五轴技术

2024-11-09

五轴技术（通用10篇）

1.五轴技术篇一

五轴联动机床

11月5日在上海新国际博览中心结束的2006中国国际工业博览会上，上海交通大学与上海电气集团股份有限公司中央研究院、上海第三机床厂联合开发的五轴联动数控机床获得2006中国国际博览会创新奖。具有五轴联动功能的开放结构高端数控装备是发达国家禁止向中国出口的先进制造技术，也是我国独立自主发展航空、航天、国防、汽车等行业所必不可少的先进装备。

机械与动力工程学院王宇晗副教授与上海电气集团股份有限公司中央研究院合作研究完成具有自主知识产权的开放式数控平台，在此基础上，研制了SE305M五轴联动高档数控系统产品。该系统是上海市首台全国产化的五轴联动高档数控系统，在五轴联动插补算法、微小线段的五轴联动速度平滑技术、五轴联动NURBS曲面高速加工运动控制技术等国家急需的关键技术上取得创新性的突破和应用，使上海的现代装备制造业的技术水平向前迈进了一步。

那么什么是五轴联动呢？五轴联动：除同时控制 X、Y、Z 三个育线坐标轴联动外．还同时控制围绕这这些直线坐标轴旋转的 A、B、C 坐标轴中的两个坐标轴，形成同时控制五个轴联动这时刀具可以被定在空间的任意方向．比如控制刀具同时绕 x 轴和 Y 轴两个方向摆动，使得刀具在其切削点上始终保持与被加工的轮廓曲面成法线方向，以保证被加工曲面的光滑性，提高其加工精度和加工效率，减小被加工表面的粗糙度。

在传统的模具加工中，一般用立式加工中心来完成工件的铣削加工。随着模具制造技术的不断发展，立式加工中心本身的一些弱点表现得越来越明显。现代模具加工普遍使用球头铣刀来加工，球头铣刀在模具加工中带来好处非常明显，但是如果用立式加工中心的话，其底面的线速度为零，这样底面的光洁度就很差，如果使用四、五轴联动机床加工技术加工模具，可以克服上述不足。

五轴机床发展的趋势

首先是采用直线电机驱动技术。经过十几年的发展，直线电机技术已经非常成熟。直线电机刚开发出来易受干扰和产热量大的问题已经得到解决，而直线电机的定位技术，既在高速移动中快速停止，也有部分机床厂家采用阻尼技术给予解决。

直线电机的优点是直线驱动、无传动链、无磨损、无反向间隙，所以能达到最佳的定位精度。直线电机具有较高的动态性，加速度可超过2g。采用直线电机驱动还具有可靠性高、免维护等特点。

其次是采用双驱动技术。对于较宽工作台或龙门架型式，假如采用中间驱动，实际无法保证驱动力在中心，轻易造成倾斜，使得动态性能较差。使用双驱动，双光栅尺，一个驱动模块，就能使动态性能非常完美。一个驱动指令，双驱同时工作，光栅尺来检测两点是否平衡，假如不平衡则通过不同指令使其达到平衡。当然，五轴联动机床技术的发展还远远不止这些，许多技术在德马吉的机床产品中都将会体现出来。

五轴联动数控是数控技术中难度最大、应用范围最广的技术。它集计算机控制、高性能伺服驱动和精密加工技术于一体，应用于复杂曲面的高效、精密、自动化加工。五轴联动数控机床是发电、船舶、航天航空、模具、高精密仪器等民用工业和军工部门迫切需要的关键加工设备。国际上把五轴联动数控技术作为一个国家工业化水平的标志

由于使用五轴联动机床，使得工件的装夹变得容易。加工时无需特殊夹具，降低了夹具的成本，避免了多次装夹，提高模具加工精度。采用五轴技术加工模具可以减少夹具的使用数量。另外，由于五轴联动机床可在加工中省去许多特殊刀具，所以降低了刀具成本。五轴联动机床在加工中能增加刀具的有效切削刃长度，减小切削力，提高刀具使用寿命，降低成本。采用五轴联动机床加工模具可以很快的完成模具加工，交货快，更好的保证模具的加工质量，使模具加工变得更加容易，并且使模具修改变得容易。

当前，国产五轴联动数控机床在品种上，已经拥有立式、卧式、龙门式和落地式的加工中心，适应大小不同尺寸的复杂零件加工，还有五轴联动铣床和大型镗铣床以及车铣中心等，基本涵盖了国内市场的需求。精度上，北京机床研究所的高精度加工中心、宁江机械集团股份有限公司的NJ-5HMC40卧式加工中心和交大昆机科技股份有限公司的TH61160卧式镗铣加工中心都具有较高的精度，可与发达国家的产品相媲美。在产品市场销售上，江苏多棱、济南二机床、北京机电研究院、宁江机床、桂林机床、北京一机床等企业的产品，已获得国内市场的认同。

国外五轴联动数控机床是为适应多面体和曲零件加工而出现的。随着机床复合化技术的新发展，在数控车床的基础上，又很快生产出了能进行铣削加工的车铣中心。五轴联动数控机床的应用，其加工效率相当于两台三轴机床，甚至可以完全省去某些大型自动化生产线的投资，大大节约了占地空间和工作在不同制造单元之间的周转运输时间及费用。市场的需求推动了我国五轴联动数控机床的发展，CIMT99展会上，国产五轴联动数控机床登上机床市场的舞台。自江苏多棱数控机床股份有限公司展出第一台五轴联动龙门加工中心以后，北京机电研究院、北京第一机床厂、桂林机床股份有限公司、济南二机床集团有限公司等企业，相继开发了五轴联动数控机床。

2.五轴技术篇二

五轴加工中的直线轴是确定的, 即坐标轴XYZ, 但是旋转轴有三个 (ABC) , 一般在加工时只选择其中两个即可。生产前将加工刀具安装到特定位置后, 仔细校验以确保安装的规范性, 使五轴能充分发挥其作用, 对多个曲面进行同时加工。在实际生产中, 根据生产需要采用不同的加工模式。

1.1“3+2”轴加工模式。

在机床加工中, 旋转轴的损耗远远大于直线轴, 所以如何解决旋转轴的损耗问题是生产工作中的重点。“3+2”模式的编程相对简单, 而且对旋转轴的磨损较小, 延长了机床使用寿命, 所以是五轴加工中普遍使用的模式。在加工中先要建立坐标系, 确定两个旋转轴的方向, 之后3个直线轴联动对零件加工。进行零件的斜面或者是底部打孔时可以使用短刀, 以提高零件的加工效率。但这种模式仍然存在不足之处:由于加工时两个旋转轴的限制, 不能进行360度的全面加工, 导致加工界面不是光滑平整的, 存在细小的瑕疵, 不能实现对零件的精确加工。

1.2“4+1”轴加工模式。

在加工类似回转体的零件时, 常采用“4+1”加工模式, 即确定一个旋转轴的角度, 其他四个轴联动进行加工。这种加工模式的局限性较大, 不适用于所有的零件加工, 但能够避免零件经常被安装, 在一定程度上提高了生产效率, 所以一直沿用至今。

1.3 五轴联动加工。

五轴联动加工是加工中最为精确的一种加工模式, 将三个直线轴和两个旋转轴同时运动, 并且在加工中能够进行方向的调整, 保证加工连续性和高效性, 五轴联动能很好的解决加工界面的层次问题, 减少加工误差, 将界面打磨光滑、平整。在进行精准加工时经常采用这种模式以提高零件的质量, 保证零件的精准度。

2 五轴加工的关键技术

在五轴加工中不仅要有先进的五轴机床设备, 还要有配套的编程软件及完善的加工工艺。根据加工零件的具体需要, 首先用CAD/CAM软件对刀具的角度和加工方向进行设置, 编译相应的加工程序。然后进行程序调试, 在计算机上进行仿真加工, 检验刀具加工路径是否符合实际加工要求, 及时对程序进行修改, 确保其科学、可靠。最后在机床设备上进行五轴加工。

2.1 五轴机床。

在三轴数控机床中只有三个旋转轴, 加工的零件较为简单, 精度不高。五轴机床不仅增加了两个旋转轴, 且加强了对零件的精度控制。在加工前的软件编译中对算法进行反复推敲, 在加工中能够修正刀具的方向控制加工速度, 加工后能对生产的零件进行质量控制。

2.1.1 主轴速度。

五轴机床的主轴转速在20000r/min~50000r/min, 既可以满足零件的加工需要又能节约电力, 减少设备损耗。对于精密度较高的零件, 机床的主轴应具备更高的转速, 以控制较小刀具对零件的细微加工。

2.1.2 驱动技术。

五轴加工不仅实现了技术改革, 而且能够在加工中及时修改设备相关参数, 改变主轴转速和刀具行进方向, 实施紧急制动, 避免零件报废产生经济损失。在进行复杂曲面加工时需要不断改变主轴的转速和角度, 使界面保持平整, 对转速进行精确控制能延长刀具的使用寿命。目前, 国内外都在研究新型的电机以精简机床设备内部结构, 减少实际加工中能量的损耗, 从而提高设备的稳定性, 使其保持高效率的生产。

2.1.3 控制技术。

在进行实际加工中, 要对运动中的5个轴进行严格控制, 保证其在应有的轨迹上进行运动。加工程序要具备高效的运算速度和控制精度, 及时发现生产中的错误, 改变刀具行进方向, 及时弥补刀具的不足。

2.2 五轴加工工艺。

根据加工情况不同五轴加工采用不同的工艺。按照生产零件精密度划分, 分成粗、精加工;按照刀具规格划分, 以减少换刀次数;按照加工部位划分, 进行先近后远、先简后繁、先平面后孔的加工。无论采用哪种加工工艺, 加工前都要进行模拟实验, 检验所编译的程序是否存在漏洞, 避免实际加工中造成刀具损伤。

2.3 五轴加工关键技术

2.3.1 刀轴控制。

在五轴加工中, 需要对刀轴进行严格控制, 经常改变轴的方向和加工速度, 避免生产中造成刀具的碰撞, 发生事故。

2.3.2 试切加工。

为了提高五轴机床的使用寿命, 程序预先设计的参数比较小, 之后反复调整, 慢慢提高, 逐步接近最大效率值, 以运用到实际加工中。

2.3.3 CAD/CAM软件。

要实现复杂曲面的五轴加工关键需要五轴CAD/CAM软件来实现加工工艺。由于powermill软件具有功能强大操作简便等特点, 在国内市场占有率正在逐年提高。软件中的五轴加工策略很多, 其中“曲面投影精加工”策略的加工范围广、生成的刀具路径质量高效, 特别适用于复杂曲面的加工, 因此受到机械制造工艺师的青睐。

2.3.4 刀路优化。

在编制NC程序时, 要避免刀轴不必要的、过度的摆动, 防止因机床主轴或工作台过于频繁摆动造成机床损坏。在进行刀路优化时着重注意连接刀路的设置, 生成多轴刀路后, 需根据机床性能、零件特征, 调整连接刀路参数, 优化刀具路径。

2.3.5 仿真验证。

由于五轴设备贵重, 加工程序量大, 需要考虑的干涉、碰撞问题较多, 所以实际加工前一定要先进行模拟加工。如今的CAM软件基本只能进行程序验证, 很难仿真实际的工艺工装等实际加工情境, 所以在进行实际的五轴联动加工前, 建议编程人员使用专业的多轴数控仿真软件 (VERICUT) 进行仿真加工, 来验证工艺及程序的安全性、可靠性, 同时增强操作者和机床的安全保障。

结语

本文对五轴加工中的关键技术进行了控制, 以提高实际的生产效率。五轴加工大大的减少了零件的生产周期, 提高了零件的质量和精密度, 而且设备性能上远远优于三轴加工, 是最新型的数控技术。在实际生产中, 要不断研究新型的加工工艺, 加强对于主轴转速、刀具等设备硬件的控制, 还要对系统程序进行反复验证, 以确保生产的高效性。

参考文献

3.五轴技术篇三

【关键词】数控加工；MasterCAM；CAD/CAM；自动编程

1.自动数控编程的准备工作

准备工作主要包括工件坐标系、对刀点与换刀点的确定，工件坐标系零点就是编程零点。在加工编程中，为了使工艺基准与设计基准保持一致。叶轮加工的难点主要体现在以下三点：（1）整个叶轮包括了6个叶片，叶片相邻的空间狭小，加工时刀具容易和被加工的叶片以及相邻的的叶片发生干涉；（2）叶片为薄壁结构，且为非可展扭曲直纹面，形状相对比较复杂；（3）抛物面和ф96的圆柱上表面的连接不是简单的圆弧连接，有一“下凹”部分，与X方向有6°夹角，也需要利用五轴联动加工来完成。由于零件的加工要涉及到五轴加工，因此需要借助CAD/CAM软件来生成数控程序，本文采用Mastercam X7软件来完成。在叶轮的加工设备上选用单位自有的配有Heidenhain_TNC530数控系统的五轴加工中心，该机床能实现X、Y、Z、A、C五轴联动，具体的工作行程参数为：X轴730mm纵向、Y轴560mm横向；Z轴560mm垂向，A轴（工作台摆动）-110°～120°，C轴（工作台旋转）360°。从这些参数可以看出该机床能胜任整体叶轮加工的任务。

2.MasterCAM的数控加工功能与应用

2.1零件的几何建模

建立零件的几何模型是实现数控加工的基础，MasterCAM四大模块中的任何一个模块都具有进行二维或三维的设计功能，具有较强（CAD）绘图功能。可以运用Design模块建模，也可以根据加工要求使用Mill模块、Lathe模块和Wire模块直接建模，在进行零件的建模时，无需画出整个零件的模型来，只需要画出其加工部分的轮廓线即可，加工尺寸、形位公差及配合公差可以不标出，这样既节省建模时间，又能满足数控加工的需要；建模时，应根据零件的实际尺寸来绘制，以保证计算生成的刀具路径坐标的正确性；并可将不同的加工工序分别绘制于不同的图层内，利用MasterCAM中图层的功能，在确定刀具路径时，加以调用或隐藏，以选择加工需要的轮廓线。

2.2零件的模拟数控加工

设置好刀具加工路径后，利用MasterCAM系统提供的零件加工模拟功能，能够观察切削加工的过程，可用来检测工艺参数的设置是否合理，零件在数控实际加工中是否存在干涉，设备的运行动作是否正确，实际零件是否符合设计要求。同时在数控模拟加工中，系统会给出有关加工过程的报告。这样可以在实际生产中省去试切的过程，可降低材料消耗，提高生产效率。

2.3生成数控指令代码及程序传输

通过计算机模拟数控加工，确认符合实际加工要求时，就可以利用MasterCAM的后置处理程序来生成NCI文件或NC数控代码，MasterCAM系统本身提供了百余种后置处理PST程序。对于不同的数控设备，其数控系统可能不尽相同，选用的后置处理程序也就有所不同。对于具体的数控设备，应选用对应的后置处理程序，后置处理生成的NC数控代码经适当修改后如能符合所用数控设备的要求，就可以输出到数控设备，进行数控加工使用。

3.加工过程

根据零件的尺寸要求，选用直径为100mm高度为76mm的棒料作为毛坯，分以下几道工序进行加工。

工序一：运用三爪夹持棒料下端面，采用ф12的硬质合金立铣刀去除棒料上端的主要余量。在这一工序的加工中采用Mastercam X7的“高速曲面加工”方式，這种方式用立铣刀按等高面一层一层地铣削，层与层之间的高度为2mm，加工效率较高。在这一工序中主轴转速S可以设为6000r/min，进给速度F3000mm/min，加工后得到 “梯田台阶”形状。

工序二：将上一工序得到的部分“梯田台阶”铣掉，使曲面接近理论曲面。在这一工序的加工中依然采用ф12的立铣刀，但主要利用立铣刀的侧刃进行加工，并且较上一道工序主轴转速保持不变，将进给速度改为1000mm/min，利用Mastercam X7的“沿边五轴加工”方式进行加工，最后得到 “圆台”形状。

工序三：加工抛物面和φ96的圆柱上表面的连接面，该连接面不是简单的圆弧过渡，有一“下凹”部分，与X方向有6°夹角，需要利用五轴联动加工才能达到尺寸要求。加工时A轴角度基本保持在84°，并根据加工需要进行微小调整，配合X、Y、Z和C轴进行联动加工。加工时需要采用ф8R4的硬质合金球头刀，并利用Mastercam X7的“两曲线的渐变”方式进行加工。该加工方式选项位于“刀路”/“多轴刀路”的级联菜单中，具体的加工的相关参数设置在“多轴刀路——两曲线之间渐变”对话框中设置。下面就关键的几步进行说明：（1）“切削方式”设置中有“编辑曲线”栏要选择两组曲线，第一组要选择抛物面，第二组选择ф96的圆柱上表面。（2）“刀具轴向控制”中的“输出格式”要选择五轴，“前倾角方向”设为10°，“侧倾角切削方向”设为90°。除以上几步需要进行特别设置，其他可以选用默认值。

工序四：进行叶片粗加工，这一工序需要五轴联动来进行加工，加工中依然采用ф8R4的球头刀，运用Mastercam X7的“多轴刀路”中的“叶片专家”进行加工，具体的加工的相关参数在“多轴刀路——叶片专家”对话框中设置。几个关键参数设置如下：“切削方式”模块的“加工方式”选为粗加工，“排序方式”选择“双向，由前边缘开始”以提高加工的效率；在“定义组件”模块中“叶片”选择两相邻的叶片，“轮毂”选择刚选中的两相邻叶片的中间区域，并且设置“分段数量”为6。其他参数可以选择默认，就可出程序完成粗加工。

工序五：叶片顶部区域的抛物线曲面精加工，这里只需要普通的三轴联动就可实现。采用Mastercam X7的“刀路”—“曲面精加工”—“流线加工”来生成程序完成加工，这里采用的刀具选用ф8R4的球头刀，主轴转速为6000r/min进给速度取为3000mm/min。

工序六：进行叶片精加工，在Mastercam X7的“多轴刀路”中选择“曲面实体”并点选“Swarf milling”，在相应的对话框中设置加工参数。关键参数设置如下：“切削方式”模块的“切削曲面”选择叶片侧面，“底部曲面”选择两相邻叶片之间的轮毂；“曲面公差”中设定切削公差为0.1，最大距离为0.2。其他参数可以选择默认，就可出程序完成本道工序的加工。

工序七：进行轮毂的精加工，本道工序的加工出程序的方法与工序四采用的方法基本一直，只需要在“切削方式”模块的“加工方式”将工序四中的粗加工改成“精修轮毂”即可。通过以上步骤最终完成叶轮零件的加工。通过三坐标测量仪测量该零件叶片的弧度，均满足规定的要求。 [科]

【参考文献】

4.教学演示五轴加工中心篇四

教学演示五轴加工中心

一、教学演示五轴加工中心的定义：教师通过向学生演示五轴数控机床的各种动作和结构，传播数控操作及编程知识的方法，称为五轴加工中心教学演示法。教师会根据星辉数控五轴数控机床的结构特点，正确而合理地选择直观手段，并学会运用各种星辉五轴各种编程技巧，提高教学效果。星辉五轴加工中心是国际上通用的一种立式的小型五轴加工中心，定梁定柱，工作台移动式结构，操作方便，并在众多高校均有使用。

二、案例：我们以南京林业大学为例进行解释。详见图片。下图一为南京林业大学校园，下图二为本学校教学实验楼，星辉五轴加工中心就安装在此楼。学生们在老师的讲解下了解星辉五轴机床的各种参数，标准，运动原理，工作方式。通过这样的实物教学让学生们充分和社会实际生产状况接触，更快的融入实际生产中。

5.五轴技术篇五

几十年来，人们普遍认为五轴数控加工技术是加工连续、平滑、复杂曲面的惟一手段。一旦人们在设计、制造复杂曲面遇到无法解决的难题，就会求助五轴加工技术。早在20世纪60年代，国外航空工业生产中就开始采用五轴数控铣床。目前五轴数控机床的应用仍然局限于航空、航天及其相关工业。

五轴联动数控是数控技术中难度最大、应用范围最广的技术，它集计算机控制、高性能伺服驱动和精密加工技术于一体，应用于复杂曲面的高效、精密、自动化加工。国际上把五轴联动数控技术作为一个国家生产设备自动化水平的标志。由于其特殊的地位，特别是对于航空、航天、军事工业的重要影响，以及技术上的复杂性，西方工业发达国家一直把五轴数控系统作为战略物资实行出口许可证制度，对我国实行禁运。因而，研究五轴数控加工技术对国家科技力量和综合国力的提高有重要意义。

符合数控机床发展的新方向

近几年国际、国内机床展表明，数控机床正朝着高速度、高精度、复合化的方向发展。复合化的目标是在一台机床上利用一次装夹完成大部分或全部切削加工，以保证工件的位置精度，提高加工效率。国外数控镗铣床、加工中心为适应多面体和曲面零件加工，均采用多轴加工技术，包括五轴联动功能。在加工中心上扩展五轴联动功能，可大大提高加工中心的加工能力，便于系统的进一步集成化。最近国际机床业出现了一个新概念，即万能加工，数控机床既能车削又能进行五轴铣削加工。五轴数控机床在国内外的实际应用表明，其加工效率相当于两台三轴机床，甚至可以完全省去某些大型自动化生产流水线的投资，大大节约了占地空间和工件在不同制造单元之间的周转运输的时间和花费。

发展和推广的难点及阻力何在

显然，人们早已认识到五轴数控技术的优越性和重要性。但到目前为止，五轴数控技术的应用仍然局限于少数资金雄厚的部门，并且仍然存在尚未解决的难题。五轴数控技术为何久久未能得以广泛普及？五轴数控加工由于干涉和刀具在加工空间的位姿控制，其数控编程、数控系统和机床结构远比三轴机床复杂得多。目前，五轴数控技术在全球范围内普遍存在以下问题。

五轴数控编程抽象、操作困难

这是每一个传统数控编程人员都深感头疼的问题。三轴机床只有直线坐标轴，而五轴数控机床结构形式多样；同一段NC代码可以在不同的三轴数控机床上获得同样的加工效果，但某一种五轴机床的NC代码却不能适用于所有类型的五轴机床。数控编程除了直线运动之外，还要协调旋转运动的相关计算，如旋转角度行程检验、非线性误差校核、刀具旋转运动计算等，处理的信息量很大，数控编程极其抽象。

刀具半径补偿困难

在五轴联动NC程序中，刀具长度补偿功能仍然有效，而刀具半径补偿却失效了。以圆柱铣刀进行接触成形铣削时，需要对不同直径的刀具编制不同的程序。目前流行的CNC系统均无法完成刀具半径补偿，因为ISO文件中没有提供足够的数据对刀具位置进行重新计算。用户在进行数控加工时需要频繁换刀或调整刀具的确切尺寸，按照正常的处理程序，刀具轨迹应送回CAM系统重新进行计算。从而导致整个加工过程效率十分低下。

对这个问题的最终解决方案，有赖于引入新一代CNC控制系统，该系统能够识别通用格式的工件模型文件(如STEP等)或CAD系统文件。

购置机床需大量投资

以前五轴机床和三轴机床之间的价格悬殊很大。现在，三轴机床附加一个旋转轴基本上就是普通三轴机床的价格，这种机床可以实现多轴机床的功能。同时，五轴机床的价格也仅仅比三轴机床的价格高出30%～50%。

除了机床本身的投资之外，还必须对CAD/CAM系统软件和后置处理器进行升级，使之适应五轴加工的要求；必须对校验程序进行升级，使之能够对整个机床进行仿真处理。

国内五轴数控技术发展状况与市场分析

五轴联动数控机床，是电力、船舶、航空航天、高精密仪器等民用工业和军事工业等部门迫切需要的关键加工设备。西方发达国家长期对我国实行禁运。

从1999年开始，在CIMT、CCMT等国际、国内机床展览会上，首先是国内的五轴数控机床产品纷纷亮相，国内五轴数控机床的市场逐渐打开，随后国际机床巨头纷至沓来，五轴数控机床的品种和数量逐年上升：CIM T99、CCMT2000分别推出3台国产五轴联动机床；CIMT2001国际机床展览会上，北京第一机床厂和桂林机床股份有限公司分别展出了主轴转速10000r/min的五轴高速龙门加工中心，北京市机电院的主轴转速15 000r/min 的五轴高速立式加工中心；清华大学与昆明机床股份有限公司联合研制的XNZ63，采用标准Stewart平台结构，可实现六自由度联动；大连机床厂自行研制的串并联机床 DCB—510，其数控系统由清华大学开发，该机床通过并联机构实现X、Y、Z轴直线运动，由串联机构实现A、C轴旋转运动，从而实现五轴联动，其直线快速进给速度可达80m/min。这些机床均已达到国际先进水平，体现出我国机床工业为国防尖端工业发展提供装备的实力又有突破性提高。中国机床工业的发展，利用自己研制的高、精、尖产品参与国际竞争，打破了国际技术垄断，国际机床巨头们不愿失去中国这个大有潜力可挖的市场，于是蜂拥而来，把他们的产品“送上门来”：国外展团共展出五轴加工中心8台、五轴车铣加工中心1台、五轴数控刀具磨床5台。

我国数控技术及其设备在各工业部门中的应用整体水平仍然偏低，与工业发达国家相比差距很大。为了实现“十五”规划的发展目标，各部门迫切需要进一步大力发展数控加工技术，亟须配置大量的各类工艺设备，尤其是数控机床设备。对于数控机床设备的主要技术要求是多轴、高速、刚性好、功率大；对坐标数的需求，以三至五轴联动为主。对于关键零件形状复杂的行业，如航空、电力、船舶、模具制造业等，其生产部门对多轴机床要求比例较大，新增五轴数控机床大约占数控机床总数的70%～80%。

装备制造业是一国工业之基石，它为新技术、新产品的开发和现代工业生产提供重要的手段，是不可或缺的战略性产业。即使是发达工业化国家，也无不高度重视。近年来，随着我国国民经济迅速发展和国防建设的需要，对高档的数控机床提出了急迫的大量需求。机床是一个国家制造业水平的象征。而代表机床制造业最高境界的是五轴联动数控机床系统，从某种意义上说，反映了一个国家的工业发展水平状况。长期以来，以美国为首的西方工业发达国家，一直把五轴联动数控机床系统作为重要的战略物资，实行出口许可证制度。特别是冷战时期，对中国、前苏联等社会主义阵营实行封锁禁运。爱好军事的朋友可能知道著名的“东芝事件”：上世纪末，□□□东芝公司卖给前苏联几台五轴联动的数控铣床，结果让前苏联用于制造潜艇的推进螺旋桨，上了几个档次，使美国间蝶船的声纳监听不到潜艇的声音了，所以美国以东芝公司违反了战略物资禁运政策，要惩处东芝公司。由此可见，五轴联动数控机床系统对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业，有着举足轻重的影响力。现在，大家普遍认为，五轴联动数控机床系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等等加工的唯一手段。所以，每当人们在设计、研制复杂曲面遇到无法解决的难题时，往往转向求助五轴数控系统。由于五轴联动数控机床系统价格十分昂贵，加之NC程序制作较难，使五轴系统难以“平民”化应用。但近年来，随着计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）系统取得了突破性发展，珊星公司等中国多家数控企业，纷纷推出五轴联动数控机床系统，打破了外国的技术封锁，占领了这一战略性产业的至高点，大大降低了其应用成本，从而使中国装备制造业迎来了一个崭新的时代！以信息技术为代表的现代科学的发展对装备制造业注入了强劲的动力，同时也对它提出更强要求，更加突出了机械装备制造业作为高新技术产业化载体在推动整个社会技术进步和产业升级中无可替代的基础作用。作为国民经济增长和技术升级的原动力，以五轴联动为标志的机械装备制造业将伴随着高新技术和新兴产业的发展而共同进步。中国不仅要做世界制造的大国，更要做世界制造强国！预计在不久的将来，随着五轴联动数控机床系统的普及推广，必将为中国成为世界最强国奠定坚实的基础！

6.五轴技术篇六

五轴数控联动技术字虽然难度较大但是需求广泛。其主要是将计算机控制与高性能伺服装置、精密数控加工等技术集中在一起, 获得一种多维度连续、平滑加工的模式, 尤其是对与复杂曲面而言是一种重要的技术措施。下面就从其五轴数控建模上分析其工作的基本原理。

在简单的三轴加工联动的情况下, 控制人员不需要关系工作台与刀具的工作状况, 因为机床的三轴向加工模式是相对固定的运行模式, 不同系统的后处理情况变化不大。而五轴数据加工在原有的普通三轴基础上增加了两个轴向旋转, 机床转动与主轴转动存在差异, 因此对于不同的系统与旋转坐标的后置位置相差较大。旋转A、B、C三个轴相对应的是X、Y、Z坐标, 其方向按照右旋螺纹的方向进行。即面向机床Z轴平行与刀具的旋转, Z+为向上而X+为向右, Y+则向内, 与设计坐标系保持一致。X、Y机床坐标由设计坐标Z轴旋转一定角度C后获得, 然后在绕X轴旋转角度A, 计算的过程十分复杂。

从上面的图1中看, CAM加工坐标系统为OmXYZ, 机床的加工坐标系统则为OrXYZ, 工作台的旋转轴和Z轴相同, 工作台A的转轴与X方向相同, OrXYZ坐标的原点在A、C向交汇的点上。CAM加工坐标OmXYZ与机床坐标OrXYZ的Z轴方向保持一致, 其与为平行, 即OmOr=d, 加工件就会绕着OrXYZ中的Z轴进行旋转, 角度小于360°。刀具参考的点为Oc在CAM系统中OmXYZ坐标为 (Xc、Yc、Zc) 。刀具轴矢量a为单位矢量, 在CAM加工坐标系OmXYZ中对应的坐标即为 (ax、ay、az) 。为了让计算更加方便, 通常以Oc为原点建立刀具的矢量坐标, 使之与CAM加工坐标向平行。如果上述条件已知就可以计算对应的加工角度, 指导完成加工。

2 五轴数控的后置处理原理分析

后置处理可以分为两种系统, 专用后置处理与通用后置处理。前者往往是指针对专用数控编程系统或者特定数控机床而专门开发的程序, 通常直接读取刀位文件中的位置数据, 根据特定的机床特征和功能, 以及指令格式等将其转化为数控程序完成输出。这类后置处理系统往往在专用数控编程中出现, 即提供非商业化服务, 其对刀位文件格式简单, 不会受到标准的规范, 机床的特征与数控系统特征一般直接便如后置程序, 后置处理过程的针对性较强, 程序结构简单容易实现。

通用后置处理系统主要针对的是不同种类的数控机床和数控系统对刀具的控制, 对刀位文件进行后置处理, 使得输出符合数控系统的指令和格式的数控程序。但是因为数控机床的多样化与技术不断提高, 通用的后置技术通常在一定范围内通用, 其通用化的程度需要按照标准与规范来考虑。但是其对商业加工的意义较大, 因此通常所指的后置处理技术即为通用后置处理。其后置输入的信息要求如下:刀位文件的输入, 后置处理技术主要是将刀位文件转化为可以应用数控机床的加工程序, 实现这个转化的通用化, 就要求刀位文件实现规范与标准化。目前国际上流行的做法是数控编程系统输出的刀位文件应满足IGES要求。如果刀位文件是非标准, 则对应的格式应制定一个规范进行控制;数控文件, 数控系统特性文件是为数控后置处理系统提供转换, 将刀位文件的内容转换为适应具体机床的控制程序, 其格式应进行必要的标准化。最后, 数控机床的特征性文件设置, 这个文件是描述机床运行与结构特征、运行参数、运行轴行程、最大速度、加速度等文件, 后置处理系统根据这个文件对机床的运动求解、非线性运行误差校正、进给速度校对、速度修正等处理。

3 在后置处理技术基础上后置处理器的开发

随着五轴数控技术的发展, 对其后置处理技术的要求也不断提高, 工程实践中往往利用后置处理器对某个生产过程进行“专用”控制, 以满足商业生产。下面就以五轴双转台数控机床 (MIKRON HSM 600U机床) 为例进行分析。

3.1 对机床参数的设置

在设置中, 对软件对话框进行选择, 配置五轴数控系统, 根据机床运行的结构所体现的各种参数进行参数选择, 如一般参数、四轴五轴窗口, 编辑设置圆弧刀轨迹输出的线性轴行程极限、机床的零点位置、直线插补最小分辨率、机床的速度、机床初始坐标、机床旋转轴设定等等进行选择与设定。

3.2 程序与刀轨设定

在程序与刀轨的窗口中定义与修改、专用化所有的机床动作的处理方式。在程序窗口中定义、修改程序化设置其中后处理的程序包括:程序起始段;操作端头;刀轨控制;操作结尾;程序结果。在G代码的窗口下, 定义后置处理中所需要的所有G代码, 包括:运动速度、直线模式、顺圆运动、逆圆运动、加工面、刀具半径修正、绝对与增量编程、固定加工循环模式等。在M代码窗口定义的是后置处理中M代码内容, 包括:结束程序、主轴转向、主轴启停、冷却开关、换刀具等。在定义地址的时候, 设置各个关键格式;字符顺序窗口, 定义字符优先等级与顺序;在用户定义窗口添加用户自定义的程序指令。在利用程序语言进行编程的时候, 实现后置处理的算法中欧能个旋转轴角度的计算、坐标矩阵变换、平动轴移动值计算、增加切削时间等任务都应完成设置。在程序与刀轨参数窗口的用户自定义中, 导入已经实现的旋转轴角度计算、平动轴位移计算等都应符合实际加工的需求。

3.3 NC数据设置

在NC数据参数窗口的设置中, 应定义NC数据格式。在定义中使用的是G、M字地址和其应用的FOR-MAT格式。完成上述设置后生成的自定义文件为.def、事件处理文件为.tcl, 参数文件为.pui, 即完成在五轴加工中需要的后置处理器的开发。

4 零件加工的应用

在零件加工的应用中, 选择一台电动双转台五轴机床作为测试的对象, 完成零件的加工。采用软件构件一个复杂的圆柱加半球的组合零件, 在上面完成铣削工艺, 并形成两个不同斜度的平面, 在两侧在进行垂直方向钻孔, 并在球面上雕刻字母, 如图2。

加工的步骤分为一下几个:粗加工:完成型腔铣, 选择刀具立铣刀, 直径6mm, 刃场20mm, 加工余量0.5mm。半精加工:铣剩余量, 刀具设计直径4mm球头刀, 刃长10mm, 余量设计0.2mm;精加工:变轮廓铣削, 刀具沿用半精加工刀具, 余量0;多面钻孔加工:钻头直径4mm, 深度10mm;刻字加工:选择30°刻字刀, 字体深度0.5mm。在加工中编制这些后置处理程序转换为5组加工代码, 采用五轴数控设备完成这些加工, 从最终的加工结果来看, 建立在UG基础上的后置处理系统可以有效的对加工过程进行控制, 并实现效率最大。

参考文献

[1]李贤元, 孟文, 周奎.五轴数控机床后置处理算法研究[J].机械, 2009 (10) .

[2]喻丕珠, 周定伍, 周虹.基于UGNX五轴加工后置处理中的坐标变换[J].中国新技术新产品, 2009 (14) .

[3]祁明灯.五轴联动数控技术的加工案例[J].制造技术与机床, 2009 (6) .

[4]唐林.数控加工的后置处理技术[J].新技术新工艺, 2008 (7) .

7.五轴数控加工程序的设计研究篇七

关键词：五轴数控；数控加工；程序设计

中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）03-0023-02

数控加工的编程规定不但是要求计算直线运动，根据生产需要协调其旋转角度的行程检验、道具的旋转运动或者是非线性的误差校核等与之相关计算，传统的手工编程对于这些抽象的或者是运算量非常大程序的编制来说具有一定的难度，自动软件UG与后置的处理器的使用，根据需求编制出五轴数控的加工程序，在生产制造软件前期根据独立的模拟仿真软件特点—模拟仿真功能，仿真功能对于整个生产机械的加工环节具有重要作用，以此检验出数控加工的程序的准确性。五轴数控加工难点是曲面的形状相对复杂，对于自动生成软件所提供五轴数控加工的功能来说应用性不强，其用于生产过程中的加工程序制造出的五轴数控的机床，发挥效果不明显。

自动化编程的第一步是前置处理，第二步是生成数控加工刀具的轨迹，相应地生成G代码的程序。生成G代码的程序中需要排除G指令，不但如此，大量的数值组成了数控机床的各轴的坐标值，而坐标值即刀具轨迹点与之相对应的加工程序的坐标系值。在数控机床的加工过程中，数控机床会根据坐标值位置确定自动化刀具运动轨迹，从而实现精确的工件加工。

1 五轴刀具在加工时产生的轨迹

分析人类头部模型曲面，曲率的变化范围很大。三轴与四轴通常是刀具轨迹的传统方式，但是不能满足复杂曲面的加工需求。在加工前期三轴刀具的轨迹，只需要进行一次的装夹限制，加工时迎着三轴刀具的曲面，如果进行全部的曲面最好进行重复性的装夹，但是重复性的装夹其弊端是定位误差容易造成数控加工的效率降低，同时也会影响加工工艺的质量。进行切削时刀具的摆角会是在曲率偏小处，切削速度几乎为零，在很大程度上造成摆角曲率的差异性，会导致曲面加工表面的质量差异性大。如果四轴在使用日常刀具的轨迹运动中加入旋转或者是摆动轴，会大大改善三轴的加工轨迹弊端，但问题是二次性装夹或者是曲面加工时质量的差异性大，这个问题需要解决，所以为了得到连续的、高效的刀具轨道，则需要采用现代化技术—五轴联动的方式进行数控加工。

第一，五轴联动刀具的轨迹形成方法，原型是人类的头部形状，头部根据曲面的曲率变化以及变化急剧趋势，选择性地进行可变轴的曲面轮廓铣的刀具轨迹的生成功能。可变轴的曲面轮廓铣的功能是主要以驱动面、驱动点或者是驱动线的驱动轨迹形式，将驱动点运用特殊的数学关系方法，投影到被加工曲面上，然后按照可变轴的曲面的变化规律生成刀具的运动路径。

第二，驱动生成方法。UG软件为五轴的数控加工中又包含很多驱动方法，驱动方法和被加工的零件的表面形状以及驱动方法的复杂程度都是有直接关系的。人类头部的曲面驱动模型的建立是以曲面区域的驱动为基本点，由于曲面区域的驱动可以建立驱动曲面网格，也可以创建出一定规格的驱动点，根据这些驱动点，结合程序关系模型，并沿着投影方向将驱动点投影向人类头部的模型曲面上，形成适合于加工人类头部模型的曲面五轴刀具的路径。需要注意的是，构造驱动面的几何体的保障摆动轴的超程问题，还有驱动面几何体和人类头部模型的曲面曲率的变化趋势一致性，只有这样的数控程序设计才会使五轴刀具的运动轨迹在加工过程中方向是始终垂直于加工部位的曲面。

2 后置处理

刀具轨迹的形成仅仅是刀位文件，是不能运用到实际机床加工中的，在原理上数控机床的接收对象是与数控系统的指令格式相似或者是相同的程序，这时根据生成刀具的轨迹进而深加工，然后将刀位的轨迹数据转化成为机床程序的计算机代码，称之为“后置处理”。

后置处理的使用对象是UG/Post Builder，根据不同性质的数控机床程序结构，设计出五轴的运动方向、运动的方式、运动的范围、数据的精度性、摆轴的长度、摆动轴偏心以及旋转轴等具体的参数值，根据程序软件计算出类似于人类头像模型的加工坐标系刀位点，后置处理格式是根据用户定义决定的，形式多样，需要注意的是数据点前面应该加上地址字、运动的方向以及计算的坐标点的食量方向产生的数据、运动的关系与由于不同的功能产生的代码，然后输出程序NC。

2.1 机床的分析

案例分析的例子是SKY80120的龙门雕铣，其是数控机床的前提保障，其中的要求规定是双旋转形式的工作台，在设计中旋转轴的B轴设置为平面YZ，C轴的旋转平面设置为XY，数控系统是SKY五轴数控机床。

2.2 程序设计中的后置处理

第四轴与第五轴的页面是行程限制的设置的机床参数，点击Configure，在即将弹出的小窗口中设定第四轴的旋转平面，字头是B。在第五轴的旋转平面设计上设置为XY，字头是C。公差设为0.001。第四轴与第五轴的页面机床的参数，应该将转轴的最高进给率设置为2000，并且数值的大小决定着方向。

2.3 参数的设定

UG/Post Builder的设定只是针对机床参数，保证G代码的程序符合数控机床的控制系统标准。SKY的系统参数在一般情况是可以使用默认值的，只需要对其参数进行更改。

3 结语

在五轴数控机床的制造结构进一步确定之前，先进行的是后置处理步骤，这是五轴数控加工程序设计基础性条件。例如Pro/E、Cimatron以及PowerMILL自动编程软件等，软件的加工方式在参数设置上应该选择与本文中介绍的UG软件的基本特点相似性很大。加工程序设计的编程者依据自己所选择的五轴数控机床的具体操作情况，合理地选择编程技术方法，但是需要根据下面的基本原则进行设计：

第一，在提高数控程序加工的效率方面，应该根据编制的程序的复杂性有选择的减少数控机床的运动量。

第二，在提高数控程序加工的质量方面，编程者的程序设计着重强调的是刀轴矢量的变化的均匀改变量，在设计上为了减少突变点的发生，在不能够避免刀轴的矢量突变性的前提下，要从突变点的数量或者是分道次的加工方面着手，减少其数量。

第三，如果程序运动时存在多个刀路，各个刀路之间的衔接处的刀轴的矢量应该平滑过渡。

第四，在五轴数控加工程序的编程过程中，需要使用各种方法将其应用到数学中，并且求得唯一解，使其保证准确性。

参考文献

[1] 徐智卿.“45°B轴”五轴数控加工中心后置处理程序的开发[D].上海交通大学，2012.

[2] 李超.五轴数控加工程序设计研究[J].机械设计与制造，2009.

8.叶片五轴联动加工刀位轨迹的生成篇八

复杂曲面的多轴联动数控编程是涉及众多领域知识的复杂流程,是数字化仿真及优化的过程。

针对大型混流式叶片各曲面的特点,进行合理的刀位轨迹规划和计算,是使所生成的刀位轨迹无干涉、无碰撞、稳定性好、编程效率高的关键。

由于五轴加工的刀具位置和刀具轴线方向是变化的,因此五轴加工的是由工件坐标系中的刀位点位置矢量和刀具轴线方向矢量组成,刀轴可通过前倾角和倾斜角来控制,于是可根据曲面在切削点处的局部坐标计算出刀位矢量和刀轴矢量。

从加工效率、表面质量和切削工艺性能来看,选择沿叶片造型的参数线作为铣削加工的方向分多次粗铣和一次精铣,然后划分加工区域,定义与机床有关的参数,根据以上所选叶片的加工部位、装夹混流式叶片的刀轨生成定位方式、机床、刀具及切削参数和余量分布情况将叶片分为多个组合面分别进行加工。通过对曲面曲率的分布情况的分析对于不同的区域采用不同的面铣刀。粗加工给出每次加工的余量,精加工采用同一直径的铣刀,根据粗糙度要求给定残余高度,根据具体情况选择切削类型、切削参数、刀轴方向、进退刀方式等参数。但是对于像叶片这样的曲率变化很大而又不均匀的雕塑曲面零件,还要根据情况作大量的刀位编辑,并且必须进一步通过切削仿真做干涉和碰撞检查修改和编辑刀轨。

二、叶片五轴联动数控加工仿真

数控加工仿真通过软件模拟加工环境、刀具路径与材料切除过程来检验加工程序并对其进行优化。在计算机上仿真验证多轴联动加工的刀具轨迹,辅助进行加工刀具干涉检查和机床与叶片的碰撞检查,取代试切削或试加工过程,大大降低了制造成本,缩短研制周期,避免加工设备与叶片和夹具等的碰撞,保证加工过程的安全。加工零件的代码在投入实际的加工之前通常需要进行试切,水轮机叶片是非常复杂的雕塑曲面体,开发利用数控加工仿真技术是其成功采用五轴联动数控加工的关键。在此,我们首先通过电子商务资料库进行工艺系统分析,明确机床系统型号、机床结构形式和尺寸、机床运动原理和机床坐标系统。用三维软件建立机床运动部件和固定部件的实体几何模型,并转换成仿真软件可用的格式,然后建立刀具库,在仿真软件中新建用户文件,设置所用系统,并建立机床运动模型,即部件树,添加各部件的几何模型,并准确定位,最后设置机床参数。接下来将叶片模型变换到加工位置计算出刀具轨迹,再以此轨迹进行叶片切削过程、刀位轨迹和机床运动的三维动态仿真。这样就可以清楚地监控到叶片加工过程中的过切与欠切、刀杆和联接系统与叶片、机床各运动部件与叶片和夹具间的干涉碰撞,从而保证了数控编程的质量,减少了试切的工作量和劳动强度,提高了编程的一次成功率,缩短了产品设计和加工周期,大大提高生产效率。如在数控加工行业进行推广,可产生巨大的经济和社会效益。

三、叶片刀位轨迹的后置处理

后置处理是数控编程的一个重要內容,它将我们前面生成的刀位数据转换成适合具体机床的数据。后处理最基本的两个要素就是刀轨数据和后处理器。我们应首先了解龙门移动式五坐标数控铣镗床的结构、机床配备的附属设备、机床具备的功能及功能实现的方式和机床配备的数控系统,熟悉该系统的编程包括功能代码的组成、含义。然后应用通用后置处理器导向模板,根据以上掌握的知识,开发定制专用后置处理器。然后将已得刀位源文件进行输入转换成可控制机床加工的代码。

以上介绍的大型水轮机叶片的多轴联动编程技术,已用于工程实际大型叶片的数控编程中,实现了大型转轮叶片的五轴联动数控加工的刀位轨迹计算和加工仿真,保证了后续数控加工的质量和效率,已作为大型水轮机叶片五轴联动数控加工的编程工具用于实际生产中。

9.五轴技术篇九

大地水刀是国内目前规模最大的专业从事“超高压水射流技术”应用产品研究、开发和生产的企业, 被誉为“中国第一刀”。2009年大地水刀承担了省科技成果转化专项资金“柔性超高压水切割系统研发及产业化”项目。该项目将研制数控水切割机、水切割加工中心、机器人空间曲线水切割系统等系列产品;主要在600MPa超高压水切割系统、800MPa超高压试验测试系统、高效喷嘴高性能空间水切割系统、水切割机器人系统与应用软件、水切割机器人国产化等方面寻求突破。

五轴超高压水切割机是项目的阶段性产品, 是在三轴水切割机的基础上通过增加切割头的回转轴 (C轴) 和偏摆轴 (B轴) , 调整切割头在切割过程中的姿态, 解决切割厚板时切割面产生斜度的难题, 提高了切割效率和切割精度, 偏摆角达±45°。产品拓展了水切割机的应用领域, 不仅可用于矫正切割斜度、为切断面有一定斜度的工件加工, 还具有加工圆锥体、圆锥齿轮及匀速旋转曲面的功能。其中, “以切入点为偏摆中心的偏刀机构”将复杂的五轴联动控制转化为四轴联动控制, 降低了软硬件成本, 有效提高了产品的竞争力。

10.UG软件五轴编程入门要点篇十

1 得到产品设计

首先,准备好要加工的部件文件,如果是用直接用UG做的PART文件那最好。如果是用别的软件做的,如Pro E、Master CAM等,那么应先将部件在原软件中转换IGES等格式,再导入到UG中。

2 设计加工模型

进入加工模块前应对部件部件进行一些必要的处理,如曲面修补工作、做五轴加工的驱动面、做粗加工的刀轴、做部件的毛坯、准备检查面等,并分析部件的最小曲率,初步确定需要的刀具。

3 设置加工环境

3.1 进入加工模块

如下图1,可从菜单进入,也可点击红色方框所示的图标进入,也可按组合键Ctrl+Alt+M,跳出加工模块的初始化界面,点击“Initialize”按键或直接中键,进入加工模块。

3.2 设置加工座标系及安全参数

进入加工模块后,如图2,其中1~4是刀轨视图按钮,分别是:顺序视图、刀具视图(图4)、几何体视图(图3)、方法视图(不建议采用,易引起留量的混乱)。如果程序的数量比较多,建议采用顺序视图,因需要建立程序组(Program Group);如果程序比较少,建议采用几何体视图,可以观察到程序所在的环境。第5是导航器钉子,点击它可以使导航器展开或折叠。点击第6将导航器切换到加工导航器。

先进入几何体视图设置加工座标系及安全参数。如图3,双击“MCS_MILL”节点,在“Mill_Orient”对话框中,点击MCS的“Constructor”(构造器)按钮,构造需要的加工座标系。然后返回“Mill_Orient”对话框,在“Clearance”(安全)选项前打勾,点击“Specify”(指定)按钮,在跳出的“Plane Constructor”(安全平面构造器)中设置安全高度。

至于“WORKPIECE”中是设置部件及坯料、检查面的,只在三轴加工或是单件加工中有用。

3.3 创建刀具

进入如图4所示的刀具视图,在“GENER-IC MACHINE”上右键→Insert→Tool,在“Create Tool”(创建刀具)对话框中,选择所需的刀具类型如铣刀,在“NAME”中为刀具起个名字,如“D6R3”,然后确定,在跳出的刀具参数对话框中输入刀具的参数,确定。依此把需要的刀具创建好备用。

加工环境至此基本设置完毕,其余还有很多的设置,不过很多地方是不需要的,在此略过。

4 选择加工方法

开粗尽量用三轴或三轴半(固定轴)的刀轨,在此不加详述。精加工才采用五轴刀轨。

插入五轴刀轨:在图2所示的“Program”或自己创建的程序组上面右键→Insert→Operation,选择图5中的“mill_multi-axis”(变轴加工)类型,跳出图6的对话框。最实用和常用的是第一个:“VARIABLE_CONTOUR”(变轴轮廓铣)。后面的命令有几个是由第一个变出来的,如“vc_multi_depth”(多层变轴轮廓铣),有几个虽然不是但平时很少用到,如“Sequential_mill”(顺序铣)。

所以建议大家用熟第一个命令,如图7。在这个命令里包含了几种加工方式,加工方式由:驱动方法+刀轴方向构成,如图8。作用和用法如下。

4.1 Surface Area+Normal to Drive(曲面区域+垂直驱动)

作用与优点:使刀轴方向保持垂直于驱动面对加工面进行加工。当加工区域变化较大、存在加工安全隐患,需要以变轴方式以缩短刀具长度防止抖刀及较好的加工方向以提高部件表面加工质量,可以采用此方式。此方式需要构建合适的驱动面。

曲面区域的参数设置注意点:

4.1.1 Surface Stock:驱动面留量。不要跟部件的Cutting里面的留量混在一起,一个是驱动面的,一个是加工对象的。

4.1.2 Tool Position:刀具位置。有二种方式:Tanto和On,是指刀具的加工位置。默认是Tanto。在采用Normal to Drive这种刀轴方向时,对加工结果没什么影响,但如果是Swarf Drive这种刀轴方向时,结果是绝对不同的,后面“4.5”里再述。

4.1.3 Flip Material:反转材料侧。这个是改变刀具是在加工面的那一边进行加工的按钮。

4.1.4 Cut Direction:加工方向。这个决定你的刀具是从面的那一个角点进刀的。

4.1.5 Cut Step:切削精度。这个主要影响到刀轨的精度。建议设置如下:用Tolerance(公差)的方式,设为较小的值如:0.002。

4.1.6 Stepover:切削步进。这个决定刀具在这个面上一共走几刀,在Normal to Drive里是刀距,在Swarf Drive里是背吃刀量。编程人员事前要根据材料和刀具算好这个数字。

4.1.7 Cut Area:切削区域。这个可以决定你要在这个面的那个区域里进行加工,可以以百分比的方式设定加工的起始和终止,比较少用。

4.2 Surface Area+Away From Poit/Towar poit:(曲面区域+离开点/趋向点)

作用与优点:作用同4.1,只不过驱动由面变成点,刀轴的方向始终保持通过指定的点。Away From Poit多用于凸形的加工区域。Towar poit多用于凹形加工区域。设置简单,只要选一个点做为刀轴方向驱动就行了。

4.3 Surface Area+Away From Line/Towar Line:(曲面区域+离开线/趋向线)

作用与优点:这是四轴的刀轨,它的一个旋转轴是固定的。驱动是直线,刀轴的方向始终保持垂直通过指定的线,主要用于一个方向形状相对固定(如以一个剖面向此方向拉伸而得)而另一个与其相对垂直的方向形状变化呈弧形或接近弧形的部件,驱动线就位于形状相对固定的方向上。Away From Line多用于凸形的加工区域。Towar Line多用于凹形加工区域。设置也简单,只要选一条线做为驱动就行了。

4.4 Surface Area+Relative to Surface:(曲面区域+相对于驱动面)

作用与优点:这是在A的基础上进一步扩展的,可以设定Lead和Tilt两个方向的刀具倾斜角度,以使刀具在加工过程中始终与部件法向矢量形成一个角度,利用侧刃加工,避免因长时间用刀尖加工以致磨损(因为刀尖的切削速度为零)。Lead是刀具前进的方向,Tilt是与刀具前进方向成基本垂直的方向。

4.5 Surface Area+Swarf Drive:(曲面区域+面流线驱动)

作用与优点:Swarf驱动是五轴加工里面极重要的加工方式,它是以驱动面的形状对部件面或驱动面进行加工,刀轨流畅、线条优美,可以加工部件面,也可以加工驱动面。对于两者,UG软件是部件优先,操作里有选部件面是加工部件面,如果没选部件面,则加工驱动面。

此方式的曲面区域的参数设置注意点:

Tool Position:刀具位置。如A里所述:有二种方式:Tanto和On,是指刀具的加工位置。默认是Tanto。用Tanto方式时,刀具与驱动面是相切的;用On方式时,刀具是刀轴正好通过驱动面。

4.6 Curv/Poit+Away From Poit/Normsl to Part:(线/点+)

作用与优点:此方式常用于五轴刻线,驱动可以是面或点,选面时注意要给投影矢量。

“VARIABLE_CONTOUR”(变轴轮廓铣)这个命令里面还有很多其它的加工方式,但较为少用,如螺旋线加工、放射线加工等等,就不再详述。

5 设置参数

5.1 选择刀具

在图7的界面中,点击Groups切换到图9的界面,左边是还没有选择刀具的,右边是已选好刀具的。点击Select或Reselect可以选取或更换刀具。