淺析五軸加工中心數(shù)控編程技巧

陳曉燕

摘 要：五軸加工能夠?qū)?fù)雜的零部件進(jìn)行自動(dòng)化加工，因此五軸加工是數(shù)控加工中應(yīng)用最廣泛的。但在加工數(shù)控編程方面，五軸加工中心數(shù)控編程往往需要機(jī)床的生產(chǎn)商提供，導(dǎo)致五軸加工在實(shí)際使用中受到了限制。該文以五軸加工中心為研究對(duì)象，對(duì)數(shù)控編程進(jìn)行探討，總結(jié)和分析五軸加工中心的數(shù)控編程技巧，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和價(jià)值。

關(guān)鍵詞：五軸加工中心 數(shù)控編程 技巧

中圖分類號(hào)：TH164 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）06（a）-0008-02

近年來，五軸加工中心的應(yīng)用越來越廣泛。但在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，五軸加工中心數(shù)控編程的過程中，存在編制困難，加上企業(yè)的技術(shù)封鎖，數(shù)控加工的零部件發(fā)生變化，相應(yīng)的編程也發(fā)生了變化，而編程技術(shù)僅僅由機(jī)床的賣方提供，更改數(shù)控程序?qū)е录庸ぶ芷谠鲩L，影響零部件的生產(chǎn)，加工成本也隨之上升。掌握五軸加工中心數(shù)控編程一些基本的技巧，是五軸加工中心得以普及應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵性的問題。

1 數(shù)控編程概述

數(shù)控是指通過數(shù)字控制對(duì)機(jī)器進(jìn)行自動(dòng)化操控。數(shù)控編程包括零部件樣圖分析、選擇加工工藝、規(guī)劃走刀軌跡、獲取刀位參數(shù)、編寫加工程序、校對(duì)程序等。有手工編程和自動(dòng)編程兩種方法。手工編程是指編程的各個(gè)階段均由人工完成。對(duì)于幾何形狀復(fù)雜的零件需借助計(jì)算機(jī)使用規(guī)定的數(shù)控語言編寫零件源程序，經(jīng)過處理后生成加工程序，稱為自動(dòng)編程。自動(dòng)編程常用的編程軟件有UG、Catia、Cimatron、FeatureCAM、EdgeCAM、VERICUTVERICUT等。數(shù)控編程隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展而不斷的發(fā)展，難度也在不斷的提升。

數(shù)控編程的步驟主要有：零部件的造型、進(jìn)行加工處理、刀位文件的生成、后置的處理、形成NC代碼和進(jìn)行加工。首先，要確定加工工藝，對(duì)零部件的形狀、材料、尺寸和毛坯進(jìn)行分析，明確加工內(nèi)容。確定加工的方案、走刀的路線等工藝參數(shù)以及選擇合適的刀具等。其次，根據(jù)零件的幾何形狀、尺寸、刀具路線等計(jì)算出零部件加工的起點(diǎn)、終點(diǎn)和坐標(biāo)等，進(jìn)行建模，建模的過程中特別要注意特征建模時(shí)一定要仔細(xì)，稍有疏漏可能模型與實(shí)際要加工的零部件就相差很遠(yuǎn)了。選擇工藝參數(shù)時(shí)要遵循最優(yōu)化的原則。其次，就是運(yùn)用規(guī)范的功能指令代碼和程序段格式對(duì)加工程序進(jìn)行編寫。然后就需要將編寫好的程序通過鍵盤、鼠標(biāo)或計(jì)算機(jī)的接口輸入到系統(tǒng)中。接著需要將編寫好的程序利用系統(tǒng)的圖形顯示出來，對(duì)刀具路線的精確性進(jìn)行確認(rèn)。再對(duì)程序進(jìn)行反復(fù)試運(yùn)行，切割出的零部件與原件進(jìn)行對(duì)比，如發(fā)生誤差，則需要對(duì)誤差產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析核對(duì)，對(duì)程序進(jìn)行修正，直至做出合格的零部件。一個(gè)數(shù)控加工程序是由若干個(gè)程序段組成的。程序段格式是程序段中的字、字符及數(shù)據(jù)的排列形式。程序的格式包括程序的開始符、結(jié)束符、程序名、程序主體和程序結(jié)束。程序名有兩種形式：一種是英文字母O（%或P）和1～4位正整數(shù)組成；另一種是由英文字母開頭，字母數(shù)字多字符混合組成的程序名（如TEST1等）。程序主體則是由若干個(gè)程序段組成的。每個(gè)程序段一般占一行。

2 五軸加工中心簡介

五軸加工中心是在計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）系統(tǒng)的控制下，在至少5個(gè)坐標(biāo)軸（3個(gè)直線坐標(biāo)和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)）上同時(shí)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行加工的機(jī)床系統(tǒng)。6個(gè)空間方位是指X軸、Y軸、Z軸3個(gè)軸以及圍繞著3個(gè)軸旋轉(zhuǎn)的3個(gè)坐標(biāo)A、B、C。6個(gè)空間方位在實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)至少3個(gè)軸和3個(gè)坐標(biāo)中的兩個(gè)坐標(biāo)的空間方位進(jìn)行加工。由于可以至少在5個(gè)坐標(biāo)軸并且可在空間的任意位置以任意狀態(tài)進(jìn)行加工，所以可有效避免刀具干涉，對(duì)于直紋面類零件，可采用側(cè)銑方式一刀成型，而對(duì)一般立體型面特別是較為平坦的大型表面，可用大直徑端銑刀端面貼近表面進(jìn)行加工。同時(shí)，還可一次裝卡對(duì)工件上的多個(gè)空間表面進(jìn)行多面、多工序加工，零件表面上的誤差分布均勻。五軸加工中心的刀具，可以滿足多軸零件加工所需的高動(dòng)態(tài)性能的需求，目前具有較高的應(yīng)用價(jià)值和廣泛的應(yīng)用范圍。該文列舉了幾種常見的五軸加工中心的實(shí)物圖，如圖1所示。

3 五軸加工中心數(shù)控編程中的技術(shù)問題

五軸加工中心數(shù)控編程存在的技術(shù)問題：一是零部件越來越復(fù)雜導(dǎo)致建模的復(fù)雜性，特別是對(duì)參數(shù)的精確性的要求也是越來越高；二是刀具的線路復(fù)雜，從而需要對(duì)多方面的因素進(jìn)行全面分析；三是由于使用的編程軟件不同導(dǎo)致刀位文件的格式不同，刀位文件格式之間無法進(jìn)行簡易的轉(zhuǎn)化；四是NC代碼的格式存在不一致的情況。

4 五軸加工中心數(shù)控編程常用技巧

4.1 刀位的軌跡生成技巧

五軸加工中心刀位的路線復(fù)雜，但刀位的軌跡卻是關(guān)乎數(shù)控編程成功與否的關(guān)鍵。刀位的軌跡生成的過程為對(duì)零部件表面按規(guī)則先生成特征點(diǎn)的曲線，再對(duì)特征點(diǎn)曲線進(jìn)行計(jì)算來生成刀位的軌跡。刀位的軌跡生成方法很多，該文介紹常用并且好掌握的一種方法。

等參數(shù)線法計(jì)算的方法和步驟簡單，能夠滿足日常實(shí)踐中遇到的多數(shù)零部件的幾何特征。

4.2 刀具干涉的處理技術(shù)

刀具的干涉就是在刀具運(yùn)動(dòng)的過程中被加工的零部件和其他刀具過切和欠切的情況。這個(gè)問題是在零部件加工的過程中遇到的比較難解決的問題。刀具的干涉可以分為過切、碰撞和超程干涉3種。過切是指曲面的曲率半徑小于刀具的曲率半徑時(shí)所產(chǎn)生的問題。碰撞是指切割工具與加工的曲面發(fā)生碰撞。超程顧名思義，是指刀具位點(diǎn)超出了機(jī)床的工作范圍。通常情況下，可以沿著軸進(jìn)行平移、縱移或者沿著軸線進(jìn)行擺動(dòng)來排除刀具的干涉問題。

4.3 后置處理的實(shí)現(xiàn)技巧

后置處理的任務(wù)包括非線性誤差的處理、速度控制的處理和數(shù)控程序格式的處理。非線性誤差是由刀具相對(duì)于加工部件來說在進(jìn)行加工的過程中存在位置的移動(dòng)，導(dǎo)致零部件的精確度發(fā)生了問題。這個(gè)問題主要是通過增加密集度、切量變殘量和插入新點(diǎn)等方法盡量減少誤差來進(jìn)行解決的。在速度控制上，保持恒定的加工速度特別重要。同時(shí)，也要及時(shí)對(duì)機(jī)床的零部件的速度、慣性等參數(shù)進(jìn)行檢查，并適時(shí)進(jìn)行調(diào)整。數(shù)控程序格式的處理就相對(duì)簡單一些。對(duì)一類零部件編制加工程序，不需要對(duì)每一個(gè)零部件都編一個(gè)程序。加工同一類零部件只是尺寸不相同，可以使用用戶宏，將零件的實(shí)際尺寸數(shù)值用用戶宏進(jìn)行命令賦予變量就可以實(shí)現(xiàn)。

5 結(jié)語

掌握五軸加工中心數(shù)控編程技巧，不僅要掌握基本的幾何知識(shí)、機(jī)械制圖基礎(chǔ)、基礎(chǔ)英語、機(jī)械加工常識(shí)、基礎(chǔ)三維造型技能等理論知識(shí)，更需要在實(shí)踐中進(jìn)行熟練化的練習(xí)，并在程序編寫的過程中發(fā)現(xiàn)問題，摸索解決。

參考文獻(xiàn)

[1] 謝曉亮.基于UG的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的后置處理系統(tǒng)研究[D].武漢：華中科技大學(xué)，2009.

[2] 徐宏海，王莉.數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)與電氣控制[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

[3] 陳濤，彭芳瑜，周云飛.基于結(jié)構(gòu)誤差補(bǔ)償?shù)亩嘧鴺?biāo)機(jī)床后置變換[J].中國制造業(yè)信息化，2003，32（2）：88-90.