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

-

参考前一刀具路径作

二次开粗

参考前一刀具路径作二次开粗

参考前一刀具路径对刀具长度允许范围作二次开粗

参考前一刀具路径对局部范围作二次开粗

中光分形面和料位

精加工分形面和料位

带

光加工

带

加工

光平面和斜度面精加工

按刀具伸出长度和参考

范围

局部清角

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 : rou-e12

11 ; Program Date : 06.03.08 - 22:23:24

12 ; Programmed by: ysr

13 ; PowerMILL Cb : 1098025 编程项目相关信息

14 ; DP Version : 1490

15 ; Option File : DMU100P-H530

16 ; Output Workplane : 1