五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心C角超程回擺問題的探索

1、五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心C角超程回擺問題的探索五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心C角超程回擺馮炎清【摘要】五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心c角超程回擺問題是長期困擾五軸編程人員的一個難題.過去,很多編程人員過分依賴后處理的功能來解決此類問題.然而,.囊五軸編程是一個復(fù)雜的過程,如果編程人員在編程時對切削過程不進(jìn)行相應(yīng)處理,后處理是無法將五軸擺角處理成為我們所要求數(shù)值的.本文對在五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心c角超程回擺問題進(jìn)行了探討,使編程員對其進(jìn)行分析,處理,基本解決了五軸編程時大部分問題,從而編制出理想的加工程序.關(guān)鍵詞:控加加工c角超程回擺探索1概論目前,國內(nèi)五軸機(jī)床的使用已日益普遍,我公司作為直升機(jī)主機(jī)廠,在設(shè)備更新方面更是

2、加大了投入,公司新進(jìn)了大批的五軸設(shè)備,其中,AC擺角的五軸加工中心占了絕大多數(shù),由于機(jī)床結(jié)構(gòu)(主軸頭旋轉(zhuǎn))的限制,目前,該類機(jī)床C擺角的轉(zhuǎn)動范圍多在400度左右(如改為C角可任意角度旋轉(zhuǎn),每臺機(jī)床得增加約50萬元人民幣的成本,且主軸故障率提高,機(jī)床主軸扭矩降低),在使用刀具側(cè)刃加工曲面時.經(jīng)常發(fā)生因為C擺角超程回擺導(dǎo)致刀具不受控制切入零件或切入毛坯的情況(如圖1所示).以前遇到類似的問題,通常是改變加工方法,如將側(cè)刃銑削改為底刃銑削,將單個曲面分段加工等,但上述方法會降低零件的表面質(zhì)量,增加使用刀具的長度,降低切削效率.為此,解決C角超程問題,對于提高產(chǎn)品合格率及切削效率,降低公司設(shè)備采購成本

3、有極大的意義.2C角超程回擺問題的分析首先,我們來分析五軸機(jī)床超程回擺問題是怎么發(fā)生的(注:本文以刀具擺動,A角行程為0.一110.,C角行程為一180.一180.的機(jī)床為例).對于圓錐面的加工,要想用數(shù)控銑加工不分段加工出一個完整的圓錐,C擺角必須能連續(xù)回轉(zhuǎn)360.,由于C擺角的行程限制(一180.180.),C軸的初始值必須為一180.或180.(如圖2所示).否則,會出現(xiàn)C軸超程回擺.例如.C擺角的初始值為0.時,C擺角要想連續(xù)轉(zhuǎn)動180(一180)圖10圖290.0一13昌河科技2007年第2期360.其經(jīng)過的路線為:0.一90.一180.90.+0.,其中一180.90.轉(zhuǎn)角運(yùn)動過程

4、中,由于C擺角超出行程極限,要想到達(dá)90.的位置,實(shí)際的運(yùn)行擺角路線為0.一90.一180.一90.一0.90._+0.-+180.90.,其中劃線部分為回擺路線(如圖3,0Jo所示).由于回擺過程不受人為控制,所以,經(jīng)常會發(fā)生打刀,切傷零件,甚至機(jī)床受損的情況,不利于生產(chǎn)的進(jìn)行.3五軸機(jī)床后處理擺角算法介紹為了解決C角超程回擺問題,我們還得弄清五軸機(jī)床后處90圖20o理中擺角的算法.對于A,C擺角機(jī)床,設(shè)刀軸單位矢量在X,Y,Z方向的投影值為I,J,K,其A,C擺角的算法可用(1)式表示:(1)j刪罕.I=90.K=Oc一號IC=arctanl-IC=O.c=180.一Ic一180.一nrc

5、號I(1>1o,0J(,D,D)f70,(1o.J(0)(1>1o,(1O.J=O)對于相同的l,J,K值,A,C擺角還有另外一組數(shù)值與之對應(yīng),見(2)式:j刪帆罕,.IA=90oK=Oc=180.一號IcJ8D.+I號C=180.c一號Ic=I號Ilo,o)(JD,0)f,D,f,D,0J(1>1o.J<0)(1O.J:O)分析(1)式及(2)式可知,對于同一刀軸矢量,后處理計算時可能出現(xiàn)兩種不同的刀具擺角.例如:刀軌矢量為l_1,J-O,K-O,后處理所得的刀具角度可為A1=90,C1_-0,也可能為A2=一0C2=180.對于固定擺

6、角一14五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心C角超程回擺問題的探索馮炎清的五軸加工,任何一組擺角值都可以加工出正確的產(chǎn)品,但對于五軸聯(lián)動的加工,我們jiIj希望該擺角值是唯一的,否則,將會出現(xiàn)意料不到的后果.那么,后處理是如何將該擺角處理成唯一值的呢?設(shè)A,C初始值為A0,CO,運(yùn)行目的地的刀軸矢量為I,J,K,則對應(yīng)的刀軸擺角值A(chǔ),C可能為A1,C1或A2,C2,后處理一般根據(jù)(3)式確定擺角值C,即取距初始C角距離最近的值C值確定后,A值也栩應(yīng)確定.fIC,一COlIC2一COI<O貝IJC-_C,lIC1一COlIC2一C010貝0C=c24運(yùn)用后處理運(yùn)算規(guī)律,解決刀軸超程回擺問題有很多后

7、處理軟件,能提供刀軸超程回擺問題的解決方案,如設(shè)定A,C軸的初始角瞍,沒定刀軸超程退刀等.前者能解決部分單個曲面編程出現(xiàn)的擺角超程問題,后者雖能對所有擺角超程問題進(jìn)殫,但對于航空零件的側(cè)刃加工還是顯得力不從心,因為側(cè)刃加工時直接用軸向進(jìn)退刀經(jīng)常會傷及零件,導(dǎo)致零件報廢,在這里,以CATIA軟件為例,通過那氏試驗件的精加工編程,來介紹另一種更適合于側(cè)刃加工刀軸趔網(wǎng)擺問題的解決方案.我們從圖2可以看出,在編制五軸程序時,如果我們能自己選擇合適的C角,控制好每次下刀l,fC角的取值,我們就能最大限度地避免C角超程回擺,從而在編程時將超程回擺問題解決分析圖2所示的零件,如果我們以順銑方式編程,C軸的運(yùn)

8、行路徑必須為:COC,180.90090.-q80'.(設(shè)機(jī)床的C轉(zhuǎn)角范圍為一220.一220.),下刀時C軸的初切削角C必須為180.一220.范嗣之問,否則.將會出現(xiàn)C角超程回擺.在CATIA軟件的編程過程中,我們?nèi)绾文芸刂葡碌稌rC角的角度呢?4.1確定起刀點(diǎn)的位置為了找出合適的下刀點(diǎn),我們先編一個程序進(jìn)行演示(見圖4).我們從運(yùn)行信息顯示窗口顯示的刀軸矢量(I_0.0056,J=-0.331837,K=O.94332)以彳亍出,該位置附近的刀軸矢量可以滿足我們對下刀點(diǎn)的位置要求(C必須為180.-220.范圍之間).因此.我們從刀軌中提取出該點(diǎn)(見圖5),并以該點(diǎn)作為起刀點(diǎn),對該

9、零件進(jìn)行正式編4.2處理C角初始角度圖4圖5有了起刀點(diǎn)位置,也就確定了初始刀軸的矢量值,如果此時對該刀軌文件進(jìn)行后置處強(qiáng)進(jìn)行仿真,我們得到的后處理結(jié)果如下:一15昌河科技2007年第2期%1000N1TRAORIN2M8N4T1M6N5GOZ4225.A20.1872C5.4111S10000M3N6X310.766Y一1121.393Z3803.754N7X184.153Y215.27Z152.031N8G1X181.673Y241.448Z80.512F3000.N9X180.92Y240.049Z79.297N10X180.822Y239.812Z79.095N11X180.776Y23

10、9.561Z78.889N12X180.789Y239.264Z78.655N13X180.869Y238.978Z78.438N14X180.914Y238.877Z78.364N15X181.046Y238.656Z78.206N16X181.209Y238.459Z78.072N17X181.458Y238.238Z77.93N18X181.737Y238.061Z77.827N19X182.008Y237.936Z77.764N20Xl84.35Y237.003Z77.351A19.995C4.362F5000N21Xl86.673Y236.024Z76.942A19.8026C3.3

11、041N22Xl88.976Y235.001Z76.536A19.6101C2.237N23Xl91.259Y233.932Z76.133A19.4175C1.1603N24Xl93.52Y232.82Z75.734A19.2248C.0738N25Xl95.758Y231.663Z75.34A19.0323C一1.0232N26Xl97.974Y230.463Z74.949A18.8398C一2.1305N27X200.166Y229_219Z74.562A18.6475C一3.2489N152X154.37Y一15.611Z82.638A22.3357C一196.7708N153X151.

12、882Y一15.952Z83.076A22.5195C-197.724N154X149.388Y一16.243Z83.516A22.7024C一198.6712N155X146.889Y一16.486Z83.957A22.8842C一199.6124N156X144.387Y一16.679Z84.398A一23.0649C-20.548N157X141.529Y一16.84Z84.902A一23.2696C-21.6079N158X139.015Y一16.928Z85:345A一23.4483C-22.5338M3016五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心C角超程回擺問題的探索馮炎清得到的仿真結(jié)果如圖1所示,

13、原因就是后置處理并未將C軸切削的起始角度處理成我們要求的值(C必須為180-220.范圍之間).那么,我們?nèi)绾文茏尯筇幚韺⒃撌噶恐堤幚頌槲覀兿Ｍ闹的?由前面的分析可知,C角優(yōu)先取距初始CO角距離最近的值,因此,我們可以在下刀前增加幾個刀軸矢量,讓C一步步接近我們要求的值.在此,我們可以在下刀宏中增加下列語句:"GOTO/0.00000,0.00000,156.05303,一0.866000,0.500000,0.000000GOTO/0.00000,0.00000,156.05303,一1.000000.0.000000.0.000000GOTO,0.00000,0.00000,1

14、56.05303,0.000000,-1.000000,0.000000"對修改后的刀軌文件進(jìn)行前,后置處理,后處理的結(jié)果為:%1000N1G90G80G40TRAOR1.N2M8N4T1M6N5G0Z225.A一90.C59.9993S10000M3N6Z156.053N7G1C90.F3000.N8C180.N9×184.153Y215.27Z152.031A一20.1872C185.4111N10X181.673Y241.448Z80.512N11×180.92Y240.049Z79.297N12×180.822Y239.812Z79.095N13

15、X180.776Y239.561z78.889N14X180.789Y239.264z78.655N15×180.869Y238.978Z78.438N16X180.914Y238.877Z78.364N17×181.046Y238.656z78.206N18×181.209Y238.459Z78.072N19X181.458Y238-238Z77.93N20X181.737Y238.061Z77.827.N21X182.0o8Y237.936乙.764N22X184.35Y237.003Z77.351A一19.995C184.362F5000.N23Xl86.6

16、73Y236.024Z76.942A一19.8026C183.3041N24X188.976Y235.001Z76.536A一19.6101C182.237N25X191.259Y233.932Z76.133A一19.4175C181.1603M30-其中斜線部分為下刀宏增加語句的后處理結(jié)果,正是由于增加語句圖617昌河科技20o7年第2期的作用,C軸初始切削角就被控制從而轉(zhuǎn)向185.411.,正是由于C角初始切削角度由4.362.修正為184.362.,所以該程序在切削過程中未出現(xiàn)C角超程回擺,其仿真結(jié)果見圖6.4.3處理層間下刀時C角初始角度對于該類零件,如果需進(jìn)行分層精加工,每層C角的初始切削角度同樣影響