轴桥式龙门机床，主要应用于飞机壁板、框、梁、肋航空结构件以及模具的粗、精铣削加工。如下图所示：
图4：某国内知名机床制造商的五轴桥式龙门机床示例
该五轴桥式龙门机床AC摆头用的是凯斯勒KESSLER的五轴头，AC轴采用力矩电机。如下图所示：
图5：所使用的凯斯勒KESSLER的五轴AC摆头
在试切验收中加工五轴“S”形试件表面质量出现一些问题，如下图所示，大部分加工的表面质量还是不错的，只是在“S”形试件开闭角转换的位置和“S”拐弯处的位置有比较明显的加工刀痕。
图6：某试切零件“S”形试件出现问题的部位图之一
图7：某试切零件“S”形试件出现问题的部位图之二
为了分析该加工问题是零件模型的原因，程序的原因，机床参数设置及优化的原因，还是机床机械的原因？我们使用Analyze MyWorkpiece / Toolpath （AMWT）软件2.5版本打开ssyj_t201.MPF的加工程序进行分析。
1、查看零件程序的点位和线段
图8：用AMWT软件查看ssyj_t201.MPF程序的点位和线段
可以看出该零件程序的点位分布特别是在“S”形试件入刀和出刀以及开闭角转换的地方点位分布是相对稀疏，说明本身程序不是特别理想。对比图7和图8加工有刀痕的位置和程序点位稀疏的位置并不能完全对应上，因此加工有刀痕的原因可能不是由于点位分布不均匀造成的，还需要进行更深入地分析。
由于加工“S”形试件是采用轮廓铣削，用刀具的侧刃来进行零件加工。所以只是检查零件程序的点位分布是不够的，还需要查看零件程序的刀具矢量分布。
2、查看零件程序的刀具矢量分布
图9：用AMWT软件查看ssyj_t201.MPF程序的刀具矢量分布
由上图可以看出该零件程序的刀具矢量分布特别是在程序点位分布稀疏的地方刀具矢量分布同样也是稀疏的，但通过旋转视图角度来进行观察，刀具矢量在刀具定向方向几乎没有波动，也就是说加工有刀痕的问题有可能和程序本身关系不大。
那我们再看看IPO插补运算路径的结果，是不是也会有一些问题呢？
3、查看运行零件程序IPO插补运算路径的结果
使用SINUTRAIN软件，版本为4.8 SP4，选择读取调试文档，将机床的完整的NC备份文件（MD11210=0，MD11212=0）恢复到SINUTRAIN软件当中。当然也可以使用SINUMERIK HMI+VNCK软件，效果和SINUTRAIN软件在这种用途上是一样的。
图10：SINUTRAIN软件选择读取调试存档
这样SINUTRAIN软件的运行环境和实际机床是一致的。
图11：SINUTRAIN软件的运行环境和实际机床一致
在伺服跟踪里选择需要跟踪的系统变量。
图12：选择跟踪变量
在SINUTRAIN软件里运行ssyj_t201.MPF程序，生成并保存伺服跟踪文件.XML文件。
图13：在SINUTRAIN软件上运行ssyj_t201.MPF程序
图14：保存跟踪文件
用Analyze MyWorkpiece / Toolpath （AMWT）软件打开伺服跟踪.XML文件进行点位和线段分析，可以看出该零件程序的IPO插补运算路径的点位和线段特别是在“S”形试件开闭角转换的位置和“S”拐弯的位置同样都是很平滑的。
图15：用AMWT软件查看ssyj_t201.MPF程序IPO插补运算路径的点位和线段
再用Analyze MyWorkpiece / Toolpath （AMWT）软件打开伺服跟踪.XML文件进行刀具矢量分布分析，通过旋转视图角度来进行观察，可以看出该零件程序IPO插补运算路径的刀具矢量分布特别是在“S”形试件开闭角转换的位置和“S”拐弯的位置几乎没有波动。
图16：用AMWT软件查看ssyj_t201.MPF程序IPO插补运算路径的刀具矢量分布一
通过以上的分析可以看出，通过SINUTRAIN软件IPO插补运算后的无论是点位、线段还是刀具矢量分布都是没有问题的，也就是排除了数控系统的机床指令参数和轴参数的设置，以及优化（不包含驱动数据）的因素。
再用Analyze MyWorkpiece / Toolpath （AMWT）软件进行速度的4D着色，可以看出有几处速度比较慢的地方和之前加工有刀痕的位置基本是重合的，也就是说加工有刀痕的地方是出现在刀具轨迹速度明显变慢的地方。
图17：用AMWT软件查看ssyj_t201.MPF程序IPO插补运算路径的速度4D着色
由上图所示，在“S”形试件加工过程中开闭角转换的位置有两处刀具轨迹速度明显降低的地方，而且刀具矢量分布也没有明显的波动。那么应该在这两处刀具轨迹速度明显降低的地方IPO插补运算路径的刀具矢量分布更加密集。
再次通过AMWT软件对IPO插补运算路径的刀具矢量分布进行分析，通过旋转视图角度来进行观察，可以发现在“S”形试件加工过程中开闭角转换的位置，确实有两处刀具矢量分布非常密集的地方，如下图所示。这和两处刀具轨迹速度明显降低的地方是一致的，也验证了刚才的说法。
图18：用AMWT软件查看ssyj_t201.MPF程序IPO插补运算路径的刀具矢量分布二
根据这种AC摆头五轴加工经验，尤其在类似于“S”形试件的航空结构件加工中，经常会遇到在加工中刀具过极点的情况。在刀具过极点过程中下，进给速度大幅降低，A轴转动的不多，C轴会转动一个很大（一般大于180度）的角度。如果主轴和C轴同轴度不好的话，在C轴大角度转动的地方会留下刀痕。
因此我们怀疑该AC摆头本身如果主轴和C轴同轴度不好，并且在五轴转换转心距设置参数中，该同轴度误差也没有补偿过来。
但是这种AC摆头主轴和C轴同轴度不好是机械本身的精度问题，是反映不到各轴测量系统上的，也就是无论是IPO插补运算还是实际机床伺服跟踪都无法看出，只能依靠实际加工的来看出效果。
4、查看运行零件程序机床上伺服跟踪实际路径的结果
如果真的是像以上我们猜测的那样，那么在机床上伺服跟踪实际路径的结果应该和通过SINUTRAIN软件IPO插补运算路径的结果是一致的。
机床制造商的调试人员在现场实际机床的Operate界面上伺服跟踪了零件程序运行时的XYZ轴的点位、速度和刀具矢量，将.XML文件导出，用Analyze MyWorkpiece / Toolpath （AMWT）软件打开现场伺服跟踪.XML文件检查XYZ轴的点位、线段及刀具矢量分布。
图19：用AMWT软件查看ssyj_t201.MPF程序机床伺服跟踪实际路径的点位
图20：用AMWT软件查看ssyj_t201.MPF程序机床伺服跟踪实际路径的刀具矢量分布
可以看出，机床上伺服跟踪实际路径的点位以及刀具矢量分布和通过SINUTRAIN软件IPO插补运算后的点位以及刀具矢量分布是基本一致的，这便验证了以上的说法。
因此我们可以暂时得出结论，该“S”形试件在开闭角转换的位置和“S”拐弯处的位置有比较明显的加工刀痕是由于该五轴机床AC摆头主轴和C轴同轴度不好，并且在五轴转换转心距设置参数中，该同轴度误差也没有补偿过来的这个原因造成。
5、测量并补偿该五轴机床AC摆头主轴和C轴同轴度误差
测量方法如下：如下图所示，校准棒装在主轴上，A轴0度（且A轴0度要非常准确），经过测量主轴回转中心与C轴回转中心在X/Y方向的偏差，反复调整MD24550，MD24560，MD24500后，直至在TRAORI五轴转换指令生效时，转动C轴一周，打表校准棒侧面，千分表基本不动为止。
图21：测量主轴回转中心与C轴回转中心在X/Y方向的偏差示意图
如下图所示，用300的校准棒，TRAORI五轴转换指令不生效时，A轴0度，C轴转动，打表测量近端5丝，远端11丝。最终调整为TRAORI五轴转换指令生效时转动C轴一周，打表校准棒侧面，千分表跳动3个微米左右，也就是说表基本没动。
图22：测量主轴回转中心与C轴回转中心在X/Y方向的偏差并且进行补偿
6、调整补偿完的“S”形试件试切结果
在经过主轴回转中心与C轴回转中心不同轴的测量及补偿后进行零件试切，如下图所示，在“S”形试件在开闭角转换的位置和“S”拐弯处的位置原有的加工刀痕已经消除。由此证明了我们之前通过AMWT软件的分析以及根据AC摆头五轴加工经验得出的结论是正确的。
图23：测量及调整补偿完的“S”形试件试切结果
总结：
通过使用Analyze MyWorkpiece / Toolpath （AMWT）软件和SINUTRAIN软件（或者SINUMERIK HMI+VNCK）对某国内知名机床制造商“S”型试件的零件程序，IPO插补运算伺服跟踪以及现场机床伺服跟踪实际路径的XYZ轴点位、速度和刀具矢量分布的分析，排除了数控系统的机床指令参数和轴参数的设置，以及优化（不包含驱动数据）的因素。并根据AC摆头五轴加工经验，得出该五轴桥式龙门机床“S”形试件加工时开闭角转换的位置和“S”拐弯处的位置有比较明显的加工刀痕是由于由于该五轴机床AC摆头主轴和C轴同轴度不好，并且在五轴转换转心距设置参数中，该同轴度误差也没有补偿过来的这个原因造成。通过使用AMWT软件帮助我们从各个环节进行分析，我们能够较为快速地定位问题所在，大幅降低零件程序优化和无谓的参数调整次数，极大限度地缩短了试切的时间。
后记
该五轴桥式龙门机床除了试切“S”形试件外，还试切了另一种试切件，小方件和小圆件，见下图，在试切后发现以下问题：
1）五轴机床小方件精度：长宽尺寸不一致80mm*80.02mm。宽度有2丝的偏差。
2）切圆，椭圆2丝（五轴机床）有阶刀痕，三轴机床椭圆4丝，三轴机床小方件加工也是80mm*80.02mm。
通过AMWT软件以及SINUTRAIN软件的分析，利用AMWT软件中的测量功能，判断出程序和IPO插补运算路径的尺寸都没有问题。我们分析因为AC轴是力矩电机，在切小方件的时候，是当三轴机床使用，AC轴加工中位置不动，四个边中有两个边A轴电机是受力的，如果A轴刚性不足的话，A轴位置可能会跑偏，这样尺寸就不准了。
检查了AC轴的速度环增益发现，A轴速度环增益P1460为500，C轴速度环增益为290，明显太小。通过伺服自动优化，将A轴速度环增益提高到1838，C轴速度环增益提高到3172后，加工方件和小圆件的尺寸精度问题解决。
图24：五轴机床测试件-小方件和小圆件