五軸數(shù)控鏜銑加工中心在斜面加工中的應用

五軸數(shù)控鏜銑加工中心在斜面加工中的應用本文就型號生產(chǎn)任務中所遇到的大型斜面類零件如何在五軸數(shù)控鏜銃加工中心上完成精密加工進行研究，提出并解決了斜面類零件的加工編程問題。并更進一步論述了如何在斜面上實現(xiàn)精確銃削方程曲線，三維曲面、亥悖等的編程問題，拋開多軸加工時由于增加擺長而引起的一系列問題，突破了常規(guī)的編程思維模式，使數(shù)控機床和CAM軟件完美的結(jié)合起來。1、引言高性能的五軸數(shù)控銃加工中心，數(shù)控系統(tǒng)都具有空間坐標系旋轉(zhuǎn)以及斜面刀具補償功能，從而為一些需斜面加工且加工精度比較高的零件加工提供了可能。在斜面上加工時，由于坐標系在空間發(fā)生變化，加工程序編制困難，需突破常規(guī)的編程思維模式進行編程，而且對程序進行特別處理，本篇結(jié)合型號產(chǎn)品的實際加工來討論此問題。在型號產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中經(jīng)常會遇到此類零件，需在斜面上進行打孔、鏜孔、銑削形狀，或者在同一次裝夾中需要在不同方向和不同斜度的若干斜面上加工，且每個斜面間有較高的形位公差要求。常規(guī)的加工此類零件的方法是扳動床頭、轉(zhuǎn)動工作臺面或者使用組合夾具，若加工方向或者加工位置不同則需要二次裝夾，重新找正，加工過程異常繁瑣，由于裝夾定位和機床本身的限制，無法保證零件的加工精度。如在TXX的臺體加工中，斜面上的孔系較多，且異形面不好裝夾，定位基準不好，多次裝夾造成誤差積累有時孔的邊距誤差超過了1mm。2、斜面加工工藝分析及解決方案為解決此種零件的加工問題，通過不斷摸索和工藝方法的不斷改進，并結(jié)合工廠現(xiàn)有機床，后選用五軸數(shù)控銑加工中心來解決此問題。所選機床為五軸五連動，除3個線性軸外，還帶回轉(zhuǎn)工作臺（C軸：一360°?360°）和擺頭（B軸：0°?110°）兩個回轉(zhuǎn)軸，采用控制系統(tǒng)為FANUC160i,具有空間坐標系旋轉(zhuǎn)和斜面刀具補償功能。機床運動簡圖如下：

從實現(xiàn)斜面加工的角度來看，在一次裝夾中可完成不同方向、不同角度的多個斜面的打孔、鏜孔、攻絲、銃削等多種加工的需要。減少了裝夾次數(shù)，降低了勞動強度，縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，更重要的是提高了零件的加工精度，保證了產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。以長三系列某基座類零件的窗口加工為例，零件如下圖所示：要加工此窗口，可以看出，機床應該完成一個在XZ、YZ平面上2軸聯(lián)動的插補和一個主軸的擺頭動作。因為要使刀具和加工面垂直，必須使主軸完成一個擺頭動作，有擺頭，就牽扯到擺長等一系列的多軸加工問題。因此要使用多軸程序的編制手段來完成，編程和機床調(diào)試難度大，給程序編制者和機床操作者提出了更高的要求，在實際應用中，考慮到保證機床安全等方面的因素，需模擬加工過程，多次空切，確保程序無誤，才能進行正式加工。此外，多軸的程序算法相當復雜，需考慮擺長等因素的影響，針對某一機床必須有特定的后處理，但后處理往往因為算法和控制位置的不同，以及計算穩(wěn)定性方面的影響，經(jīng)過軟件后處理所得的程序在控制精度方面常常難以滿足零件圖紙精度的要求。分析可看出，造成編程難度增加的直接原因是斜面的出現(xiàn)，因此，如果可以使加工平面與斜面重合，那么此類問題就轉(zhuǎn)化為一個兩軸半加工的編程問題，編程難度大大降低。因此，可以想到，首先使用機床的坐標系轉(zhuǎn)換功能（G68指令）來使加工平面與斜面重合，第二使用刀具長度補償指令（G432），在斜面的垂直方向加上刀長，經(jīng)過以上處理后，使斜面加工問題轉(zhuǎn)化為平面加工來解決，從而編程難度大大降低。若同時需要加工多個斜面時，只需轉(zhuǎn)動C軸到C0（工作臺的零位，該零位方向與主軸擺動方向相同），再通過旋轉(zhuǎn)坐標系和加刀長來實現(xiàn)加工。如果加工形狀比較簡單，通過手工便可以完成編程工作。從而使得在數(shù)控機床一次裝夾中，實現(xiàn)在多個斜面、多個工位、多次換刀的加工變成可能。程序結(jié)構(gòu)如下：%N010000008（程序名）N0102M6Tl；（換刀）N0104G0G90G56X400Y200Z260B0C0；（運動到參考點）N0106G432X200Z150H1B?；（在垂直于斜面的方向加刀長）N0108M3S3000；（主軸正轉(zhuǎn)）N0110M8；（打開切削液）N0112G68X188Y0Z60I0J1K0R?；（坐標系轉(zhuǎn)換，3為主軸從零轉(zhuǎn)到與斜面垂直時所轉(zhuǎn)動過得角度）??????N0200G69；（坐標系旋轉(zhuǎn)取消）N0202G492X200Z300；（斜面刀具補償取消，運動到安全位置）N0204M9；（切削液關）N0206Ca；（C軸旋轉(zhuǎn)，a為所要加工的第n個斜面的垂線與C0位置所夾的最小角度）N0208GOG90G56X400Y200Z260B0C0；（運動到參考點）N0210G432X200Z150HlB?n；（在垂直于斜面的方向加刀長）N0212G68X188Y0Z60I0J1K0R?n；（坐標系轉(zhuǎn)換，?r為主軸從零轉(zhuǎn)到與斜面垂直時所轉(zhuǎn)動過得角度）N0200G69；（坐標系旋轉(zhuǎn)取消）N0202G492X200Z300；（斜面刀具補償取消，運動到安全位置）N0204M9；（切削液關）N0204M30；（程序結(jié)束，返回到程序頭）3、復雜斜面加工的進一步討論再討論第二個問題，可以看到，雖然在上述討論中實現(xiàn)了斜面加工，但是僅限于在斜面上打孔、鏜孔、攻絲、銑削由直線和圓弧構(gòu)成的簡單形狀，局限于手工編程。如果銑削形狀比較復雜，如在斜面上銑削方程曲線，三維曲面、刻字，又該如何去編制程序？類似的這些形狀即使在平面上加工時，手工編程也是無法做到的，只有通過CAM軟件來完成。通過對機床和CAM軟件的仔細研究，摸索出一套軟件編程結(jié)合手工編程的辦法來完成此類零件的加工編程的有效途徑。分析可知，在普通的三軸銃編程中，刀軸方向始終與XOY平面垂直，但是當主軸偏離原來的豎直方向時，刀具平面發(fā)生傾斜時，如何才能使在XOY平面上生成的程序在斜面上正確運行。分析可知，盡管坐標系發(fā)生了旋轉(zhuǎn)，但是如果使在XOY平面上所做圖形（a）在原坐標系中的相對位置與斜面上要加工的形狀（b）和新坐標系中的相對位置保持一致，那么在XOY平面上所生成的程序可直接應用到斜面加工中。根據(jù)機床擺頭動作對圖形位置的影響，分析可知，在XOY平面上作圖時，應使圖形以編程原點為旋轉(zhuǎn)中心逆時針旋轉(zhuǎn)90°（旋轉(zhuǎn)角度應根據(jù)機床等具體情況來定），這樣就使在CAM軟件中的圖形位置與實際加工的位置保持一致。通過添加和修改程序頭和程序尾，即增加坐標系轉(zhuǎn)換和斜面刀具補償，就使得軟件編程和手工編程結(jié)合起來，從而實現(xiàn)了在斜面上銑削方程曲線，三維曲面、刻字等任意復雜形狀的加工。

通過在實際加工驗證，證實該方法在機床功能及行程的許可范圍內(nèi)應用該種方法編程可實現(xiàn)任意斜面上任意復雜形狀的加工編程。下圖為在52。的斜面上加工三維曲面的加工實例：4、結(jié)論在本廠型號產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，多次應用該方法解決了多項加工難題，為斜面類零件的加工提供了一條全新的解決途徑，不僅提高了斜面類零件的加工精度和加工效率，并且為工廠帶來較大的經(jīng)濟效益。綜上所述，此種編程方法的主要優(yōu)勢體現(xiàn)在一下幾個方面：解決了斜面類零件的數(shù)控加工問題解決了斜面加工的精度問題簡化了斜面加工的編程問題解決了在斜面上銃削任意復雜形狀的加工問題提高了斜面加工程序控制精度問題編程思路的轉(zhuǎn)變，不僅使編程者在編程思維模式上有更新的認識，而且在開發(fā)機床性能，提高數(shù)控機床的使用率方面也發(fā)揮出不小的作用。此加工思路提出，解決了多種型號產(chǎn)品相關零件的加工及加工精度問題，為進一步提升總體產(chǎn)品的性能提供保證，為型號產(chǎn)品的加工逐步走向數(shù)字化做出應有的貢獻。撰稿人：徐剛本文對機械設備中常用的凸輪零件在Pro/E中的繪制過程進行了詳細闡述，將傳統(tǒng)零件和三維設計軟件合理有效的結(jié)合起來，簡化了設計過程，提高了設計效率，在軟件應用方面作出突破。引言隨著機械設備自動化能力的不斷提高，作為自動化機構(gòu)中的一種——凸輪機構(gòu)，其在機械設備中用運越來越廣泛，但由于其控制運動異常復雜且控制精度要求很高，因此給凸輪機構(gòu)的設計和加工造成困難，運用傳統(tǒng)凸輪機構(gòu)的設計方式，其設計周期較長且難度相當大?，F(xiàn)介紹一種運用Pro/E軟件來完成凸輪機構(gòu)設計及驗證的有效方法，在自動機構(gòu)設計方面不失為一種值得推廣的設計新思路。造型分析凸輪按照其使用功能和形狀可分為圓柱凸輪、盤形凸輪和移動凸輪。從凸輪的原理來分析，凸輪的輪廓形狀取決于從動件的運動規(guī)律，運動規(guī)律就是設計凸輪時的設計目標。因此必須尋找一種可以將從動件的運動規(guī)律與凸輪的輪廓形狀很好的聯(lián)系起來的設計方法。因此，可以用運Pro/E軟件中的圖形（GEAPH）命令作出從動件的位移線圖，在應用Pro/E軟件中提供的變截面掃描命令利用關系式將剛才所做的圖形加載到截面的某個尺寸上，在掃描的過程中，截面會隨著從動件的位移線圖而不斷改變，當掃描完成360°后，整個凸輪的形狀就完成了。造型過程以下就一個盤形凸輪的造型過程詳細說明此種凸輪的設計思路。零件如圖1所示。圖1 盤形凸輪零件圖步驟1：基礎特征造型使用拉伸命令作一圓柱形基礎特征，草圖和拉伸后的特征如圖2所示。

圖2草圖及拉伸特征步驟2：創(chuàng)建方程曲線在“基準”工具欄中單擊“插入基準曲線”按鈕，在彈出的菜單管理器中選則“從方程”選項，單擊“完成”，如圖3中所示。彈出“曲線”對話框和次級菜單。根據(jù)系統(tǒng)提示選擇系統(tǒng)默認坐標系PRT_CSYS_DEF。在下一級菜單中選擇“笛卡爾”坐標系（如圖5、6所示），隨后彈出記事本中定義曲線方程，該方程就是從動件的位移曲線方程，根據(jù)設計的不同，可編寫不同的曲線方程。圖3曲線菜單1方程&■a-L

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必必圖3曲線菜單1方程&■a-L

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取消信息預覽圖4 “曲線”對話框菜單管理器▼猖到坐標索選取菜單管理器▼猖到坐標索選取圖5 曲線菜單2菜単菅理器▼磯置坐笛素爾球圖6 曲線菜單3在記事本輸入圖5所示的方程，保存并退出記事本。Sf住1.■■中訶一12同E*BE?點張⑥卷式⑥■■砂辛齡OP丹根據(jù)i〔捋軌D吏賈⑴時X.?和空/*舸如;對在；c-y平而的一^圃｝申心在駅點/*罕冷二乞蠢敘方出將是；k4*togCt*3翎')/* F=4+sinCt*3003/* e=0j■■■■「■■■■?■■■ ■h=50a=pi/2M-gCr+gO?：!：y=0.S^^Q^cost4=*5?1*90/3))￡=&圖7 曲線方程圖8生成的曲線（圖中紅色部分）選擇菜單“文件/保存副本”，保存格式為IGES，給定輸出名稱“cuvel”，在隨后彈出的“輸出IGES”對話框中選則“基準曲線和點”復選框，單擊確定，完成IGES文件輸出。圖9“輸出IGES”對話框簽名檔：品質(zhì)：精確產(chǎn)生價值、客觀建立權(quán)威、真實是我的生命、客觀是我的靈魂！了解政策掌握行情、開闊視野傳遞心聲功能：把握經(jīng)濟脈搏、服務行業(yè)經(jīng)濟大眾、力求清新自然、朝氣蓬勃、端莊大方、市場行情信息，權(quán)威人士分析，注重內(nèi)涵合底蘊、盡顯中國知識女性的風采與魅力！追求：真實準確時效鮮活步驟3：創(chuàng)建圖形特征選擇菜單“插入/模型基準/圖形”選項，根據(jù)系統(tǒng)提示在消息輸入圖形名稱cuve2,確定后進入草繪模式。在草繪模式中，在繪圖區(qū)繪制一個坐標系，同時繪制兩條通過此坐標系的中心線。選擇菜單“草繪/數(shù)據(jù)來自文件”選項，選擇剛才輸出的“cuvel.igs”文件，打開后，在“縮放旋轉(zhuǎn)”對話框輸入比例和角度，拖動曲線至適當位置，單擊確定按鈕推出。在草繪模式中對曲線進行編輯增加，最終結(jié)果如圖10中所示。圖10最終曲線步驟4：創(chuàng)建變剖面掃描特征選擇菜單“插入/可變剖面掃描”命令，單擊草繪按鈕，進入草繪模式繪制如圖11所示的剖面。圖11剖面圖11剖面選擇菜單“工具/關系”選項，將需要驅(qū)動的尺寸附加到上步所建圖形上，實現(xiàn)在掃描過程中尺寸的實時驅(qū)動。具體方法就是在彈出的“關系”對話框中輸入圖12中所示的關系式，單擊確定按鈕退出草繪模式。圖12 圖12 “關系”對話框單擊控制板中的確定按鈕，則最終完成凸輪輪廓的繪制，如圖13所/示o圖13凸輪模型步驟5：創(chuàng)建孔特征及修飾特征最終凸輪模型如圖14中所示：圖14 最終模型簽名檔：品質(zhì)：精確產(chǎn)生價值、客觀建立權(quán)威、真實是我的生命、客觀是我的靈魂！了解政策掌握行情、開闊視野傳遞心聲功能：把握經(jīng)濟脈搏、服務行業(yè)經(jīng)濟大眾、力求清新自然、朝氣蓬勃、端莊大方、市場行情信息，權(quán)威人士分析，注重內(nèi)涵合底蘊、盡顯中國知識女性的風采與魅力！追求：真實準確時效鮮活

發(fā)其它類型凸輪繪制舉例如下圖中所示的槽形凸輪和移動凸輪，其做法與盤形凸輪的造型過程基本類似，只是需要驅(qū)動的尺寸不同。圖17中的凸輪為作者在工作中實際遇到的一個實例，具體要求如下：在外徑為40，內(nèi)孔為32的空心圓柱端面構(gòu)建一漸變曲面，以截面圓環(huán)的一條類半徑為所要建立曲面的母線，沿內(nèi)孔圓周旋轉(zhuǎn)360，在0°?180°范圍內(nèi)，要求每轉(zhuǎn)9°,母線與圓柱端面的夾角增加10',在180°?360°范圍內(nèi)，要求每轉(zhuǎn)9°，母線與圓柱端面的夾角減少10',其造型過程與上類似。圖15 槽形凸輪圖16移動凸輪簽名檔：品質(zhì)：精確產(chǎn)生價值、客觀建立權(quán)威、真實是我的生命、客觀是我的靈魂!了解政策掌握行情、開闊視野傳遞心聲功能：把握經(jīng)濟脈搏、服務行業(yè)經(jīng)濟大眾、力求清新自然、朝氣蓬勃、端莊大方、市場行情信息，權(quán)威人士分析，注重內(nèi)涵合底蘊、盡顯中國知識女性的風采與魅力！追求：真實準確時效鮮活獎勵財富值|收藏到網(wǎng)摘|復制本鏈接|相逢是緣（浪職位:版主“查看財富值卜子） 級別：進士畑作者帖子作匡給我留言|注冊：2004-11-19者博客幫幫采納數(shù)：23發(fā)表：2007-06-3021:38回回復：【技術文摘】五軸數(shù)控鏜銃加工中心在斜面加工…學習。簽名檔：☆公司名稱：重慶利特高新技術有限公司（專業(yè)生產(chǎn)、銷售各種材質(zhì)的機加工用陶瓷刀具、陶瓷耐磨件、各種家用陶瓷水果刀）電話傳真電子郵箱:cqyyli@163.com☆QQ：50781201公司網(wǎng)站：/☆誠信通網(wǎng)址：/?keywords=%D6%D8%C7%EC%C0%FB%CC%D8&categoryld=0* * * * * * * * * * * * * * * * * * * *一獎勵財富值|收藏到網(wǎng)摘| 復制本鏈接|積塵夠級別：進士育查看財富值上［丄給我留盲j注冊： 作者帖子作2005-01-06 者博客幫幫采納數(shù)：2版主獎勵：20點|發(fā)表：2007-07-0114:23雇?回復：【技術文摘】五軸數(shù)控鏜銃加工中心在斜面加工…幾十年來，人們普遍認為五軸數(shù)控加工技術是加工連續(xù)、平滑、復雜曲面的惟一手段。一旦人們在設計、制造復雜曲面遇到無法解決的難題，就會求助五軸加工技術。早在20世紀60年代，國外航空工業(yè)生產(chǎn)中就開始采用五軸

數(shù)控銃床。目前五軸數(shù)控機床的應用仍然局限于航空、航天及其相關工業(yè)。五軸聯(lián)動數(shù)控是數(shù)控技術中難度最大、應用范圍最廣的技術，它集計算機控制、高性能伺服驅(qū)動和精密加工技術于一體，應用于復雜曲面的高效、精密、自動化加工。國際上把五軸聯(lián)動數(shù)控技術作為一個國家生產(chǎn)設備自動化水平的標志。由于其特殊的地位，特別是對于航空、航天、軍事工業(yè)的重要影響，以及技術上的復雜性，西方工業(yè)發(fā)達國家一直把五軸數(shù)控系統(tǒng)作為戰(zhàn)略物資實行出口許可證制度，對我國實行禁運。因而，研究五軸數(shù)控加工技術對國家科技力量和綜合國力的提高有重要意義。符合數(shù)控機床發(fā)展的新方向近幾年國際、國內(nèi)機床展表明，數(shù)控機床正朝著高速度、高精度、復合化的方向發(fā)展。復合化的目標是在一臺機床上利用一次裝夾完成大部分或全部切削加工，以保證工件的位置精度，提高加工效率。國外數(shù)控鏜銃床、加工中心為適應多面體和曲面零件加工，均采用多軸加工技術，包括五軸聯(lián)動功能。在加工中心上擴展五軸聯(lián)動功能，可大大提高加工中心的加工能力，便于系統(tǒng)的進一步集成化。最近國際機床業(yè)出現(xiàn)了一個新概念，即萬能加工,數(shù)控機床既能車削又能進行五軸銃削加工。五軸數(shù)控機床在國內(nèi)外的實際應用表明，其加工效率相當于兩臺三軸機床，甚至可以完全省去某些大型自動化生產(chǎn)流水線的投資，大大節(jié)約了占地空間和工件在不同制造單元之間的周轉(zhuǎn)運輸?shù)臅r間和花費。發(fā)展和推廣的難點及阻力何在顯然，人們早已認識到五軸數(shù)控技術的優(yōu)越性和重要性。但到目前為止,五軸數(shù)控技術的應用仍然局限于少數(shù)資金雄厚的部門，并且仍然存在尚未解決的難題。五軸數(shù)控技術為何久久未能得以廣泛普及？五軸數(shù)控加工由于干涉和刀具在加工空間的位姿控制，其數(shù)控編程、數(shù)控系統(tǒng)和機床結(jié)構(gòu)遠比三軸機床復雜得多。目前，五軸數(shù)控技術在全球范圍內(nèi)普遍存在以下問題。獎勵財富值|收藏到網(wǎng)摘獎勵財富值|收藏到網(wǎng)摘|復制本鏈接|因回復：【技術文摘】五軸數(shù)控鏜銃加工中心在斜面加工…五軸數(shù)控編程抽象、操作困難這是每一個傳統(tǒng)數(shù)控編程人員都深感頭疼的問題。三軸機床只有直線坐標軸，而五軸數(shù)控機床結(jié)構(gòu)形式多樣；同一段NC代碼可以在不同的三軸數(shù)控機床上獲得同樣的加工效果，但某一種五軸機床的NC代碼卻不能適用于所有類型的五軸機床。數(shù)控編程除了直線運動之外，還要協(xié)調(diào)旋轉(zhuǎn)運動的相關計算，如旋轉(zhuǎn)角度行程檢驗、非線性誤差校核、刀具旋轉(zhuǎn)運動計算等，處理的信息量很大，數(shù)控編程極其抽象。刀具半徑補償困難在五軸聯(lián)動NC程序中，刀具長度補償功能仍然有效，而刀具半徑補償卻失效了。以圓柱銃刀進行接觸成形銃削時，需要對不同直徑的刀具編制不同的程序。目前流行的CNC系統(tǒng)均無法完成刀具半徑補償，因為ISO文件中沒有提供足夠的數(shù)據(jù)對刀具位置進行重新計算。用戶在進行數(shù)控加工時需要頻繁換刀或調(diào)整刀具的確切尺寸，按照正常的處理程序，刀具軌跡應送回CAM系統(tǒng)重新進行計算。從而導致整個加工過程效率十分低下。對這個問題的最終解決方案，有賴于引入新一代CNC控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠識別通用格式的工件模型文件（如STEP等）或CAD系統(tǒng)文件。購置機床需大量投資以前五軸機床和三軸機床之間的價格懸殊很大?，F(xiàn)在，三軸機床附加一個旋轉(zhuǎn)軸基本上就是普通三軸機床的價格，這種機床可以實現(xiàn)多軸機床的功能。同時，五軸機床的價格也僅僅比三軸機床的價格高出30%?50%。除了機床本身的投資之外，還必須對CAD/CAM系統(tǒng)軟件和后置處理器進行升級，使之適應五軸加工的要求；必須對校驗程序進行升級，使之能夠?qū)φ麄€機床進行仿真處理。簽名檔：莫嫌棄機械的單調(diào)往復，如同甚熱愛世界的豐富多彩。因為有了簡單重復，于是便有了復雜運動。發(fā)表：2007-07-0114:25回回復：【技術文摘】五軸數(shù)控鏜銃加工中心在斜面加工…國內(nèi)五軸數(shù)控技術發(fā)展狀況與