多軸加工技術(shù)（技術(shù)培訓(xùn)）

多軸加工技術(shù)多軸加工基本概念二可變軸輪廓銑及五軸等高加工四3三前言3一曲面流線加工六可變軸曲面加工的刀軸矢量控制投影的概念及原理3五主要內(nèi)容一、前言

航空發(fā)動機(jī)作為飛機(jī)的心臟，與飛機(jī)上其他零部件有著截然不同的結(jié)構(gòu)特點，其零部件種類可分為軸類、盤類、葉片類、機(jī)匣類和殼體類等。軸類和盤類零件基本屬于回轉(zhuǎn)體類零件，它們的機(jī)械加工主要通過車削加工成形；葉片類、機(jī)匣類和殼體類零件主要通過銑削進(jìn)行機(jī)械加工成形。高性能——廣泛應(yīng)用新型難加工材料1輕量化——大量采用整體薄壁結(jié)構(gòu)2精密化——加工精度不斷提高3高效化——加工速度與效率4可靠性和經(jīng)濟(jì)性——工藝、加工質(zhì)量和成本5航空發(fā)動機(jī)零部件生產(chǎn)制造的特點

新一代裝備數(shù)控加工必須直面這些挑戰(zhàn)，在數(shù)控工藝中有正確的思路，抓住重點，突破關(guān)鍵工藝技術(shù)，才能保證產(chǎn)品的加工質(zhì)量和效率。高速數(shù)控機(jī)床與高速切削技術(shù)成為主流1多軸聯(lián)動與復(fù)合化數(shù)控加工需求增多1·2加工仿真從數(shù)值仿真向動力學(xué)仿真發(fā)展3數(shù)控裝備與加工工藝及切削數(shù)據(jù)庫結(jié)合4數(shù)控加工技術(shù)應(yīng)用的主要趨勢

UG軟件作為當(dāng)今先進(jìn)的CAD/CAM軟件，無論是建模還是編程都具備強(qiáng)大的功能，廣泛應(yīng)用在航空發(fā)動機(jī)的設(shè)計和制造過程中。可以完成平面銑、固定軸、多軸銑、車加工等多種類型的數(shù)控程序的編制。目前該軟件的編程方法已經(jīng)在眾復(fù)雜零件研制過程中得到應(yīng)用，對于完成零件的研制任務(wù)發(fā)揮了積極作用。二、多軸加工基本概念可變軸加工是相對于固定軸加工而言，指在加工過程中，刀軸的軸線方向可變，即可隨著加工表面的法線方向不同而相應(yīng)改變，從而改善加工過程中刀具的受力情況，放寬對加工表面復(fù)雜性的限制，使得原來用固定軸加工時為陡峭的表面變成非陡峭表面而一次加工完成。固定軸加工指刀軸或工件的方位是固定的且不會在加工操作過程中發(fā)生變化多軸加工意味著至少一條旋轉(zhuǎn)軸參與切削動運,但使用多軸機(jī)床并不一定意味著旋轉(zhuǎn)軸一定與其它軸聯(lián)動在許多情況下,旋轉(zhuǎn)軸的作用是對刀具或工件進(jìn)行定位,然后進(jìn)行固定軸加工,例如：大部分機(jī)械零件、發(fā)動機(jī)殼體,齒輪箱、模具加工多軸加工的優(yōu)點減少了零件裝夾次數(shù)，減少定位誤差，縮短了輔助時間。可以加工三軸加工無法加工的區(qū)域。可以用更短的刀具實現(xiàn)零件的加工?？梢杂枚讯鹊洞鎴A柱刀進(jìn)行零件的加工。改善切削條件，提高加工效率。多軸加工機(jī)床的種類和配置C型(CFrame)龍門銑(Gantry)雙轉(zhuǎn)臺(DualRotaryTable)雙擺頭(DualSwivelingHeads)轉(zhuǎn)臺+擺頭(TableHead)非正交型(Non-Orthogonal)車銑復(fù)合(Turn–Mill)1、C型轉(zhuǎn)臺–擺頭式配置工作臺只繞C軸轉(zhuǎn)動適合輕型及中等重量工件工件移動范圍最小化各軸累加的負(fù)面效果最小化主軸頭當(dāng)主軸繞Y軸擺動時,工作臺需要額外的X方向移動刀具越長,需要的額外X向移動距離越大存在刀長問題XZ2、雙轉(zhuǎn)臺式工作臺可繞兩旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)適合輕型工件存在工作臺累加及精度問題削減機(jī)床剛性當(dāng)發(fā)生轉(zhuǎn)動時,需要額外的X,Y及Z軸的線性移動工件設(shè)定需要考慮的因素線性軸行程的極限位置移動部件間的碰撞刀軸方向始終與線性軸(Z軸)平行適合刀軸需要頻繁來回移動的切削場合,例如鉆孔及攻絲BCXZ非正交,B軸在YZ平面內(nèi)并成45度夾角3、雙擺頭式工作臺可繞兩旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)適合大型工件工件設(shè)定容易需考慮刀長因素4、龍門式雙擺頭,三主軸適合巨型工件,重型作業(yè)可同時加工三個工件需考慮刀長因素5、非正交結(jié)構(gòu)機(jī)床兩旋轉(zhuǎn)軸成45度夾角。非正交雙旋轉(zhuǎn)工作臺結(jié)構(gòu)機(jī)床。非正交單旋轉(zhuǎn)工作臺、單旋轉(zhuǎn)主軸頭結(jié)構(gòu)機(jī)床。加裝工作臺好的零活性旋轉(zhuǎn)軸累加于線性工作臺上必須確保安裝及設(shè)定的精確需考慮為安裝移動控制單元預(yù)留額外的空間旋轉(zhuǎn)工作臺制造商可能與機(jī)床制造商不同.因此需要理解線性軸與旋轉(zhuǎn)軸如何實現(xiàn)同步6、車銑復(fù)合消除了在車床及銑床上分別加工所需要的多步設(shè)定操作適用于以車削為主的加工銑削操作可能沒有銑床更加高效根據(jù)加工工件的特性選擇合適的機(jī)床多軸加工機(jī)床的使用方式多軸定位加工在進(jìn)行零件的加工時，旋轉(zhuǎn)軸先轉(zhuǎn)到一固定方位，然后進(jìn)行實際切削，此時旋轉(zhuǎn)軸不運動。切削完成后，旋轉(zhuǎn)軸再轉(zhuǎn)到另一固定方位，進(jìn)行另一方位的實際切削。多軸聯(lián)動加工在零件的實際切削過程中，至少有一個旋轉(zhuǎn)軸同時參與了X、Y、Z軸的運動。包括輪廓加工和順序銑加工方法。三、可變軸輪廓銑及五軸等高加工

(VariableContour&5AxisZ-Level)可變軸輪廓銑ContourProfile操作可以通過設(shè)定Floor和Wall來產(chǎn)生一個直紋面?zhèn)缺诘募庸げ僮鳎褂玫毒邆?cè)刃作為切削刃。在選擇Floor后，NX可自動推斷出Wall。也可以不選擇自動推斷出的Wall面，而手工指定需要加工的Wall。刀具軸穩(wěn)定持續(xù)變化可保證加工刀路平穩(wěn)?？勺冚S輪廓銑自動壁識別(AutomaticWall)側(cè)傾角(Tiltangle)底部輪廓跟蹤(FollowBottomWall)軸向向下偏置(Offset)自動輔助底面(AutomaticAuxiliaryFloor)(Perpendiculartotheaccessvector)及參考自動輔助底面進(jìn)行徑向及軸向多刀切削指定輔助底面及參考指定的輔助底面進(jìn)行徑向及軸向多刀切削自動輔助底面與指定輔助底面組合使用軸向偏置與輔助底面的組合使用軸向偏置與自動輔助底面的組合使用00五軸等高加工(FiveAxisZlevel)刀軸自動傾角(C)的計算基于:最大壁高(A)及最小間隙(B)最大壁高設(shè)為

10最大壁高設(shè)為50最大壁高設(shè)為1最大壁高設(shè)為

2最大壁高設(shè)為3自動刀軸擺角的計算五軸等高銑的刀軸矢量控制方式從工件離開從點離開朝向點從曲線離開朝向曲線拐角控制方式刀位點在XY平面上距驅(qū)動曲線最近的2D距離決定刀軸方向.側(cè)傾角選項控制刀軸相對于加工座標(biāo)系Z軸的角度NX刀軌投影示意圖四、投影的概念及原理物理世界中存在的投影方法物理世界中常見到三類光源，即點光源（如日光燈泡），線光源（日光燈管）和平行光源（如太陽照射地球情況下，太陽光源）。相應(yīng)的在NX軟件中，我們也將按照上述的概念來講解這三類光源的投影方法以及較特殊的一類環(huán)繞光源類。點光源類：Awayfrompoint，Towardspoint線光源類：Awayfromline，Towardsline平行光源類：SpecifyVector，Toolaxis（很難定義屬于那一類，暫時按定軸考慮將它歸類在平行光源類）環(huán)繞光源類：Normaltodrive,Towardsdrive（較特殊）投影原理

ProjectionvectorcontactPoint

outputPointPointsoutof:curves

BoundarySurface

Tool

Projectionvector

ToolAxis

DrivePoint

Machiningside

NX通過指定的驅(qū)動方法創(chuàng)建內(nèi)部驅(qū)動點.然后再將驅(qū)動點沿著指定的投影向量向零件投影直于刀具到達(dá)零件表面!進(jìn)而產(chǎn)生最終刀具位置來輸出刀尖座標(biāo)點!如果沒有零件被指定,將不會產(chǎn)生投影投影向量始終指向被加工工件的一側(cè)!刀軸矢量始終與投影方向相反(相對于零件面)刀軸矢量可被單獨控制刀尖中心始終位于投影矢量上點光源類遠(yuǎn)離點朝向點對于本例為了明顯的講解投影方法我們規(guī)定刀軸方向為NormaltoPart，此時的刀軸方向就是投影方向的反方向。線光源遠(yuǎn)離直線朝向直線對于本例為了明顯的講解投影方法我們規(guī)定刀軸方向為NltPt此時的刀軸方向就是投影方向的反方向。平行光源指定矢量&刀軸方向?qū)τ诒纠秊榱耸沟闷叫泄庠赐队靶Ч黠@，將在一個斜面上距離，行距的變化將反映投影刀軌和實際刀軌之間的因投攝的矢量造成效果。環(huán)繞光源垂直于驅(qū)動朝向驅(qū)動對于上述兩種投射方法僅僅在Surfacearea驅(qū)動方法中存在，不建議區(qū)分NormaltoDrive和TowardsDrive方法，凡是在NormaltoDrive不能生成合理刀軌時，即采用TowardsDrive，因此對于一般客戶推薦采用TowardsDrive方法。投影原理的具體應(yīng)用情形驅(qū)動點投影到零件表面驅(qū)動路徑沿與投影向量相同的方向投影投影向量的方向決定零件的加工側(cè)朝向線投影向量離開線投影向量投影原理的具體應(yīng)用情形(續(xù))警告:當(dāng)心:當(dāng)使用從點發(fā)散或從線發(fā)散作為投影向量時,從工件表面沿投影向量到焦點或焦線的最短距離必須大于刀具半徑,如下圖所示.刀具末端必須能夠沿著投影向量定位到焦點或沿著焦線的任何地方而不過切零件刀具不會過切零件面當(dāng)?shù)毒哐刂队跋蛄繌慕咕€向零件表面定位時,刀具過切零件表面投影選項固定投影向量,I,J,K分量的值分別為

0,0,-1固定投影向量,由一已存在直線定義固定投影向量,由兩點定義固定投影向量,由相切于曲線定義固定投影向量,由球座標(biāo)定義由刀軸定義的投影向量投影選項投影選項從點向外發(fā)散投影向量聚向點投影向量從線向外發(fā)散投影向量朝向線投影向量正交于驅(qū)動面投影向量SwarfRuling投影向量正確設(shè)定投影矢量的建議驅(qū)動樣式本身并非刀軌.驅(qū)動樣式點必須沿投影向量投影至零件表面才能產(chǎn)生刀軌.投影向量的選擇對于產(chǎn)生高質(zhì)量的刀軌是至關(guān)重要的.建議如下:在投影向量與目標(biāo)曲面不會平行時的情況下,使用ToolAxisorSpecifyVector選項當(dāng)有很多加工面的組合,使用單一向量無法產(chǎn)生足夠的角度覆蓋所有曲面時,使用AwayfromPoint,TowardPoint,andAwayfromLine,TowardLine選項確保你所選擇的點或線的位置滿足:當(dāng)從或向所指定的點或線投影時,刀具能夠到達(dá)整個加工區(qū)域進(jìn)行切削.當(dāng)使用離開方式時,確保在刀尖位于指定的點或線時,刀具不會過切工件.當(dāng)加工型腔時,使用

AwayfromPoint

或

AwayfromLine.當(dāng)加工型芯時,使用

TowardPoint

或TowardLine.

以上選項不依賴于驅(qū)動曲面的法線矢量,在刀具半徑大于零件的上某些特征(如拐角半徑,角落等)的情況下,適于使用這些選項

當(dāng)驅(qū)動曲面的法線矢量被很好的定義且變化非常光順時,使用NormaltoDrive

及

TowardDrive選項.使用加工TowardDrive型腔,使用NormaltoDrive加工型芯.在刀具半徑大于驅(qū)動面的上某些特征(如拐角半徑,角落等)的情況下,不適于使用這些選項五、曲面流線加工（Streamline）原理流線加工驅(qū)動幾何指定Flowcurves和Crosscurves驅(qū)動幾何線，由上述曲線生成驅(qū)動面，產(chǎn)生分布驅(qū)動點。曲面流線加工（Streamline）原理（續(xù)）1.在選擇了CutArea后，Automatic時下，系統(tǒng)會根據(jù)所選區(qū)域自動推斷產(chǎn)生Flow和Crosscurves；在推斷產(chǎn)生的Flow和Crosscurves不適合時，可手工指定。手工指定時，每添加一條新的Flow或Crosscurve前，需要單擊AddNewSet。2.CutDirection中提供了可供選擇的8個切削方向，只需選擇相應(yīng)的箭頭，即可確保走刀方向。3.使用百分比的形式設(shè)定加工區(qū)域。通過指定Flowcurves和Crosscurves來創(chuàng)建一個放樣或網(wǎng)格曲面作為驅(qū)動曲面去加工待加工的區(qū)域。在曲面UV網(wǎng)格不均勻時，其刀軌質(zhì)量仍然可以保持較好。曲面流線加工用途曲面流線刀軌示例(1)Awayfrompoint (2)Towardpoint(3)Awayfromline (4)Towardline Relativetovector(6)NormaltoPart (7)RelativetoPart (8)4-AxisNormaltoPart(9)4-AxisRelativetoPart

Dual4-AxisonpartInterpolateSwarftoDriveNormaltoDriveRelativetoDrive4-AxisNormaltoDrive4-AxisRelativetoDriveDual4-AxisonDriveOptimizedtoDrive

SameAsDrivePath

UserFunction六、可變軸曲面加工的刀軸矢量控制從焦點向外發(fā)散

(AwayfromPoint)刀軸矢量方向為從焦點指向刀柄聚向焦點

(TowardPoint)刀軸矢量方向為從刀尖指向焦點邊界驅(qū)動刀具:B30R15-220-290深度方向多刀切削焦點以WCS指定安全幾何與焦點相同從焦線向外發(fā)散

(AwayfromLine)刀軸位于與焦線垂直的平面上,沿焦線方向刀軸相互平行FocalLineFocalline聚向焦線

(TowardLine)刀軸方向起始于刀尖并指向焦線,沿焦線上任一位置的刀軸相互平行相對于向量(RelativeVector)FixedToolAxisDefinedbyEndPointofanExistingLineFixedToolAxisDefinedbyTwoPointsFixedToolAxisDefinedbyTangenttoCurve此選項允許相對于一給定矢量定義刀軸矢量包括導(dǎo)引角及側(cè)傾角側(cè)傾角定義刀具向切削方向一側(cè)傾斜的角度正值

=向右邊傾斜負(fù)值

=向左邊傾斜

導(dǎo)引角定義刀具在切削方向上向前或向后傾斜的角度正值

=向前傾斜負(fù)值

=向后傾斜FixedToolAxisUsingI,J,KValues0,0,1FixedToolAxisDefinedbySphericalCoordinatesV1接觸點法向矢量接觸點沿切削方向的切向矢量V2P1P2側(cè)傾角導(dǎo)引角與刀軸矢量控制相關(guān)的角度刀軸矢量控制的幾點注意事項控制刀軸光順變化避免法矢突然變化避免切削方向突然變化若已指定導(dǎo)引角(LeadAngle)對于曲面驅(qū)動方法建議使用Zig,orZig-ZagwithLift切削方式建議使用Dual4-axisRelative

刀軸方式用于

Zig-Zag往復(fù)切削方式對于邊界驅(qū)動方法對所有刀軌加倒圓粗加工使用負(fù)的導(dǎo)引角將會產(chǎn)生鉆削效果,應(yīng)避免確定理想刀具位置的元素在每一驅(qū)動點上,CAM處理器始終維持刀尖位于投影向量上刀具沿投影矢量向下移動,并尋找合適的接觸點.在此接觸點,刀軸矢量與面的法線矢量所成的角度滿足導(dǎo)引角及側(cè)傾角的要求如果發(fā)生過切,則嘗試其它求解正交于工件(NormaltoPart)在零件上任意位置處的刀軸矢量正交于零件幾何.請留意!建議不要使用零件幾何作為刀軸控制幾何,除非情況必須如此相對于工件(Relativetopart)導(dǎo)引角及側(cè)傾角導(dǎo)引角為20度,側(cè)傾角為0與正交于工件相似,但可以指定導(dǎo)引角及側(cè)傾角四軸正交于工件(4AxisNormaltoPart)必需指定一旋轉(zhuǎn)軸,可以指定旋轉(zhuǎn)角度刀軸矢量始終與指定的旋轉(zhuǎn)軸垂直可指第四軸的旋轉(zhuǎn)角Rotatethetoolaxisclockwise(-)orcounter-clockwise(+)abouttheRotationAxisSimilartoLeadAngle,butwithnoregardtocutdirection–alwaysonthesamesideofprojectednormalvector四軸相對于工件(4-AxisRelativetoPart)與四軸正交于工件相似,但可以指定導(dǎo)引角及側(cè)傾角雙四軸于工件(Dual4-AxisonPart)僅適用于Zig-Zag切削模式

與四軸相對于工件相似,但對ZIG及ZAG切削方向的刀軌,可分別單獨定義刀軸矢量參數(shù)步距間移動時,刀軸矢量從前一條刀軌的結(jié)束狀態(tài)改變?yōu)橄乱粭l刀軌的開始狀態(tài)為ZIG及ZAG切削方向的刀軌分別定義正及負(fù)的導(dǎo)引角,可以減小刀軸矢量在步距間移動時的變化幅度ZIG及ZAG方向切削條件不一致,將導(dǎo)致:

若不指定旋轉(zhuǎn)軸,則會產(chǎn)生五軸刀軌

若ZIG及ZAG切削方向刀軌的旋轉(zhuǎn)軸不一致,則步距運動將產(chǎn)生不同于四軸ZIG及ZAG往復(fù)切削的五軸刀軌四軸刀軸矢量控制方式向量插補(bǔ)(Interpolate)最零活的刀軸控制方法,適用于曲線及曲面驅(qū)動允許對位于每一個定義點處的刀軸矢量進(jìn)行控制

插補(bǔ)方法:線性–各數(shù)據(jù)點之間的刀軸矢量呈常量變化

三次方曲線–各數(shù)據(jù)點之間的刀軸矢量呈非線性變化

光順–刀軸矢量在所有數(shù)據(jù)點之間光順變化選擇正確的插補(bǔ)選項RelativeVectorVectorVectordisplaygoodforpreview,butresultnotdesirableMorelocationsdefined,resultstillnotdesirablePoorvisualpreview,butgeneratedesirableresult線性及三次方刀軸插補(bǔ)方法圖解LinearCubicNoticetheslopeateachdefininglocation正交于驅(qū)動面(Normaltodrive)刀軸矢量與驅(qū)動面正交.如果沒有零件面被選取,則刀軌直接產(chǎn)生在驅(qū)動軸面上!注意檢查可能發(fā)生的碰撞刀軸矢量正交于驅(qū)動面刀軸直接產(chǎn)于驅(qū)動曲面上SwarfDrive控制刀軸矢量遵循驅(qū)動曲面的直紋等參線刀具側(cè)刃切削驅(qū)動曲面,刀尖切削零件曲面若刀具是非斜度刀,則刀軸矢量與驅(qū)動面直紋線方向平行.否則,刀軸矢量與直紋線成一角度,但與直紋線共面.驅(qū)動面導(dǎo)引刀具側(cè)刃,零件面導(dǎo)引刀尖通過指定側(cè)傾角,可以使刀具偏離被選取的驅(qū)動面?zhèn)€一角度注意:如果選取了零件面,則刀軌將被投影!這時需要注意選取正確的投影方向SwarfDrive

RulingTypeConicalSurfacethatistrimmedGridofTrimRulingBaseUVRulingTiltingDuetoTriangulardrivesurfaceUncutMaterialDuetoCornerSwarfTiltAngle相對于驅(qū)動面(Relativetodrive)四軸正交于驅(qū)動(4AxisNormaltoDrive)與四軸正交于工件工作原理相同,但刀軸矢量保持與驅(qū)動面正交只適用于曲面驅(qū)動方法四軸相對于驅(qū)動(4-AxisRelativetoDrive)與四軸相對于工件工作原理相同,但刀軸矢量之導(dǎo)引角及側(cè)傾角參考驅(qū)動面法線方向只適用于曲面驅(qū)動方法雙四軸于驅(qū)動(Dual4-AxisonDrive)與雙四軸于工件工作原理相同,但刀軸矢量之導(dǎo)引角及側(cè)傾角參考驅(qū)動面法線方向只適用于曲面驅(qū)動方法刀軌投影(SameAsDrivePath)PlanarMill,ProfileCutSameAsDrivePath用戶自定義(UserFunction)優(yōu)化于驅(qū)動(OptimizedtoDriveSurface)優(yōu)化于驅(qū)動(OptimizedtoDrive)刀軸控制方法根據(jù)驅(qū)動幾何的曲率自動匹配刀軸導(dǎo)引角.在外凸區(qū)域,NX維持小的導(dǎo)引角以切除更多材料.在內(nèi)凹區(qū)域,NX自動增大前傾角以防止刀具后跟部過切驅(qū)動幾何.同時也保持前傾角盡量小以防止刀具前端過切驅(qū)動幾何只適用于曲面驅(qū)動方法ToolleadanglematchedtodrivegeometryrequirementsA=cuttertoe,B=cutterheel,C=heelgougingD=foreheadofcuttergouging,E=drivegeometryMin.heelclearanceMaxleadangle優(yōu)化于驅(qū)動(OptimizedtoDriveSurface)選項OptimizedtoDrive

選項描述MinimumHeelClearanceDistance最小跟部安全距離希望刀距后跟部避開驅(qū)動幾何的最小距離MaximumLeadAngle最大前傾角使用

最大前傾角定義除了由于過切避讓的原因之外而需要避讓時,允許的最大前傾角度.NX自動執(zhí)行過切避讓(選項)注釋:建議此選項缺省為關(guān).以允許NX自動決定優(yōu)化的方案NominalLeadAngleUseNominalLeadAngletospecifythepreferredleadangletooptimizethecuttingconditionforreasonsotherthanoptimalmaterialremoval.OptimizedtoDriveautomaticallyoptimizesmaterialremoval.(optional)