精雕软件5轴学习第一章讲解

第一章ES-SurfMill6.0多轴加工概述

1.1多轴加工特点

在过去模具加工很少使用五轴加工，问题在于多轴机床的价格昂贵及人员培训与技术上的困难，大家皆敬而远之。近年来因模具交期紧迫及价格压缩，五轴机床标准化产量，价格逐年下降，使五轴加工渐渐的受到模具业重视，多轴机床将是继高速加工机后另一个有效的加工工具。五轴加工与三轴加工比较，有以下几方面的优点：

1) 减少工件非加工时间，可以提高加工效率

五轴加工的一个主要优点是仅需经过一次装夹即可完成复杂形状零件的加工。和多次装夹相比，它可极大地提高加工和生产能力，显著缩短产品加工周期及加工成本，并且提高了加工精度。

2) 刀具可以摆到更好的位置来加工曲面

五轴加工完成一些三轴加工无法完成的加工，比如有负角的曲面零件加工，刀具可以摆到更好的位置来加工曲面，如图1-1所示。

图1-1 刀具可以摆到更好的位置来加工曲面

3) 可以缩短曲面加工时间，改善曲面表面的加工质量

五轴加工可通过将刀具倾斜一定角度，例如用铣刀侧刃进行铣削等，缩短加工时间；另外路径间距相同的情况下，用五轴加工工件表面的残留量要比三轴加工小得多，有利于改善加工曲面的表面光洁度，如图1-2所示。

图1-2缩短加工时间, 改善表面加工质量

4）可以降低刀具的损耗

五轴加工大大的降低刀具的损耗，虽然使用高速加工机可进行高速切削，缩短工时，但刀具磨耗往往只发生在刀尖，相当可惜。使用五轴加工就不同了，刀具除了刀尖切削外，更多时候是使用刀腹切削，所以刀具利用率提高很多。在五轴加工中，由于刀头可进入工件

内部，刀具方向朝向工件表面，因此可使用短刀具加工。使用短刀具加工可提高切削效率而不增加刀具负荷，从而可提高刀具寿命，减少刀具消耗。使用短刀具还可减小在用3轴加工时经常出现的刀具振动，从而可得到质量更高的加工表面，减少、甚至取消极其耗时的手工打磨工序。

图1-3 三轴和五轴刀具长短对比

图1-3可以看出，如果采用普通的三轴加工，将不得不增加刀具的长度。增加了刀具长度将不可避免带来诸如——切削速度降低、跳动增大等影响加工效率以及加工精度的一系列因素。采用5轴加工可以很好的解决这个问题。

5）使用五轴加工可以加工极其复杂的、以前只能通过浇注方法才能得到的零件

对于原形加工和对很小零件的加工，采用五轴加工会更快更经济。如果一零件用铸造的方法需要两个月甚至更多的时间才能完工的话，那么用五轴加工可以将交货期缩短到1~2周。所以越来越多地企业直接加工原形而很少使用快速成型设备。这种方法使得在大批量生产时，用同样材料能加工出精度更高的零件。

6) 解决叶轮、叶片和螺旋桨等加工的唯一手段

大家普遍认为五轴数控加工技术是解决叶轮、叶片和螺旋桨等加工的唯一手段。此外，在设计、制造复杂曲面遇到无法解决的难题时，就会求助五轴加工技术。

总之，五轴加工主要的优点是加工整体复杂工件时，可以一次工件夹持定位、避开刀具的静点、适合深模具加工缩短刀具夹持长度、可以加工倒勾处（负角）、减少电极制作，与三轴加工相比较，以上优点皆可得到更好的加工效率与降低加工成本。

1.2多轴数控加工基本概念

多轴数控加工是指在具有三根轴以上联动的机床上，实现三根以上轴运动的一种加工方式，这些轴可以是联动的，也可以是部分联动的。

1、数控机床运动轴配置及方向定义

根据ISO规定，数控机床采用右手直角笛卡尔坐标系，如图（1-4），基本坐标轴为X、Y、Z三根直线轴，对应每一根直线轴的旋转轴分别用A、B、C表示；其中平行于主轴的坐标轴定义为Z轴。

图1-4 右手直角笛卡尔坐标系

转轴转向的判断可以通过右手螺旋定则判断：

右手握住轴线，右手大拇指指向直线轴正方向(X/Y/Z)，四指的旋转方向为对应轴的正向，对于C轴的判断，Z轴向上为正。

注意：各坐标轴的运动可由工作台，也可以由刀具的运动来实现，但方向均以刀具相对于工件的运动方向来定义，因此使用右手螺旋定则判断出的旋转轴正方向与旋转轴实际旋转方向正好相反。

2、多轴数控加工的分类

根据多轴机床运动轴配置形式的不同，可以将多轴数控加工分为以下几种：

1）四轴联动加工：指在四轴机床（最常见的机床运动轴配置是X、Y、Z、A四轴)上进行四根运动轴同时联合运动的一种加工形式。

2）3+1轴加工：也称四轴定位加工。它是指在四轴机床上，实现三根直线轴联动加工，而旋转轴间歇运动的一种加工形式。

3）五轴联动加工：也叫连续五轴加工。它是指在五轴机床上进行五根运动轴同时联合运动的切削加工形式。

4）五轴定轴加工：也称五轴定位加工，可分为3+2和4+1轴加工。3+2轴加工是指在五轴机床上进行XYZ三轴联合加工，两个旋转轴固定在某角度的加工。3+2轴加工是五轴加工中最常用的加工方式，能完成大部分侧面结构的工件加工；4+1轴加工是指在五轴机床上实现三个直线轴和一个旋转轴联合运动，另一旋转轴作间歇运动的一种加工形式。

1.3多轴加工刀具路径质量的衡量标准

使用不同的刀轴控制方式和多轴加工策略可以生成同一加工对象的多个多轴加工路径，但最终的刀具路径质量是截然不同的。高质量的多轴加工路径一般要满足一下条件：

1、刀具路径安全。

刀具路径安全无碰撞是编程人员追求的首要目标，多轴刀具路径安全包括以下两个方面：首先，刀具路径无碰撞现象。多轴CAM软件生成的刀具路径，应该绝对避免机床主轴、刀柄或刀具碰撞到工件、夹具等，防止操作人员、机床受到损伤活工件被破坏。其次，刀具路径应无过切现象。多轴刀具运动轨迹应该准确无误，无过切、扎刀等带有加工危险的问题刀具路径。

2、行距均匀

高质量的刀具路径应该整体上分布均匀、整齐，各条刀具路径之间的行距要均匀，不能出现在零件平坦面间距小，而在零件陡峭面间距变的很大的现象，否则，加工出来的零件的尺寸和表面质量都会达不到要求，同时也会增加钳工修整的难度。

3、刀轴运动要连续，过渡要光顺

多轴加工过程中，刀轴在作位置调整时，轴指向的过渡要尽量平滑，不要出现突然的刀轴指向改变，这要可以延长机床、刀具的使用寿命，减少碰撞发生的可能性，其次可以提高产品的加工质量。

4、旋转轴的摇摆运动尽量少

多轴机床的旋转轴结构刚性要比直线轴的结构刚性差，A轴（或B轴）和C轴在结构上是整个机床刚性中的薄弱环节，因此在多轴加工过程中，应尽量减少旋转轴的摆动，这样加工精度、机床寿命才会得到更好的保障。

5、提刀少，机床空行程少

高质量的刀具路径应避免空进给轨迹的产生，尽量减少抬刀、进退刀的次数，以提高加工效率。