基于PowerMILL編程的萬能角度頭數控加工案例分析

王勇，關鵬，顧奎亮，劉成林

（華晨汽車工程研究院試制控制處，遼寧 沈陽 110141）

工藝裝備

基于PowerMILL編程的萬能角度頭數控加工案例分析

王勇，關鵬，顧奎亮，劉成林

（華晨汽車工程研究院試制控制處，遼寧 沈陽 110141）

以斜孔的數控加工為例，介紹了使用PowerMILL編程軟件對萬能頭進行程序編制的優(yōu)勢。

萬能頭；POWERMILL；程序編制

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.11.042

CLC NO.: U466 Document Code: A Article ID: 1671-7988（2016）11-113-03

前言

在機械加工中，常會遇到與機床主軸不垂直的空間斜孔銑削加工,在三軸聯(lián)動的數控加工中心上，采用萬能頭改變機床主軸方向，實現空間斜孔銑削加工，但由于主軸方向的變化，導致了程序編制及刀具對刀的困難，PowerMILL軟件的出現完美的解決了上述問題。

1、PowerMILL簡介

PowerMILL軟件是英國DELCAM 公司開發(fā)的一款獨立的3D 加工軟件，它是2～5軸高速銑削加工CAM 系統(tǒng), 它可以由輸入的模型快速產生無過切的刀具路徑，提供了從粗加工到精加工的全部選項，加工策略豐富，專業(yè)性強，自動化程度高，刀具軌跡計算速度快，對生成的加工軌跡可以進行仿真。

筆者采用PowerMILL 軟件進行萬能角度頭數控編程加工，通過使用PowerMILL 3+2功能，簡單快速實現萬能頭程序的編制，及萬能頭零點的確定，使用普通三軸后處理即可實現程序的輸出。

2、萬能角度頭簡介

圖1　

角度頭作為一種機床附件，機床安上角度頭后，刀具旋轉中心線可以與主軸旋轉中心線成指定的角度，加工工件時無需改變機床結構就可以增加加工范圍，萬能角度頭是指銑削輸出軸可在水平和垂直兩個平面內回轉的銑頭。其中圍繞機床Z軸旋轉的軸叫C軸，圍繞機床X軸旋轉的軸叫A軸，如圖1所示，可以使一些用傳統(tǒng)方法難以完成的加工得以實現，并能減少工件重復裝夾，提高加精度和效率，被廣泛應用于航空、汽車、模具等機械加工的各個領域。

3、萬能頭編程加工難點

采用萬能頭刀柄的數控加工過程中需要相應的平動軸數據和轉動軸數據來驅動機床部件的運動。

由于大多數企業(yè)的數控機床是三軸聯(lián)動另加1-2個不能聯(lián)動的回轉軸，在這種條件下，編程就相對復雜。萬能頭編程一般采用手動編程和CAM軟件編程兩種方式。由于萬能頭刀具軸線與主軸不一致，采用手動編程主要有以下難點：(1)空間幾何變量之間的數學關系不易求解，要建立各加工變量之間的數學模型；(2)空間坐標系的變換，要將銑刀的空間運動轉化為平面運動；總的來說，手動編程操作繁瑣，需要用數學公式確定運動關系，參數很多，非常容易出錯，且手動編程只能編輯較為簡單的型面，通用性不高。所以一般采用CAM軟件對萬能頭進行編程。對萬能頭刀柄進行工藝的編制，在CAM軟件中與常規(guī)刀柄相同，但輸出程序時由于刀具方向和刀柄結構已發(fā)生變化，刀軌數據空間坐標轉換需考慮刀柄結構的影響,大部分CAM軟件需用額外購買五軸權限，并且需要根據機床的操作系統(tǒng)制作相應的程序后處理文件才能完成程序的輸出，需要較高的成本。

同時在刀具對刀時，需要計算刀具與對刀儀的接觸點到刀具中心的距離,常規(guī)方法為通過三角函數進行計算，速度很慢且容易出錯。而使用PowerMILL進行萬能頭編程時，可以完美的解決以上問題。

4、powermill萬能頭編程優(yōu)勢

使用PowerMILL進行萬能頭編程時,編程方便快捷，而且不需要額外購買五軸權限，使用普通的三軸后處理就能完成程序的輸出。

下面通過一個例子來講解如何采用PowerMILL軟件來編制萬能角度頭程序。如圖2所示：加工完零件的型面后，現在用角度頭加工型面上的直徑為16mm的法向孔。

4.1編制程序

用PowerMILL編制萬能頭程序時，跟編制普通的三軸程序方法基本一致，運用PowerMILL的3+2功能，只需新建一個程序坐標系，不需要進行復雜的數學運算。如圖2所示，實際坐標系為加工型面的坐標系，在這個坐標系下，圖中的孔是帶A、C角度的。需要建立一個如圖所示的相對于孔是垂直的程序坐標系。在程序坐標系激活狀態(tài)下，用直徑為10mm的平刀完成法相孔程序的編制，如圖2。

圖2　

4.2產生角度頭的程序

在程序坐標系激活下編制完成孔的加工程序后，不需要特定的后處理，只需對NC參數進行設置就能完成程序的輸出。輸出坐標系選擇：實際坐標系。而自動刀具對齊要關閉，選擇通用的三軸后處理，然后點應用，接受，如圖3，然后右鍵單擊NC程序點全部寫入，就可以輸出后置程序了。

圖3　

4.3對萬能角度頭進行擺角

在機床加工之前需要手動對萬能角度頭進行擺角和對刀。PowerMILL 程序坐標系相對于實際坐標系的仰角和方位角就是萬能頭的需要調整的A、C角度。

4.4對萬能角度頭進行對刀

萬能頭角度設置完成后，需要對萬能頭進行對刀。PowerMILL出的平刀程序為刀中心的軌跡，所以對刀點為平刀中心。由于萬能頭已經擺角，所以需要測出刀具與對刀儀的接觸點到刀具中心的距離，以往需要使用三角函數，根據A、C角度算出數值，通過使用PowerMILL軟件可以更加直觀快速的得出數值，具體方法如下：

(1)首先在程序坐標系下，做出直徑為10的圓，如圖4。

圖4　

圖5　

(2)激活實際坐標系，建立毛坯，并將實際坐標系平移到毛坯的中心如圖5。

(3)重新計算毛坯，在毛坯的界限里面的最小數值X、Y、Z就是刀具在用對刀塊側面三個面對刀后的刀具偏置量，如圖6。

圖6　

(4)在萬能頭擺完角度的狀態(tài)下對刀后，將這三個數值輸入機床坐標系的偏置中，就可以進行對零件的加工了。

5、結論

使用PowerMILL編程的萬能頭在加工空間斜孔的零件方面更具優(yōu)勢，它方便快捷，節(jié)省時間，同時降低了成本。

[1]韓玲國．角度頭刀具在數控加工中的應用[J]．制造技術與機床，2007(11)：83．

[2]李海．飛機復雜結構件角度頭加工技術[D]．南京：南京航空航天大學，2012．

[3]王先逵.計算機輔助制造.北京:清華大學出版社,2008.

[4]周濟,周艷紅.數控加工技術.北京:國防工業(yè)出版社,2002.

[5]張磊.UG NX4后處理技術培訓教程.北京:清華大學出版社,2007.

Research on universal milling head NC Programming based on PowerMILL

Wang Yong, Guan Peng, Gu Kuiliang, Liu Chenglin
( Brilliance Automotive Engineering Research Institute PT_Control, Liaoning Shenyang 110141 )

As an example of the machining of an inclined hole the article discusses the advantage of creating universal milling head NC Programming by PowerMILL.

universal milling head; PowerMILL; NC Programming

U466 文獻表示碼：A

1671-7988（2016）11-113-03

王勇（1988-），男，助理工程師，就職于華晨汽車工程研究院試制控制處，從事機加工藝工作。