五轴数控编程加工案例

五轴数控编程加工案例介绍和分析 前言 当前模具制造行业中，三轴数控加工技术已经普遍应用并且相对 成熟，但随着五轴数控技术的发展与推进，先进的五轴数控加工技术 在市场上体现出了明显的优越性，故而引进五轴数控加工技术，建立 一个高效率、高质量、短周期、低成本的产品生产框架来适应市场的 发展， 以求在市场竞争中立于不败之地已经成为我们必须面对的问题。 近段时间，珠海某大型电器模具厂采购我司的五轴数控编程软件 PowerMILL，本人接受公司的任务，为该客户进行五轴技术的培训辅 导，并结合实际加工进行模具的试切，实例指导客户应用五轴加工技 术， 让客户看到了客观具体的三轴加工与五轴加工两者的效率和质量 对比数据。本文即以此次培训五轴工件试切为例，禅述在电器注塑模 具加工当中， 五轴数控加工技术相对于传统的三轴数控加工技术的若 干优越性。 一、五轴数控加工技术简述 1 、五轴刀轴和五轴刀轴控制 五轴是由3 个线性轴(Linear axis) 加上2 个旋转轴(Rotary axis) 组成。 五轴刀轴控制是 CAM系统五轴技术的核心。五轴 CAM系统计算出 每个切削点刀具的刀位点(X,Y,Z)和刀轴矢量(I,J,K)， 五轴后处理器 将刀轴矢量(I,J,K)转化为不同机床的旋转轴所需要转动的角度 (A,B,C)其中的两个角度；然后计算出考虑了刀轴旋转之后线性移动 的各轴位移(X,Y,Z)。 2 、五轴机床类型 按两旋转轴的运动位置结构来划分，可分为 Table-Table、 Head-Head、Table-Head三种类型。 1 ）Table-Table：此类型机床主轴方向不动，两个旋转轴均分布在工 作平台上；工件加工时旋转轴随工作台旋转，加工时必须考虑装夹承 重，可加工的工件尺寸比较小。 2 ）Head-Head：此类机床工作台不动，两个旋转轴均在主轴上。机床 可加工的工件尺寸比较大。 3 ）Table-Head：此类机床的两个旋转轴分别处于主轴和工作台上， 工作台可以旋转，可装夹尺寸较大的工件；主轴可摆动，改变刀轴方 向灵活。 3 、定位五轴与联运五轴 根据刀轴参与的加工方案来划分类型，一般可分为如下两类： 1 ）定位五轴(3+2轴) 定位五轴的刀轴矢量可以进行改变，但固定后沿着整个切削路径 过程刀轴矢量不变，控制路径轴 X 、Y 、Z 参与旋转轴 A(或者 B)、C ， 既是旋转轴 A(或者 B)、C定位后保持不变，只有 X 、Y 、Z参与控制 机床切削移动。 2 ）联动五轴 整个切削路径过程刀轴矢量可根据要求进行改变变，控制路径轴 X 、Y 、Z 控制旋转 A(B)、C ，即是通常所说的五轴联动加工技术。 二、数控编程加工工艺实例 1 、试切机床为德国的“DMG” （DMG－100P）机床；其行程为 1000 ×1000×1000mm；控制系统为 heid530；主轴最高转速 24000rpm；使 用年限：2008年新购，至今将近 2年；编程所用的 CAM软件为 PowerMILL；使用的刀具材质为普通硬质合金涂层刀具；试切工件是 一电器面盖注塑模具前模，如图 1 所示： 2 、常规三轴数控加工工艺表，如表 1 所示： 表１ 三轴数控加工工艺表 １ 三轴数控加工工艺表 行号 刀具和加工内容 加工 时间 (min) 路径轨迹图示 备注 1 φ12R0.5 开粗 61 - 2 φ8R0 二次开粗 15 参考前一刀具路径作 二次开粗 3 φ6R0 二次开粗 12 参考前一刀具路径作 二次开粗 4 φ3R0 二次开粗 10 参考前一刀具路径对 刀具长度允许范围作 二次开粗 5 φ2R0 局部二次开 粗 6 参考前一刀具路径对 局部范围作二次开粗 6 φ8R4 中光加工 30 中光分形面和料位 7 φ8R4 精加工 75 精加工分形面和料位 8 φ12R0.5 中光加工 6 带 2 度斜度直纹面中 光加工 9 φ12R0.5 精加工 10 带 2 度斜度直纹面精 加工 10 φ3R0 光平面和斜 度面精加工 4 光平面和斜度面精加 工 11 φ3R1.5 清角 17 按刀具伸出长度和参 考 φ8 球刀定义清角 范围 12 φ2R1 清角 6 局部清角 - 合计时间 252 - - 上述三轴加工完成后，图１“B 局部截面示意图”中所示的 R 角 位只能使用 R1.5的球头刀进行清角，并且局部陡峭位最小只能使用 R4 的球头刀；图１ “Ａ局部截面示意图”中所示的利角位最小使用 Ｒ１的球头刀； 分形枕位所有角位只能使用 R1.5的球头刀进行清角； 所剩下的残留余量将留给电火花加工完成。 三、五轴加工工件试切 1 ．根据机床结构和控制系统型号修改后处理文件 试切机床为德国 “DMG” （DMU -100P） 机； 行程 1000×1000×1000mm； heid530控制系统，此机床为 Table－Head型，两个旋转轴分别放置 在主轴和工作台上，工作台旋转，主轴摆动，改变刀轴方向灵活，且 为非标 DMU -100P机床，与一般的标准 DMU -100P机床不同之处在于 主轴摆动轴是绕 X 轴旋转为 A 轴，摆角为-125度至 10 度，而不是主 轴摆动轴是绕 Y 轴旋转的 B 轴，摆角为-100度至 90 度。另外，还需 增加特定的“ATC高速高精度自适应功能”指令。所以还需对 PowerMILL标准后处理文件（*.opt）作修改： a) 将摆动轴设置为“azimuth axis = A” ，将摆动轴的旋转参照轴改 为 X 轴“azimuth axis param= ( 0.0 0.0 0.0 1.0 0.0 0.0 ) ” 将 旋转轴的摆动极限修改为-125度至 10 度 “rotary axis limits= ( -125.0 10.0 -99000.0 99000.00.01 1 ) ”具体修改参数如下： define keys azimuth axis = A elevation axis = C end define azimuth centre = ( 0.0 0.0 0.0 ) azimuth axis param = ( 0.0 0.0 0.0 1.0 0.0 0.0 ) rotary axis limits = ( -125.0 10.0 -99000.0 99000.00.01 1 ) b) 增加特定的“ATC高速高精度自适应功能” 即增加 CYCL DEF 392 ATC循环指令，具体修改参数如下： define block user TOOL_CHANGE_COMMON N ; G1 ; “ Z-5 FMAX“ ; M1 91 =C N ; “ CYCL DEF 392 ATC ~ “ “ Q240=+2;Process Mode ~ “ “ Q241=+2;Default Weight “ end define 2 ．NC 程序代码含义 PowerMILL后处理产生的 NC 程序段代码及含义如下： 0 BEGIN PGM 80_ATC MM 程序开始 10 ; Job Number :