1、五軸加工與數(shù)控仿真技術(shù),內(nèi)容提要,五軸加工技術(shù)及五軸機床介紹 五軸數(shù)控編程技術(shù)介紹（以PowerMill為例） 五軸數(shù)控仿真介紹（以Vericut為例） 五軸數(shù)控編程與仿真實例,介紹,五軸聯(lián)動加工中心有高效率、高精度的特點，工件一次裝夾就可完成復(fù)雜的加工。能夠適應(yīng)像汽車零部件、飛機結(jié)構(gòu)件等現(xiàn)代產(chǎn)品與模具的加工。 五軸加工中心是一種高科技的手段，它讓不可能變成了可能，一切的空間曲面，異型加工都可以完成實現(xiàn)。它不但能夠完成復(fù)雜工件完成機械化加工的任務(wù)，而且還能夠快速提高加工效率，縮短加工流程。,為什么使用五軸？,加工一個帶有三維曲線的平面時取得最佳切削狀態(tài),為什么使用？,在機床區(qū)域任何任何地方加工

2、幾何形狀，刀具軸的設(shè)置角必須是可變的,為什么使用？,銑削深槽刀具不夠長？刀具伸出太長？刀具太小，剛性不足 ？,為什么使用？,葉輪等具有空間角度曲面的復(fù)雜加工,什么是多軸加工,所謂多軸加工就是在原有三軸加工的基礎(chǔ)上增加了旋轉(zhuǎn)軸的加工.如4軸、五軸等。,五軸軸表,五軸：3個線性（linear axis）2個旋轉(zhuǎn)軸（rotary axis）,機床運動的比較,三軸,五軸（高精度需求）,CNC編程軸的定義,以坐標(biāo)軸X、Y、Z描述CNC程序中的設(shè)定位置，以方向矢量描述刀軸的方向,三軸加工,刀軸矢量沿著整個切削路徑過程始終不變 控制路徑軸 X、Y、Z,32軸（定位五軸）,刀軸矢量可改變，但固定后沿著整個切削

3、路徑過程不變 控制路徑軸 X、Y、Z 參與旋轉(zhuǎn)軸A(B)、C,五軸聯(lián)動,整個切削路徑過程刀軸矢量可根據(jù)要求而改變 控制路徑軸 X、Y、Z 控制旋轉(zhuǎn)軸A(B)、C,五軸機床類型,TableTable 刀軸方向不動，兩個旋轉(zhuǎn)軸均在工作臺上；工件加工時隨工作臺旋轉(zhuǎn)，須考慮裝夾承重，能加工的工件尺寸比較小。,俯垂型：旋轉(zhuǎn)軸不與直線軸相垂直,五軸機床類型,TableTable 刀軸方向不動，兩個旋轉(zhuǎn)軸均在工作臺上；工件加工時隨工作臺旋轉(zhuǎn)，須考慮裝夾承重，能加工的工件尺寸比較小。,五軸機床類型,TableTable 非正交,五軸機床類型,HeadHead 工作臺不動，兩個旋轉(zhuǎn)軸均在主軸上。機床能加工的工件

4、尺寸比較大。,俯垂型：旋轉(zhuǎn)軸不與直線軸相垂直,五軸機床類型,HeadHead 工作臺不動，兩個旋轉(zhuǎn)軸均在主軸上。機床能加工的工件尺寸比較大。,五軸機床類型,TableHead 兩個旋轉(zhuǎn)軸分別放在主軸和工作臺上，工作臺旋轉(zhuǎn)，可裝夾較大的工件；主軸擺動，改變刀軸方向靈活,五軸機床類型,TableHead 兩個旋轉(zhuǎn)軸分別放在主軸和工作臺上，工作臺旋轉(zhuǎn)，可裝夾較大的工件；主軸擺動，改變刀軸方向靈活,五軸加工的優(yōu)點,一次裝夾完成三軸加工多次裝夾才能完成的加工內(nèi)容。如斜頂、滑塊和電極。,五軸加工的優(yōu)點,用更短的刀具伸長加工陡峭側(cè)面，提高加工的表面質(zhì)量和效率。,五軸加工的優(yōu)點,直紋面或斜平面可充分利用刀具側(cè)

5、刃和平刀底面進(jìn)行加工，加工的效率和質(zhì)量更高。,五軸加工的優(yōu)點,五軸加工和高速加工結(jié)合，使模具加工逐步告別放電加工，并改變模具的零部件和制造工藝，大大的縮短模具制造周期。,五軸機床運動,加工工件時機床工藝選用,五軸機床運動,刀具長度對機床運動的影響,方向的改變對直線軸運動的影響,RTCP功能,1.RTCP（Rotary tool center point）功能是指刀軸旋轉(zhuǎn)后為保持刀尖不變五軸controller自動計算并執(zhí)行線性軸補償； RTCP ON時，機床各線性軸在旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)系內(nèi)移動。 2.對于沒有RTCP功能的五軸機床，后處理輸出程序在工件裝夾完測量出基準(zhǔn)點到機床中心距離之后才能做；對于

6、有RTCP功能的，后處理輸出程序無需考慮工件在機床上的具體位置。 3.,RTCP功能,Part Position on the table工件在工作臺的定位 With RTCP enabled, the datum of the part can be clocked with ease，有RTCP功能，工件的基準(zhǔn)位置任意 Without RTCP enabled, the PowerMILL NC Programmust be output with a Workplane positioned at themachines 0 0 0，對于沒有RTCP功能的機床，PowerMILL的NC程

7、序必須以機床坐標(biāo)系零點來輸出,五軸數(shù)控編程技術(shù)介紹,以PowerMill為例,DELCAM,Delcam 是世界領(lǐng)先的專業(yè) CAD/CAM 軟件公司。Delcam Plc總部位于英國名城Birmingham 。Delcam軟件的研發(fā)起源于世界著名學(xué)府劍橋大學(xué)，經(jīng)過三十多年的發(fā)展，Delcam軟件系列橫跨產(chǎn)品設(shè)計、模具設(shè)計、產(chǎn)品加工、模具加工、逆向工程、藝術(shù)設(shè)計與雕刻加工、質(zhì)量檢測和協(xié)同合作管理等應(yīng)用領(lǐng)域。,PowerMILL 高效初加工,PowerMILL 中包含有多個全新的高效初加工策略，這些策略充分利用了最新的刀具設(shè)計技術(shù)，從而實現(xiàn)了側(cè)刃切削或深度切削。,插銑區(qū)域清除加工,高速精加工策略,

8、PowerMILL 提供了多種高速精加工策略，如三維偏置、等高精加工和最佳等高精加工、螺旋等高精加工等策略。這些策略可保證切削過程光順、穩(wěn)定，確保能快速切除工件上的材料，得到高精度、光滑的切削表面。,等高精加工,最佳等高精加工,螺旋等高精加工,曲面精加工策略,參數(shù)偏置精加工,高效的刀具路徑連接,刀具路徑修圓功能,五軸刀軸矢量控制,1.五軸刀軸矢量控制是CAM系統(tǒng)五軸技術(shù)的核心 2.五軸CAM系統(tǒng)給出每個切削點刀具的刀位點（X,Y,Z)和刀軸矢量(I,J,K)，五軸后處理器將刀軸矢量（I,J,K）轉(zhuǎn)化為不同機床的旋轉(zhuǎn)軸需要轉(zhuǎn)動的角度（A,B,C中的兩個）；然后計算出考慮了刀軸旋轉(zhuǎn)之后線性軸需要移

9、動的各軸位移（X,Y,Z）。 3.PowerMILL 五軸刀軸矢量控制的方式豐富靈活，可通過投影方向、點、直線、曲線、平面、曲面來控制，是領(lǐng)先的五軸聯(lián)動加工系統(tǒng)。,PM刀軸控制,前、側(cè)傾角,側(cè)傾角使刀軸繞切削方向側(cè)旋一個角度從而避免刀尖切削Lean Angle defines a rotation of the Tool axis at right angles to the direction of travel 正角時為右傾，負(fù)角時為左傾Can be positive or negative to indicate a right/ left lean 設(shè)置側(cè)傾角能有效避免刀具干涉Usef

10、ul to avoid collisions when machining close to obstacles,刀軸通過點From a Point,使刀軸總是通過某一固定點從而避免刀尖切削The tool is aligned so that the axis passes through a specified point with the cutting end pointing away from the point,刀軸通過直線Towards a Line,刀軸總是通過直線上的點對齊，從而避免刀尖切削 The tool is aligned so that the axis pass

11、es through a specified line with the cutting end pointing towards the line,刀軸總是通過用戶定義直線上的點 Tool axis will always pass through the user-defined line,刀軸通過3D曲線Through a 3D curve,提供了比直線更靈活有效的刀軸控制策略 Offers much more control and flexibility than line 刀軸總是通過用戶定義的曲線 Tool axis will always pass through the us

12、er-defined curve,PowerMILL多軸路徑策略,PowerMILL豐富的三軸粗加工和精加工刀路策略全部能用于五軸加工。 有多種專用的5軸加工策略,驅(qū)動曲面Drive Surface,投影方向和刀軸方向由驅(qū)動曲面（銀色面）決定 Projection direction and tool orientation determined by drive surface (silver) 驅(qū)動曲面為單一曲面，而模型為多曲面模型Single drive surface but multi-surface part,狹槽的5軸加工,3軸加工球刀清角時會留下圓角，必須手動加刀路清出直角 5

13、軸加工則可用平底刀清出利角，無需在再后續(xù)電極清角 不用后續(xù)電極清角就意味著節(jié)省時間提高加工質(zhì)量,Swarf加工Swarf Machining,Swarf加工使用刀具側(cè)刃切削Swarf Machining cuts with the side of the tool 由于切削刀具是直刃，所以只能加工可展開的曲面（直紋面）It can only be used with developable surfaces as cutter side is straight 切削的深度可由下切步距和曲面寬度控制Depth of cut can be controlled by a fixed stepove

14、r or fraction of surface width,用錐度刀做Swarf加工Swarf machining with tapered tools,允許使用更大的刀具Allows larger tools to be used 能夠切除更多的余量Removes more material 使工件的裝夾更靈活I(lǐng)ncreases flexibility possible in fixtures,線框Swarf加工Swarf machining from wireframe,在曲面不能真正展開(非直紋面）的時候特別適用Suitable where surfaces are not truly

15、 developable 在曲面內(nèi)部結(jié)構(gòu)很差時特別適用 Suitable where internal surface structure is poor 在曲面邊緣加工不理想時特別適用 Suitable where edge matching is not perfect,Wireframe,Toolpath,5軸鉆孔5-Axis Drilling,PowerMILL能夠自動識別其他CAD系統(tǒng)產(chǎn)生的孔特征，并自動產(chǎn)生五軸鉆孔刀路 對于Heidenhain 等有working plane功能的五軸controller，Ductpost以鉆孔循環(huán)輸出；對于Andron等不支持working pl

16、ane的五軸controller，Ductpost以普通線性插補G01輸出。,PowerMILL針對發(fā)動機等的彎形管件有從粗加工到精加工的一套加工方案,彎管加工模塊Port machining,整體葉盤加工模塊New module for blisks and impellers,新的加工模組使得整體葉盤編程速度明顯提高,自動防護(hù)選項Auto-avoid option,自動調(diào)整刀路避免碰撞Automatically adjusts toolpath to avoid collision 在公差范圍內(nèi)自動調(diào)整刀軸方向避免干涉Changes tool axis automatically to a

17、void obstruction by tolerance specified,刀軸控制自動避免碰撞,刀軸定義更智能 靈活 確保最短的刀具 伸出長度 提高五軸編程加 工效率 可在同一程序中定 義兩組刀軸選項,刀軸控制交互式刀軸編輯,在不同的區(qū)域應(yīng)用最適合的切削條件 刀軸矢量平滑,保證加工質(zhì)量 可在同一程序中定義多組刀軸,高速高質(zhì)的保障點分布控制,不同的加工條件啟用相應(yīng)的點分布控制 矢量平滑,五軸機床仿真,1.五軸刀具路徑完全自動防過切和自動刀頭碰撞檢查。該特性跟三軸加工一樣良好。 2.建立實際五軸機床模型，有效避免機臺碰撞。五軸加工跟三軸加工最大的不同，就是前者由于工作臺或刀頭的擺動和旋轉(zhuǎn)，加

18、工過程中容易發(fā)生主軸或刀頭刀具跟工件、夾具、工作臺碰撞。區(qū)別于三軸加工只需注意到的刀頭跟工件的碰撞，我們將其稱為機臺碰撞。這樣通過仿真無碰撞的程序，就可以放心的在五軸機床上運行。,DMU160P,OPS650,Mikron UCP710,仿真與驗證,PowerMILL的仿真可選項現(xiàn)擴展到包含了驗證功能； Simulation option in PowerMILL has now been extended to include verification 程序上機床之前，在計算機上進(jìn)行檢查； Allows programs to be checked on the computer before being sent to the machine,五軸數(shù)控仿真介紹 （以VERICUT為例）,為什么需要軟件模擬仿真？,NC程序有錯 編程人員粗心大意 CAM軟件系統(tǒng)有錯 后置處理有誤 工裝及其他輔助設(shè)備有干涉情況 刀具長度不夠 刀柄發(fā)生干涉 切削參數(shù)不合理 需要較準(zhǔn)確地掌握零件加工時間以便安排生產(chǎn)計劃 手工編制的程序如何驗證,VERICUT簡介,VERICUT是美國CGTech公司開發(fā)一款專業(yè)的數(shù)控加工仿真軟件，是當(dāng)前全球數(shù)控加工程序驗證、機床模擬、工藝程序優(yōu)化軟件領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者。 該軟件自1988年開始推向市場以來，始終與世界先進(jìn)