五軸聯(lián)動(dòng)加工中心的加工案例分析

　　如今在各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)的產(chǎn)品往往有著十分復(fù)雜的形狀和結(jié)構(gòu)，比如航空、航天產(chǎn)品等，這是由力學(xué)性能要求所決定的；另外，在民用產(chǎn)品方面，比如玩具、裝飾品等，也有著十分怪異的形態(tài)，這是因?yàn)槿藗兊男枨笾饾u趨向個(gè)性化，這樣就可以在各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)有效應(yīng)用五軸聯(lián)動(dòng)加工中心數(shù)控加工技術(shù)。相較于傳統(tǒng)的加工技術(shù)，本技術(shù)有著很大的優(yōu)勢(shì)，裝卡一次，就可以對(duì)復(fù)雜零件的多個(gè)表面進(jìn)行加工，不僅可以擁有較高的精度，效率也很高。

　　1.五軸加工中心的程序編制

　　相較于三軸加工中心，五軸加工中心具有一系列的不同，在過去三軸加工的條件下，工件坐標(biāo)系中，有著固定的刀具軸線， 而在如今五軸加工的條件下，可以結(jié)合具體情況來改變刀具軸線。在控制刀具軸線的時(shí)候，需要保證加工質(zhì)量，提高切削效率。那么，我們就可以了解到優(yōu)化刀具姿態(tài)就是五軸加工的關(guān)鍵。一般有三種刀具軸線控制方式經(jīng)常會(huì)被用到，分別是與加工表面平行、垂直以及傾斜。在五軸加工中，*經(jīng)常用到的控制方法其實(shí)還是傾斜于加工表面，在一些特殊情況下，會(huì)用到與加工表面平行和垂直的方式。加工的曲面如果比較復(fù)雜，為了避免有刀具、工件以及夾具等干涉問題的出現(xiàn)，往往會(huì)對(duì)角度進(jìn)行改變，并且對(duì)數(shù)控程序進(jìn)行優(yōu)化。

　　一般按照這樣的步驟來編制五軸程序：

　　一是結(jié)合模型來對(duì)切削策略進(jìn)行定義，在多軸加工中，比較經(jīng)常用到的方式是可變軸輪廓銑，將驅(qū)動(dòng)點(diǎn)合理生成于驅(qū)動(dòng)幾何體上，然后沿著設(shè)定的矢量向零件模型上映射驅(qū)動(dòng)點(diǎn)，這樣刀位軌跡就可以自動(dòng)生成。我們?cè)趯?duì)刀位軌跡生成質(zhì)量進(jìn)行判斷時(shí)，主要依據(jù)的是刀位軌跡的長(zhǎng)度來進(jìn)行，同時(shí)，還需要將刀軸的方向變化情況充分納入考慮范圍。

　　二是刀軸控制方式：刀軸控制方式切削加工，相較于三軸固定輪廓銑，本方法可以自由控制刀具軸線矢量。可以結(jié)合具體情況來對(duì)驅(qū)動(dòng)方法進(jìn)行選擇，不僅可以從面進(jìn)行，還可以從點(diǎn)和線來進(jìn)行，不管采用哪種驅(qū)動(dòng)方法，都需要不能太過急促的改變刀具軸線，否則就會(huì)對(duì)切削載荷產(chǎn)生影響。

　　三是合理選擇切削參數(shù)：在選擇切削參數(shù)的時(shí)候，需要綜合考慮，將加工系統(tǒng)中的每一個(gè)因素充分納入考慮范圍，其中，影響*大的方面是刀具和工件。首先要確定加工對(duì)象，對(duì)加工對(duì)象的大小以及工件形狀等進(jìn)行分析，然后依據(jù)選用的刀具，對(duì)切削參數(shù)等進(jìn)行合理選擇，比如刀具材料、直徑等，之后還需要對(duì)其他的各種參數(shù)進(jìn)行深入選擇，比如機(jī)床轉(zhuǎn)速、刀具切深等等。

　　2五軸聯(lián)動(dòng)加工中心的加工案例

　　在本加工案例中，選擇的是某種小轎車的汽車模型，經(jīng)過一次裝卡，加工全部完成。具體來講，從這些方面來進(jìn)行分析：

　　本小轎車的尺寸為450mm×290mm×220mm，加工曲面比較的復(fù)雜，將代木設(shè)置為加工材料。在本轎車模型的加工中，主要需要注意這些方面，首先是如何*好的控制五軸聯(lián)動(dòng)加工中心加工中的刀軸，如何保證那些非連續(xù)復(fù)雜曲面的加工精度；其次，采用合理方法來制作驅(qū)動(dòng)曲面，生成五軸聯(lián)動(dòng)以及固定五軸的加工程序。在本次加工中，選用的是我國某公司自主研發(fā)和生產(chǎn)出來的五軸聯(lián)動(dòng)加工中心，本汽車模型有著較為復(fù)雜的加工曲面，還需要加工一些倒扣面，可以將五軸聯(lián)動(dòng)加工技術(shù)的特點(diǎn)充分體現(xiàn)出來。如果采用三軸加工中心，是無法滿足使用需求的。在數(shù)控系統(tǒng)方面，依然選用我國某公司自主研發(fā)和生產(chǎn)的高檔網(wǎng)絡(luò)數(shù)控系統(tǒng)，可以非常有效的控制多軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床。并且，選用的本網(wǎng)絡(luò)數(shù)控技術(shù)對(duì)多軸聯(lián)動(dòng)加工的關(guān)鍵性控制技術(shù)也進(jìn)行了改進(jìn)，可以*好的擴(kuò)展控制軸，系統(tǒng)對(duì)皮米插補(bǔ)功能以及其他的補(bǔ)償功能也進(jìn)行了改進(jìn)；此外，本系統(tǒng)還具有其他的一系列功能，比如在加工過程中，可以對(duì)擺軸長(zhǎng)度進(jìn)行合理設(shè)定；可以進(jìn)行前瞻控制；另外，本數(shù)控系統(tǒng)還結(jié)合了windows系統(tǒng)，這樣數(shù)控系統(tǒng)的專用性才可以得到提高。同時(shí)，*好的設(shè)計(jì)了軟件的界面，可以對(duì)五軸加工過程進(jìn)行*好的模擬顯示。在卡具選用方面，也需要引起人們的重視，特別是工件的裝卡位置，選擇對(duì)了位置，才可以促使操作人員*好的裝卡。我們?cè)谘b卡的時(shí)候，選擇的是強(qiáng)力拉緊螺釘，這樣在專用卡具上就可以牢牢的固定小轎車，可以*加可靠的進(jìn)行加工。

　　合理選用加工刀具以及刀柄，在本加工案例中，通過對(duì)汽車模型加工要素和加工精度等進(jìn)行綜合分析，需要用3把刀具完成加工。分別選用r4圓角的Φ16立銑刀；Φ6整體硬質(zhì)合金球刀；Φ10r1的整體硬質(zhì)合金銑刀。刀柄選用熱膨脹結(jié)構(gòu)刀柄，夾持刀具就可以*加的精準(zhǔn)，保證在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)刀具的動(dòng)平衡，并且回轉(zhuǎn)精度也不會(huì)受到影響。這樣，切削加工的精度就可以得到顯著提高，獲得*加好的工件表面，并且在切削過程中，刀具的受力狀態(tài)也可以得到顯著改善。

　　在CAM軟件中后置設(shè)置方面：

　　一是制作驅(qū)動(dòng)曲面，上文我們已經(jīng)提到，在多軸編程中，首先是依據(jù)相關(guān)策略，促使驅(qū)動(dòng)點(diǎn)合理生成于驅(qū)動(dòng)曲面，然后采取合理的投影方法，向被加工的工件表面上投影這些生成的驅(qū)動(dòng)點(diǎn)，依據(jù)某些規(guī)則來促使刀具路徑自動(dòng)生成。在多軸加工中，可以結(jié)合具體情況來改變刀軸的軸線方向，這樣就可以有效加工復(fù)雜曲面。我們需要注意的是，被加工曲面的加工效率以及精度等都會(huì)受到驅(qū)動(dòng)曲面的影響，因此，一定要科學(xué)合理的制作驅(qū)動(dòng)曲面，盡量制作的簡(jiǎn)單一些，不能過于復(fù)雜。

　　二是編制數(shù)控加工程序：首先是編制粗加工程序，利用加工模塊中的固定五軸來編程小汽車模型，促使工具加工可以從各個(gè)方向來進(jìn)行，并且完成了粗加工之后，可以取出小轎車的大面積材料。其次，編制半精加工程序，我們?cè)诎刖庸ば∞I車時(shí)，采用的是多軸加工―連續(xù)五軸，將工件的殘留量給去除掉。然后是編制精加工程序，在精加工小轎車各個(gè)區(qū)域時(shí)，我們采用的是Φ6球刀，這樣不僅加工精度可以得到保證，還可以有效提高加工效率和加工質(zhì)量。然后我們結(jié)合具體的操作要求，來對(duì)驅(qū)動(dòng)曲面的驅(qū)動(dòng)方向、參數(shù)以及其他的各個(gè)方面進(jìn)行合理設(shè)置，比如切削方式、切削參數(shù)、非切削參數(shù)等等。其他的參數(shù)則是依據(jù)相關(guān)的規(guī)定，來對(duì)加工程序進(jìn)行合理編制。一般來講，在五軸聯(lián)動(dòng)的編程中，很難采用手工編程的方式需要大量的數(shù)學(xué)計(jì)算，借助專業(yè)的軟件來進(jìn)行自動(dòng)編程。*后，在編制多軸程序時(shí)，非常重要的一個(gè)方面就是控制刀軸，同時(shí)，這樣方面也存在著較大的難度，它會(huì)對(duì)工件加工的精度以及質(zhì)量等諸多方面產(chǎn)生直接影響，因此需要引起人們足夠的重視。在本加工案例中，刀軸的變化主要是利用驅(qū)動(dòng)曲面來實(shí)現(xiàn)的。

　　在建造多軸后置處理方面，后置處理有著十分大的作用，因?yàn)槲覀儾捎玫腃AM軟件在計(jì)算工件的刀具路徑時(shí)，并沒有考慮工件的變化，結(jié)合工件上等待加工的空間點(diǎn)，來在工件上轉(zhuǎn)動(dòng)刀具。在后置處理時(shí)，結(jié)合機(jī)床結(jié)構(gòu)以及具體的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，來對(duì)刀具路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，之后將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的合適的程序代碼。要想進(jìn)行多軸程序的后置處理，就需要構(gòu)造一個(gè)后置處理，保證構(gòu)造的這個(gè)后置處理和加工中心有著相同的結(jié)構(gòu)，并且和數(shù)控系統(tǒng)的指令格式以及運(yùn)行特點(diǎn)等也是符合的。那么，在構(gòu)造后置處理時(shí)，需要對(duì)加工中心的結(jié)構(gòu)充分了解，并且將數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)以及指令格式等充分納入考慮范圍，，完成構(gòu)造之后，將其合理保存。通過自動(dòng)編程將刀位程序編制好之后，需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換，一般將其轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)G代碼，這樣才可以被加工中心所讀取。這些工序完成之后，就需要校驗(yàn)這些程序，因?yàn)楸鞠到y(tǒng)具有模擬顯示的功能，那么就可以在軟件中建立一個(gè)五軸聯(lián)動(dòng)加工中心，它和實(shí)際結(jié)構(gòu)有著相同的轉(zhuǎn)臺(tái)，其他方面也都是相同的，按照實(shí)際的位置將汽車模型放進(jìn)去，就可以進(jìn)行模擬加工。

　　五軸聯(lián)動(dòng)加工中心實(shí)際加工：在轉(zhuǎn)臺(tái)上合理安裝夾具，轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)中心和夾具的回轉(zhuǎn)中心重合，然后在夾具上安裝汽車毛胚。結(jié)合編程時(shí)確定下來的加工原點(diǎn)，來設(shè)定刀具，然后就可以進(jìn)行機(jī)床的操作。不管是粗加工，還是精加工，都需要嚴(yán)格依據(jù)確定下來的工藝參數(shù)來進(jìn)行。在加工過程中，連續(xù)擺動(dòng)擺動(dòng)軸，控制其擺動(dòng)范圍，同時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)回轉(zhuǎn)軸，配合直線軸，來對(duì)那些倒扣的曲面進(jìn)行加工。