五轴联动加工技术数控加工技术

工艺要点 － 坐标系(1)
机床坐标系和坐标轴的命名：
1.用来描述和确定机床运动以及工件在机床 上位置 2.理论上可随意定义 3. ISO对数控机床坐标轴的名称及其运动方 向作了统一的规定
工艺要点 － 坐标系(2)
工件坐标系：
1.定义工件形状和刀具相对工件运动 2.与工件固联 3.右手笛卡尔坐标系 4. 原点任意，便于工件几何形状的描述。
1.垂直于表面方式 2.平行于表面方式 3.相对于表面方式
n i
a v
相对于表面的刀轴控制
工艺要点－切削条件确定及其优化（1）
切削深度 ：
1.主要受机床、工件和刀具的刚度限制，在刚度 允许的情况下，尽可能加大切削深度，以减少走 刀次数，提高加工效率。 2.对于精度和表面粗糙度有较高要求的零件，应 留有足够的加工余量。
3.摆动机构结构较 复杂，一般刚性较 差，但运动灵活
工艺要点－机床类型及其工艺特点（2）
工作台回转/摆动型：
1.两个转动轴都作用 于工件上 2.定、动轴结构，只 是其动轴紧靠工件。 3.其旋转/摆动工作台 刚性容易保证、工艺 范围较广，实现容易。
工艺要点－机床类型及其工艺特点（3）
刀具与工作台回转/摆动型：
0.6
nz
0.5
=0.21
0.4 nz =0.41
nz =0.61
0.3
0.2 0.0
22.5 45.0 67.5 90.0 R2 5, R1 5
0.3
0.2 0.0
22.5 45.0 67.5 90.0 R2 5, R1 8
刀具参数、安装方位、走刀进给方向对行距的影响
工艺要点－加工行距和步长的选择（3）
五轴联动加工技术
第一节.五轴联动加工应用范围 与工艺要点
1.1 五轴联动加工的应用范围及其特点 1.2 五轴联动加工的工艺要点
应用范围及其特点(1)
R2
n
m
R1 r
z
rm
y x
三坐标曲面加工原理
应用范围及其特点(1)
im
n
R2
a
p
R1
r rp
(90 )
z
x
y
五坐标曲面加工原理
应用范围及其特点(2)
1.刀具与工件各具有一个 转动运动
2.两个回转轴在空间 的方向都是固定的
3.特点介于上述两类 机床之间。
工艺要点－刀具类型及其工艺特点
R
R
R
R2 R1
R1
R2
R
(a)平底立铣刀 (b) 端铣刀 (c) 球头刀 (d) 环形刀 (e) 鼓形刀 (f) 锥形刀
铣削加工常用刀具
工艺要点－加工行距和步长的选择（1）
工艺要点 － 坐标系(3)
局部坐标系 ：
1.在多坐标三维曲面加 工时用于确定刀具相对 零件表面姿态的坐标系
2.坐标原点为刀具与零 件表面的接触点
n v
局部坐标系
a
工件
Zw Yw 工件坐标系 Xw
工件坐标系与局部坐标系
工艺要点－机床类型及其工艺特点（1）
刀具摆动型：
1.两个转动轴都作用 于刀具上 2.定轴，动轴
行距的影响因素与优化措施 :
1.刀具形状与尺寸 2.零件表面几何形状与安装方位 3.走刀进给方向 4.允许的表面残余高度要求
工艺要点－加工行距和步长的选择（2）
行距 (mm)
行距 (mm)
0.6 0.5 0.4
nz =0.81 nz =0.61 nz =0.41
0.6 0.5
nz =0.81
nz =0.61 nz =0.41
工艺要点－切削条件确定及其优化（2）
主轴转速 ：
根据允许的切削速度V和刀具直径D选择：
N 1000V /D
其中，切削速度V受刀具耐用度的限制。
工艺要点－切削条件确定及其优化（3）
进给速度 ：
要根据零件加工精度和表面粗糙度要 求以及刀具与工件材料选取。
工艺要点－切削条件确定及其优化（4）
选择进给速度时需要注意的某些特殊情况 ：
1.加工圆弧段时，切削点的实际进给速度并不等于 编程数值。 2.复杂形状零件的加工特别是多坐标加工时，如果 进给速度是恒定的，材料切除率常常波动并且可能 超过刀具容量的极限，机床各运动轴的速度和加速 度也可能超出允许的范围。 3.为了实现进给速度自动生成，必须根据工件与刀 具的几何信息计算刀具沿轨迹移动时的瞬时材料切 除率
工艺要点－其它工艺问题（1）
加工工序的划分：
1.刀具集中分序法 2.粗、精加工分序法 3.按加工部位分序法
工艺要点－其它工艺问题（2）
工件装夹方式的确定： 1.尽量采用组合夹具 2.零件定位、夹紧的部位应考虑到不妨碍各部位的加 工、更换刀具以及重要部位的测量。 3. 夹紧力应力求通过靠近主要支承点上或在支承点 所组成的三角形内，应力求靠近切削部位，并作用 在刚性较好的地方，以减小零件变形。 4.零件的装夹、定位要考虑到重复安装的一致性，以 减少对刀时间，提高同一批零件加工的一致性。
0.4
Leabharlann Baidu
0.3 nz =0.21
0.3 nz =0.21
0.2
0.1
0.0 0.0
22.5 45.0 67.5 90.0 R2 5, R1 0
行距 (mm)
0.6
nz =0.81,0.61,0.41,0.21
0.5
0.4
0.2
0.0 22.5 45.0 67.5 90.0
R2 5, R1 2
行距 (mm)
对行距的影响规律：
1.球头刀加工时，零件形状与安装方位及走刀进给 方向的变化对走刀行距的影响较小。 2.平底刀加工时，行距对零件形状、安装方位及走 刀进给方向的变化非常敏感。 3.环形刀加工时，其影响规律介于平底刀与球头刀 之间。 4.鼓形刀加工时，行距对零件形状、安装方位及走 刀进给方向的变化也很敏感，但与平底刀和环形刀 加工时的规律相反。
工艺要点－加工行距和步长的选择（4）
优化措施：
1.合理选择刀具 2.合理选择工件安装方位 3.合理选择进给方向
工艺要点－走刀路线的选择原则
yy
xx
(a) (a)
z
zz
yy
x z
y (a)
xx
(b)(b)
yy
zz
x (c) (c)
x
y 曲面加工走刀路线
y
x
工艺要点－加工刀轴控制方式的选择原则
常用的刀轴控制方式 ：
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
五坐标加工的特点
应用范围及其特点(3)
可有效避免刀具干涉 对于直纹面类零件，可采用侧铣方式一刀成型 对一般立体型面特别是较为平坦的大型表面， 可用大直径端铣刀端面贴近表面进行加工 可一次装卡对工件上的多个空间表面进行多面、 多工序加工 五轴加工时，刀具相对于工件表面可处于最有 效的切削状态。零件表面上的误差分布均匀 在某些加工场合，可采用较大尺寸的刀具避开 干涉进行加工