五軸加工與數(shù)控仿真

五軸加工與數(shù)控仿真第一頁，共62頁。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)控編程與仿真實例第二頁，共62頁。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。第三頁，共62頁。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)第四頁，共62頁。為什么使用？在機床區(qū)域任何任何地方加工幾何形狀，刀具軸的設(shè)置角必須是可變的第五頁，共62頁。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……？第六頁，共62頁。為什么使用？葉輪等具有空間角度曲面的復(fù)雜加工第七頁，共62頁。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。第八頁，共62頁。五軸軸表五軸：3個線性（linearaxis）＋2個旋轉(zhuǎn)軸（rotaryaxis）第九頁，共62頁。機床運動的比較三軸五軸（高精度需求）第十頁，共62頁。CNC編程軸的定義以坐標軸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第十一頁，共62頁。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第十二頁，共62頁。3＋2軸（定位五軸）刀軸矢量可改變，但固定后沿著整個切削路徑過程不變控制路徑軸X、Y、Z參與旋轉(zhuǎn)軸A(B)、C第十三頁，共62頁。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第十四頁，共62頁。五軸機床類型Table－Table

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第十五頁，共62頁。五軸機床類型Table－Table

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。第十六頁，共62頁。五軸機床類型Table－Table非正交第十七頁，共62頁。五軸機床類型Head－Head

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。俯垂型：旋轉(zhuǎn)軸不與直線軸相垂直第十八頁，共62頁。五軸機床類型Head－Head

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。第十九頁，共62頁。五軸機床類型Table－Head

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，改變刀軸方向靈活第二十頁，共62頁。五軸機床類型Table－Head

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，改變刀軸方向靈活第二十一頁，共62頁。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。第二十二頁，共62頁。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。第二十三頁，共62頁。五軸加工的優(yōu)點直紋面或斜平面可充分利用刀具側(cè)刃和平刀底面進行加工，加工的效率和質(zhì)量更高。第二十四頁，共62頁。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。第二十五頁，共62頁。五軸機床運動加工工件時機床工藝選用第二十六頁，共62頁。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第二十七頁，共62頁。RTCP功能1.RTCP（Rotarytoolcenterpoint）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；RTCPON時，機床各線性軸在旋轉(zhuǎn)后的坐標系內(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點到機床中心距離之后才能做；對于有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.第二十八頁，共62頁。RTCP功能PartPositiononthetable工件在工作臺的定位WithRTCPenabled,thedatumofthepartcanbe

clockedwithease，有RTCP功能，工件的基準位置任意WithoutRTCPenabled,thePowerMILLNCProgram

mustbeoutputwithaWorkplanepositionedatthe

machines000，對于沒有RTCP功能的機床，PowerMILL的NC程序必須以機床坐標系零點來輸出第二十九頁，共62頁。五軸數(shù)控編程技術(shù)介紹以PowerMill為例第三十頁，共62頁。DELCAMDelcam是世界領(lǐng)先的專業(yè)CAD/CAM軟件公司。DelcamPlc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。第三十一頁，共62頁。PowerMILL高效初加工賽車線加工Delcam擁有專利權(quán)的賽車線加工策略。在此策略中，隨刀具路徑切離主形體，初加工刀路將變得越來越平滑，這樣可避免刀路突然轉(zhuǎn)向，從而降低機床負荷，減少刀具磨損，實現(xiàn)高速切削。螺旋區(qū)域清除加工對某些幾何形體位置可使用螺旋策略來替代偏置策略，使刀具做連續(xù)、平滑移動，從而可最小化刀具的空程移動，減小整體加工時間，同時刀具負荷更穩(wěn)定，減少刀具的加速和減速，保持更穩(wěn)定的切屑負荷，從而減少刀具的磨損和損壞。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。馬蹄形連接區(qū)域清除可在一定行距條件下增加一些特殊的刀具路徑末端，產(chǎn)生比圓形連接更加光順的'馬蹄形'連接，從而改善區(qū)域清除刀具路徑的殘留刀痕，延長刀具壽命，降低整體加工時間和成本。自動擺線加工這是一種組合了偏置初加工和擺線加工策略的加工策略。它通過自動在需切除大量材料的地方使用擺線初加工策略，而在其它位置使用偏置初加工策略，從而避免使用傳統(tǒng)偏置初加工策略中可能出現(xiàn)的高切削載荷。由于在材料大量聚積的位置使用了擺線加工方式切除材料，因此降低了刀具切削負荷，提高了載荷的穩(wěn)定性，因此，可對這些區(qū)域?qū)崿F(xiàn)高速加工。殘留粗加工殘留刀具路徑將切除前一大刀具未能加工到而留下的區(qū)域，小刀具將僅加工剩余區(qū)域，這樣可減少切削時間。

DelcamPowerMILL在殘留初加工中引入了殘留模型的概念。使用新的殘留模型方法進行殘留初加工可極大地加快計算速度，提高加工精度，確保每把刀具能進行最高效率切削。這種方法尤其適合于需使用多把尺寸逐漸減小的刀具進行切削的零件?？呻S時查看殘留模型狀態(tài)，幫助選取加工策略和刀具尺寸。插銑區(qū)域清除加工第三十二頁，共62頁。高速精加工策略螺旋三維偏置精加工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第三十三頁，共62頁。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)。第三十四頁，共62頁。PM刀軸控制第三十五頁，共62頁。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LeanAngledefinesarotationoftheToolaxisatrightanglestothedirectionoftravel正角時為右傾，負角時為左傾Canbepositiveornegativetoindicatearight/leftlean設(shè)置側(cè)傾角能有效避免刀具干涉Usefultoavoidcollisionswhenmachiningclosetoobstacles第三十六頁，共62頁。刀軸通過點

FromaPoint使刀軸總是通過某一固定點從而避免刀尖切削Thetoolisalignedsothattheaxispassesthroughaspecifiedpointwiththecuttingendpointingawayfromthepoint第三十七頁，共62頁。刀軸通過直線

TowardsaLine刀軸總是通過直線上的點對齊，從而避免刀尖切削

Thetoolisalignedsothattheaxispassesthroughaspecifiedlinewiththecuttingendpointingtowardstheline刀軸總是通過用戶定義直線上的點Toolaxiswillalwayspassthroughtheuser-definedline第三十八頁，共62頁。刀軸通過3D曲線

Througha3Dcurve提供了比直線更靈活有效的刀軸控制策略

Offersmuchmorecontrolandflexibilitythanline刀軸總是通過用戶定義的曲線

Toolaxiswillalwayspassthroughtheuser-definedcurve第三十九頁，共62頁。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軸加工策略第四十頁，共62頁。驅(qū)動曲面

DriveSurface投影方向和刀軸方向由驅(qū)動曲面（銀色面）決定

Projectiondirectionandtoolorientationdeterminedbydrivesurface(silver)驅(qū)動曲面為單一曲面，而模型為多曲面模型Singledrivesurfacebutmulti-surfacepart第四十一頁，共62頁。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)量第四十二頁，共62頁。Swarf加工

SwarfMachiningSwarf加工使用刀具側(cè)刃切削SwarfMachiningcutswiththesideofthetool由于切削刀具是直刃，所以只能加工可展開的曲面（直紋面）Itcanonlybeusedwithdevelopablesurfacesascuttersideisstraight切削的深度可由下切步距和曲面寬度控制Depthofcutcanbecontrolledbyafixedstepoverorfractionofsurfacewidth第四十三頁，共62頁。用錐度刀做Swarf加工

Swarfmachiningwithtaperedtools允許使用更大的刀具Allowslargertoolstobeused能夠切除更多的余量Removesmorematerial使工件的裝夾更靈活I(lǐng)ncreasesflexibilitypossibleinfixtures第四十四頁，共62頁。線框Swarf加工

Swarfmachiningfromwireframe在曲面不能真正展開(非直紋面）的時候特別適用Suitablewheresurfacesarenottrulydevelopable在曲面內(nèi)部結(jié)構(gòu)很差時特別適用Suitablewhereinternalsurfacestructureispoor在曲面邊緣加工不理想時特別適用SuitablewhereedgematchingisnotperfectWireframeToolpath第四十五頁，共62頁。5軸鉆孔

5-AxisDrillingPowerMILL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workingplane功能的五軸controller，Ductpost以鉆孔循環(huán)輸出；對于Andron等不支持workingplane的五軸controller，Ductpost以普通線性插補G01輸出。第四十六頁，共62頁。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

Portmachining第四十七頁，共62頁。整體葉盤加工模塊

Newmoduleforblisksandimpellers新的加工模組使得整體葉盤編程速度明顯提高第四十八頁，共62頁。自動防護選項

Auto-avoidoption自動調(diào)整刀路避免碰撞Automaticallyadjuststoolpathtoavoidcollision在公差范圍內(nèi)自動調(diào)整刀軸方向避免干涉Changestoolaxisautomaticallytoavoidobstructionbytolerancespecified第四十九頁，共62頁。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第五十頁，共62頁。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第五十一頁，共62頁。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第五十二頁，共62頁。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。DMU160POPS650MikronUCP710第五十三頁，共62頁。仿真與驗證PowerMILL的仿真可選項現(xiàn)擴展到包含了驗證功能；

SimulationoptioninPowerMILLhasnowbeenextendedtoincludeverification程序上機床之前，在計算機上進行檢查；

Allowsprogramstobecheckedonthecomputerbeforebeingsenttothemachine第五十四頁，共62頁。五軸數(shù)控仿真介紹

（以VERICUT為例）

第五十五頁，共62頁。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