五轴数控编程教学

五轴数控编程教学

孙振辉

孙振辉中国洛阳一拖高级技工学校河南洛阳471000

中图分类号：G624文献标识码：A文章编号：41-1413（2012）03-0000-01

五轴联动数控机床是一种科技含量高、精密度高专门用于加工复杂曲的机床，这种机床系统对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业，有着举足轻重的影响力。大家普遍认为，五轴联动数控机床系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等等加工的唯一手段。在使用和编程过程中，主要解决刀具轨迹、后处理程序开发以及五轴联动机床模拟。

一、五轴数控铣削刀具轨迹

在利用CAM软件进行五轴数控铣削刀具轨迹编制时，主要内容包括刀具轴矢量控制、轨迹驱动方式、进退刀处理、五轴数控机床后处理与五坐标机床加工仿真模拟等方面的工作。由于五轴加工时产品的复杂性和刀具轴控制的灵活性和多样性，导致五坐标联动加工编程的难度和复杂性较大。一般CAM软件都提供五轴铣削数控编程功能，其主要包括（1）旋转四轴：多用于带旋转工作台或配备绕X、Y轴的旋转台的的四轴加工；如对外圆上的槽或型腔进行加工；（2）五轴底刃铣削：用于铣刀的底刃对空间曲面进行加工，避免传统球头刀的加工，此时需要对刀轴矢量进行合理的控制；（3）侧刃五轴：利用铣刀的侧刃对空间的曲面进行加工，避免球头刀的R切削，能大幅度提高曲面粗精加工的效率；（4）五轴顺序铣削与五面体加工：多用于铣削工步内容比较多的多面体加工，如立卧转换五面体加工中心可一次加工产品上的五个面或内外腔的场合，多用于工序的复合化加工；（5）曲线五轴：对空间的曲面曲线进行五轴曲线加工；（6）五轴钻孔：对空间的孔进行钻孔加工，多用于孔的位置不再三个基准平面上比较特殊的场合，如圆锥面上的孔或产品上孔位的轴线方向变化的场合。

四轴五轴加工的基础是理解刀具轴的矢量变化。四轴五轴加工的关键技术之一是刀具轴的矢量（刀具轴的轴线矢量）在空间是如何发生变化的，而刀具轴的矢量变化是通过摆动工作台或主轴的摆动来实现的。对于矢量不发生变化的固定轴铣削场合，一般用三轴铣削即可加工出产品，五轴加工关键就是通过控制刀具轴矢量在空间位置的不断变化或使刀具轴的矢量与机床原始坐标系构成空间某个角度，利用铣刀的侧刃或底刃切削加工来完成。刀具轴的矢量变化控制一般有固定矢量、曲面法线、固定点、直线导动、直纹面导动、刀具轨迹投影、点位与任意矢量连续插补等方式。

UnigraphicsNX软件在刀具轴矢量控制方面表现得更加灵活，尤其是其提供的插补刀具轴矢量控制和顺序铣削编程功能能够使得用户很轻松得完成所期望的五坐标联动铣削刀具轨迹目标。

CAXA制造工程师2011版具备五轴铣削编程功能，设置较为简单，学生入手较快，有利于初学者理解五轴铣削编程功能的认识和理解。一般使用CAXA制造工程师打基础，使得UnigraphicsNX软件更容易理解。

二、后处理程序开发模式

五坐标数控铣削加工编程的后处理程序开发的主要内容包括：①算法处理：主要针对多坐标加工时的坐标变换、跨象限处理、进给速度控制。②数控系统控制指令的输出：主要包括机床种类及机床配置、机床的定位、插补、主轴、进给、暂停、冷却、刀具补偿、固定循环、程序头尾输出等方面的控制。③格式转换：数据类型转换与圆整、字符串处理等：主要针对数控系统的输出格式如单位、输出地址字符等方面的控制。UnigraphicsNX采用UGPostBuilder，采用基于TCL语言的二次开发功能完成用户开发。CAXA制造工程师2011版不具备针对各种数控系统用户二次开发功能，常用RTCP功能对机床的运动精度和数控编程进行简化，利用软件自带的后处理文件编程，灵活性和针对性不好，但作为教学足够了。

三、机床加工仿真模拟

美国CGTech的产品VERICUT，它可用来在编程阶段校验加工程序的准确性，能够让编程人员对NC加工环境进行仿真。应用VERICUT，可对包括工装夹具在内的整个机床建模，它的易修改的控制程序库使得NC程序在仿真环境中的运行，完全模拟了在机床上的运行。一些CAM系统本身具备校验功能，内部校验检查的是内部的CAD/CAM数据，它们在上机床执行前往往已被转换多次了。外部校验系统则不仅能检查内部CAM文件，还能够校验G代码。NC校验软件能够校验不同CAM系统生成的程序，用同样的手段校验所有的NC程序，使编程人员能够对所用的各种CAM系统得到稳定的可靠的结果。NC校验软件能够减少甚至省略在机床上进行人工的修正，这不仅节省了编程时间，更能使机床被解放出来完全用于加工产品。校验程序还可使返工、加工出废品和损坏加工刀具的可能性降到最低。

上海宇龙公司的产品宇龙多轴数控仿真软件也可用于四轴五轴铣削编程的仿真加工，由于不具备对机床建模功能，因此作为教学是可以的。

四、结束语

本文以实例的形式简略介绍了五轴数控编程的关键技术，相关的内容还有很多，但限于篇幅在此不再过多介绍，读者可参考其中，举一反三。