1、 第二章 多軸加工刀軸控制設置多軸定位加工是在工件坐標系下將刀軸指向相對于機床Z軸傾斜后形成的固定軸指向來進行加工的，在加工過程中，刀軸指向始終是固定不變的，當用戶坐標系定義好后，刀軸指向就固定于用戶坐標系的Z軸平行（也就是默認的豎直刀軸控制方式），因此多軸定位加工實際上不存在刀軸的控制問題。另一方面如果在加工過程中需要刀軸根據(jù)被加工對象作出即時的指向調(diào)整，就需要在刀具路徑中控制刀軸的指向，從而編制出五軸聯(lián)動的加工刀具路徑。2.1多軸加工刀軸介紹1、控制刀軸的作用刀軸控制是編程時必須要考慮的一項內(nèi)容，它是多軸加工的核心內(nèi)容，也是衡量CAM軟件多軸加工編程功能豐富與否的主要指標之一，用于控制機床

2、兩個旋轉(zhuǎn)軸在切削過程中的運動方式，合理設置刀軸可以生成簡潔、安全的多軸路徑，大大提高零件的加工精度和切削效率，用戶必須根據(jù)實際加工零件特點靈活選擇刀軸控制方式。刀軸具體作用有以下幾個方面：(1)改變刀軸方向，使刀具能夠進入一些帶有負角等難以加工的區(qū)域進行加工；(2)減少刀具的夾持長度，在有限有效刀長下，增加切削深度范圍；(3)改變刀具路徑形狀，使加工過程更順暢，提高加工效率；(4)改變刀具切削狀態(tài)，提高加工面質(zhì)量。2、刀軸方向在做多軸路徑編程前一定要明確刀軸的方向，ES-SurfMill6.0軟件定義的刀軸方向是由刀尖指向刀柄。圖2-1刀軸方向2.2刀軸控制方式在【刀具路徑參數(shù)】里的【刀軸方向

3、】中，用戶可以根據(jù)編程要求選擇相應的刀軸控制方式。圖2-2刀軸控制方式表1 ES-SurfMill6.0軟件刀軸控制一覽刀軸控制方式說明實際舉例豎直刀軸方向保持與當前刀具平面的Z軸方向相同。使用螺旋路徑加工車燈曲面法向刀軸方向始終沿著切削位置的曲面法向。眼鏡盒表面刻字沿切削方向傾斜刀軸方向和切削方向或切削方向的側(cè)向成一定的角度使用前傾角加工葉片面，避免刀尖切削由點起始刀軸方向始終從某個幾何點指向加工面上的點，這個幾何點在加工曲面的下面使用下部一點控制刀軸加工車燈指向點刀軸方向始終是從某一個點指向面上的點，點在面的上部通過上部一點控制刀軸加工缽盂凹腔由曲線起始加工過程中，刀軸方向從傾斜曲線指向加

4、工曲面，曲線在加工面的下面通過底部曲線控制刀軸方向，加工醫(yī)用銼刀指向曲線加工過程中，刀軸方向的傾斜程度受曲線控制，曲線在加工面得上面使用特殊刀具加工彎管內(nèi)腔，通過紅色曲線控制刀軸方向固定方向加工過程中，刀軸始終指向用戶指定的方向固定方向，定位加工換能器與指定軸成一固定角度刀軸方向?qū)⑹冀K與用戶指定軸成一定定角度，并且刀軸總是與固定軸相交與Z軸成一定角度加工紅酒瓶蓋五軸線方向刀軸方向與五軸曲線上對應點的方向相同通過紅色五軸曲線控制刀軸加工葉輪葉片過指定直線該刀軸控制方式只在五軸鉆孔加工中可以使用。選擇該方式，刀軸將通過鉆孔點的直線通過直線控制刀軸加工表殼鑲鉆孔自動系統(tǒng)通過曲面幾何特征自動控制刀軸方

5、向自動控制刀軸加工香水瓶2.2.1 豎直這是三軸加工時默認的刀軸控制方式，刀軸方向始終保持與當前刀具平面的Z軸方向相同。在一些場合可以選擇豎直刀軸控制方式可以使用多軸加工方法生成三軸的加工路徑 ，滿足加工需要。圖2-3豎直刀軸控制方式2.2.2 曲面法向刀軸方向始終沿著切削位置的曲面法向。換句話說，在切削過程中刀軸始終指向?qū)用娣ㄏ颉Ｇ娣ㄏ蚴嵌噍S加工中最常使用的刀軸控制方式。圖2-4曲面法向刀軸控制方式2.2.3 沿切削方向傾斜選擇該方式，用戶可以定義刀軸沿著切削方向相對于初始刀軸傾斜一定的角度。圖2-5沿切削方向傾斜刀軸控制方式沿切削方向傾斜角度是相對初始刀軸方向而言的，初始刀軸方向分為曲

6、面法向、固定方向、豎直三種，在編程時用戶可以根據(jù)需要進行選擇。具體內(nèi)容可分別參考相應的刀軸控制方式。圖2-6初始刀軸方向類型注意：在多軸側(cè)銑加工中，初始刀軸除了豎直、固定方向外，還包括曲面流線方向、垂直于底邊曲線和垂直于切削方向三種方向。圖2-7側(cè)銑功能中的初始刀軸方向類型參數(shù)說明圖例曲面流線方向選擇該方式，刀軸方向?qū)⒀刂媪骶€方向。垂直于底邊曲線選擇該方式，刀軸方向?qū)⒋怪庇诘撞窟吔缜€。垂直于切削方向選擇該方式，刀軸方向?qū)⒋怪庇谇邢鞣较?。確定初始方向后，按要求設置傾斜角度。傾斜角度分為前傾角和側(cè)傾角兩種。具體參數(shù)見下表。參數(shù)說明圖例前傾角度該參數(shù)控制刀軸沿切削方向相對初始刀軸向前或向后傾斜

7、的角度。 前傾方向是依據(jù)切削方向判定的。前傾角度為正時，刀具沿著切削方向向前傾斜；前傾角度為負時，刀具沿著切削方向向后傾斜；雙向往復切削時，傾斜方向與單向切削時保持一致。典型情況下是將刀軸前傾用于避免球頭刀在切削淺灘表面區(qū)域時，刀具的切削點發(fā)生在球刀的刀尖點（線速度為零的點，也稱靜點），一般前傾角度設置為15度。側(cè)傾角度該參數(shù)控制刀軸沿切削方向相對初始刀軸向左或向右傾斜的角度。 傾斜方向依據(jù)右手定則判定。沿切削方向看，側(cè)傾角度為正時，刀具向右傾斜；側(cè)傾角度為負時，刀具向左傾斜；雙向往復切削時，傾斜方向判定與單向切削時一致。設置側(cè)傾角有兩個作用，一是用于避免在銑削零件陡峭側(cè)壁時，刀具與工件發(fā)生碰

8、撞；二是當?shù)毒邚牧慵臏\灘區(qū)域銑刀陡峭區(qū)域時（為爬坡式的銑削），允許使用小直徑刀具代替大直徑刀具來進行銑削。通常情況下，設置側(cè)傾角是為了避免刀具夾持與工件發(fā)生碰撞。曲面流線校正刀軸方向選擇該參數(shù)，使用曲面流線對刀軸進行校正，可以使刀軸沿著曲面的流線方向側(cè)傾，這樣加工時刀軸運動更加流暢，殘料更小。 用底部邊界的刀軸方向選擇該參數(shù)，將使用與切削位置參數(shù)對應的底部邊界的刀軸方向。2.2.4 由點起始使用該刀軸控制方式，刀軸方向始終由指定點指向路徑點，在加工過程中刀軸的角度是連續(xù)變化的。由點起始這種刀軸控制方式適用于凸模型的加工，特別是帶有陡峭凸壁、負角面的零件的加工。圖2-8由點起始刀軸控制方式參數(shù)

9、說明圖例點該參數(shù)控制指定點的位置，用戶可以通過以下兩種方式設置點的位置：(1)用戶可以通過（X，Y，Z）設置點的坐標。(2)通過點擊拾取指定點位置。 側(cè)傾角度該參數(shù)控制刀軸沿切削方向相對初始刀軸向左或向右傾斜。 注意：指定點必須位于刀具與加工面接觸點的另一側(cè)。2.2.5指向點 使用該刀軸控制方式，刀軸方向始終由路徑點指向指定點，與由點起始正好相反，在加工過程中刀軸的角度也是連續(xù)變化的。這種刀軸控制方式適用于凹模型的加工，特別是帶有型腔、負角面的凹模零件。圖2-9指向點刀軸控制方式參數(shù)說明圖例點該參數(shù)控制指定點的位置，用戶可以通過以下兩種方式設置點的位置：(1)用戶可以通過（X，Y，Z）設置點的

10、坐標。 (2)通過點擊拾取指定點位置。側(cè)傾角度該參數(shù)控制刀軸沿切削方向相對初始刀軸向左或向右傾斜。 注意：指定點必須位于刀具與加工面接觸點的同側(cè)。2.2.6 指向曲線使用該刀軸控制方式，加工過程中刀軸始終與刀軸曲線相交，刀軸方向由路徑點指向刀軸曲線上的點。該刀軸控制方式適合加工管道類或葉輪根部時的刀軸控制 。圖2-10指向曲線刀軸控制方式參數(shù)對應方式參數(shù)用來控制刀具路徑與刀軸曲線的對應方式，包括最近距離對應、U向參數(shù)對應、V向參數(shù)對應三種方式。圖2-11參數(shù)對應方式方式說明圖例最近距離對應刀軸始終通過刀軸曲線，刀尖點與刀軸曲線保持最近距離。U向參數(shù)對應選擇該方式，刀具路徑點沿U方向與刀軸曲線參

11、數(shù)對應。V向參數(shù)對應選擇該方式， 刀具路徑點沿V方向與刀軸曲線參數(shù)對應。注意：（1）刀軸曲線必須位于刀具與加工面接觸點的同側(cè)；（2）刀軸曲線通常為一根光滑的單條曲線。（3）可以通過側(cè)傾角度參數(shù)設置傾斜角度。圖2-12傾斜角度2.2.7由曲線起始使用該刀軸控制方式，加工過程中刀軸始終與刀軸曲線相交，刀軸方向由刀軸曲線上的點指向路徑點。圖2-13由曲線起始刀軸控制方式參數(shù)對應方式參數(shù)用來控制刀具路徑與刀軸曲線的對應方式，包括最近距離對應、U向參數(shù)對應、V向參數(shù)對應三種方式。圖2-14參數(shù)對應方式方式說明圖例最近距離對應刀尖點與刀軸曲線始終保持最近距離。U向參數(shù)對應刀具路徑點沿U方向與刀軸曲線參數(shù)對

12、應。V向參數(shù)對應刀具路徑點沿V方向與刀軸曲線參數(shù)對應。注意：（1）刀軸曲線必須位于刀具與加工面接觸點的另一側(cè)；（2）刀軸曲線通常為一根光滑的單條曲線。（3）可以通過側(cè)傾角度參數(shù)設置傾斜角度。圖2-15傾斜角度2.2.8固定方向選擇該方式，刀軸始終指向用戶指定的固定方向，類似建立一個坐標系，做三軸加工。圖2-16固定方向刀軸控制方式該參數(shù)控制指定的方向，用戶可以通過以下兩種方式設置方向：（1）通過（I，J，K）設置指定軸方向； （2）通過點擊拾取一個指定軸方向。圖2-17方向設置2.2.9與指定軸成一定角度根據(jù)傾斜角度定義方式不同，與指定軸成一定角度分為固定值和分段設置兩種刀軸控制方式。 圖2-

13、18與指定軸成一定角度刀軸控制方式2.2.9.1 固定值選擇該方式，刀軸方向?qū)⑹冀K與用戶指定軸成固定角度，并且刀軸總是與固定軸相交。這種刀軸控制方式，加工時表現(xiàn)為主動軸轉(zhuǎn)到一個固定角度后不動，旋轉(zhuǎn)軸參與連續(xù)加工，即四軸半加工。圖2-19固定值方式參數(shù)說明圖例點該參數(shù)控制指定軸的位置，用戶可以通過以下兩種方式設置點的位置： (1)用戶可以通過（X，Y，Z）設置點的坐標；(2)通過點擊拾取指定點位置。方向該參數(shù)控制指定軸的方向，用戶可以通過以下兩種方式設置方向：(1)通過（I，J，K）設置指定軸方向；(2)通過點擊拾取一個指定軸方向。傾斜角度該參數(shù)控制刀軸相對指定軸的傾斜角度。 2.2.9.2 分

14、段設置選擇該方式，用戶可以通過定義在幾個參數(shù)位置點刀軸相對指定軸的傾斜角度分段控制刀軸，段間刀軸采用漸變方式過渡。通過定義在幾個位置點刀軸相對指定軸的傾斜角度分段控制刀軸，段間刀軸采用漸變方式過渡，圖2-20分段設置方式參數(shù)說明圖例點該參數(shù)控制指定軸的位置，用戶可以通過以下兩種方式設置點的位置： (1)用戶可以通過（X，Y，Z）設置點的坐標。(2)通過點擊拾取指定點位置。方向該參數(shù)控制指定軸的方向，用戶可以通過以下兩種方式設置方向： (1)通過（I，J，K）設置指定軸方向；(2)通過點擊拾取一個指定軸方向。傾斜角度變化方式該參數(shù)控制分段設置傾斜角度時，傾斜角度的變化方式。沿U向變化選擇該方式，

15、將沿U向分段設置刀軸相對指定軸角度。沿V向變化選擇該方式，將沿V向分段設置刀軸相對指定軸角度。傾斜角度設置個數(shù)用戶可以根據(jù)需要設置傾斜角度參數(shù)位置點個數(shù)。第n點用戶可以設置每一個點的參數(shù)位置和傾斜角度。2.2.10 五軸線方向選擇該方式，刀軸方向?qū)⑴c五軸曲線上對應點的方向相同。圖2-21五軸線方向刀軸控制方式參數(shù)說明圖例參數(shù)對應方式該參數(shù)控制刀具路徑與五軸曲線的對應方式，詳細說明請參照參數(shù)對應方式。優(yōu)先經(jīng)過豎直方向選擇該選項，相鄰兩個五軸曲線控制點間刀軸優(yōu)先經(jīng)過豎直方向變化；不選該選項，優(yōu)先經(jīng)過水平方向變化。方位角差值選擇【優(yōu)先經(jīng)過豎直方向】時，用戶可以設置該參數(shù)，當相鄰五軸曲線控制點刀軸方位

16、角差值超過用戶設定值時，將優(yōu)先經(jīng)過豎直方向變化，否則優(yōu)先經(jīng)過水平方向變化。側(cè)傾角度該參數(shù)控制刀軸在切削方向上相對初始刀軸向左或向右傾斜的角度參數(shù)對應方式參數(shù)控制刀具路徑與五軸曲線的對應方式。圖2-22參數(shù)對應方式方式說明圖例最近距離對應刀軸方向保持與路徑點最近距離對應的五軸曲線方向?qū)?。U向參數(shù)對應U向路徑點的刀軸方向與五軸曲線參數(shù)對應。V向參數(shù)對應V向路徑點的刀軸方向與五軸曲線參數(shù)對應。2.2.11 過指定直線該刀軸控制方式只在五軸鉆孔加工中可以使用。選擇該方式，刀軸將通過鉆孔點的刀軸直線。圖2-23過指定直線刀軸控制方式注意：（1）刀軸直線必須通過鉆孔點，每個鉆孔點對應一條刀軸直線；（2）

17、刀軸直線方向必須與刀軸方向一致。2.2.12自動選擇該方式，系統(tǒng)通過曲面幾何特征自動控制刀軸方向，主要應用于多軸側(cè)銑加工，四軸旋轉(zhuǎn)加工。圖2-24自動刀軸控制方式注意： 五軸曲線加工時，用戶還可以設置【優(yōu)先經(jīng)過豎直方向】。選擇該選項，相鄰兩個五軸曲線控制點間刀軸優(yōu)先經(jīng)過豎直方向變化；不選該選項，有可能會經(jīng)過水平方向變化,生成的路徑不符合要求。圖2-25優(yōu)先經(jīng)過豎直方向2.3 刀軸控制中的其它參數(shù)2.3.1最大角度增量 該參數(shù)允許用戶定義相鄰兩路徑節(jié)點刀軸的最大角度增量。五軸輸出的路徑包括刀尖位置和刀軸方向，相鄰路徑點刀軸方向變化不允許超過設置的最大角度增量。圖2-26最大角度增量減小【最大角度增量】值會增加路徑節(jié)點數(shù)量，增大最大角度增量值會減少路徑節(jié)點數(shù)量。圖2-27改變最大角度增量路徑節(jié)點數(shù)變化2.3.2刀軸限界刀軸限界是在路徑生成的過程中，控制刀軸的擺動范圍。圖2-28刀軸限界勾選“刀軸限界”選項后可以進行旋轉(zhuǎn)軸、刀軸與旋轉(zhuǎn)軸夾角和無效路徑點處理方式等參數(shù)的設置。參數(shù)說明圖例旋轉(zhuǎn)軸選擇X，Y或Z軸為旋轉(zhuǎn)軸