多轴加工的技术特点.

数控多轴加工技术特点宋放之北京航空航天大学机械学院北京市海淀区学院路37号邮编：[e-mail]一、多轴加工的理解所谓多轴加工就是在原有三轴加工的基础上增加了旋转轴的加工。多轴加工的情况可以分为：1、利用多轴数控机床进行三轴以上的联动加工如：三个直线轴同一个或二个旋转轴的联动加工。这种加工称为：4轴联动或5轴联动加工。需要五轴联动加工的某发动机叶轮加工叶轮2、利用多轴数控机床进行任意两轴或三轴的联动加工。如：1~2个直线轴和1~2个旋转轴的联动加工需要一个直线轴加一个旋转轴联动加工的柱面凸轮加工螺旋槽二、多轴加工的目的1、加工复杂形面2、提高加工质量3、提高工作效率多轴加工可切削复杂形面（1）复杂曲面—模具形面、叶片形面整体叶轮等需要五轴联动加工的发动机第三级大叶片需要五轴联动加工的某斜流压气机转子叶轮需要五轴联动加工的某斜流压气机定子叶轮叶片缘头处为非直纹面加工鞋底模具（1）利用球刀加工时，倾斜刀具轴线后可以提高加工质量和切削效率接触点切削速度为零接触点切削速度不为零多轴加工可提高加工质量加工高尔夫球用具（2）多轴加工可把点接触改为线接触从而提高加工质量球刀的点接触立铣刀的线接触(3)可以提高变斜角平面质量多轴加工利用端刃和侧刃切削，使得变斜角平面表面粗糙度质量提高（4）多轴联动加工可以提高叶片加工质量三轴加工叶片前后缘质量不好四轴加工叶片前后缘质量较好三轴加工叶片优点：编程简单、走刀路线比较好控制缺点：单面加工易变形、叶片边缘质量不好控制五轴加工叶片优点：叶片边缘质量好、环绕加工对控制变形有利、大型叶片可以采用端刃切削提高效率缺点：编程复杂、装夹要求高、设备要求高多轴加工可提高工作效率充分利用切削速度充分利用刀具直径例如：可使用大直径面铣刀加工可应用宽行加工的方法可改善接触点的切削速度可以减小刀具长度，提高刀具强度宽行加工方法曲面零件大直径铣刀宽行加工三、多轴加工的特性1、编程复杂（尤其是后处理）2、工艺顺序与三轴不同编程复杂（尤其是后处理）以UG为例：变轴铣、变轴轮廓铣、变轴顺序铣、固定轴曲面轮廓铣等后置处理当中要考虑刀具的长度，机床的结构、工装夹具的尺寸关系以及工件的安装位置等工艺顺序与三轴不同三轴加工建模→生成轨迹→生成代码→装夹零件→找正→建立工件坐标系→加工五轴加工建模→生成轨迹→装夹零件→找正→建立工件坐标系→根据原点坐标生成代码→加工多轴加工中工件定位与机床部件的关系1、了解机床各部件之间的位置关系2、确定工件坐标系原点与旋转轴的位置关系3、了解刀尖点或刀心点与旋转轴的位置关系例如：MikronWF-74ch工作台面距离A轴线125mm工作台旋转轴线C轴距离A轴线165mm在UG中的第四轴配置就应该这样设置数据Y向偏置165Z向偏置-125最小角度-20最大角度45最大角度359.999最小角度-359.999Y向偏置-165Z向偏置125双摆头的五轴机床：刀尖点或者刀心点距离B轴的长度。DMG机床：刀尖点或者刀心点的位置转台中心的位置转台中心到零件坐标系原点的距离是多少？四、多轴加工所用的设备机床类型：1、四轴卧式加工中心：带旋转工作台，B轴2、任意五轴联动加工中心：双摆头、双摆台、一摆头一摆台3、车削中心或车铣复合机床：车床有C轴、有C轴和Y轴、有C、Y和B轴五轴带双摆头五轴带双摆台五轴带一摆头、一摆台4、立式加工中心加单数控转台（3+1形式）5、立式加工中心加双数控转台（3+2形式）五、多轴的点位加工镗孔、钻孔、铰孔、调头镗孔钻平行于X-Y平面的孔需要利用一次三角函数进行计算钻空间斜孔需要利用二次或多次三角函数进行计算对于操作者而言必须熟练掌握的是：1）平面三角函数2）平面解析几何3）代数六、多轴的槽类加工1、柱面槽2、柱面凸轮简单的柱面槽和圆柱凸轮槽的加工也可以利用二轴或三轴编程软件进行编程。步骤如下：1、把弧长展开设为X坐标值2、把导程设为Y坐标值3、利用软件对转变后的X-Y平面曲线进行插值运算，最后生成X-Y平面内的加工代码4、把X值（弧长）转换成角度值Rl半径角度弧长弧长转换为角度的公式：l-弧长R-圆柱最大半径如果插值点非常多，则可利用Excel文件进行处理。R180l七、多轴的曲面加工1、曲面类型叶片、叶轮加工、曲面、变斜角直纹面等叶片曲面变斜角直纹面2、多轴加工的刀具用法立铣刀端刃加工变轴铣立铣刀侧刃加工顺序铣球刀避免干涉面铣刀端刃加工宽行加工八、多轴加工的工艺安排1、粗加工的工艺安排原则（1）尽可能地用平面加工或者三轴加工去除大余量切削效率高，可预见结果（2）分层加工，留够精加工余量使加工产生的内应力均衡防止变形过大（3）对于难加工材料或者窄缝的去粗可采用插铣2、半精加工的工艺安排原则（1）给精加工留下均匀的较小的余量（2）给精加工留有足够的刚性3、精加工的工艺安排原则（1）分区域精加工从浅到深，从上到下，从叶盆叶背到轮毂，“水落石出”（2）曲面→清根→曲面切忌底面余量过大造成清根时过切九、典型零件多轴加工工艺路线分析1、斜筋结构件的加工加工步骤：（1）粗加工型腔用平面轮廓加工的方法加工型腔UG用型腔铣。CAXA用区域式粗加工（2）半精加工用变轴顺序铣分多刀次加工斜筋型腔（3）精加工用变轴顺序铣一刀次精加工斜筋型腔例题之一：具有拔模斜度的井字凹槽CAXA和UG的建模CAXA和UG的加工轨迹Vericut仿真模型例题之二：柱面凸轮凹槽2、普通柱面凸轮的加工槽宽20mm槽深20mm加工步骤：（1）粗加工柱面槽用Ф18立铣刀分多刀次粗加工柱面槽（2）精加工柱面槽用Ф20立铣刀一刀次精加工柱面槽（3）清根用Ф18T型清根刀槽底清根如果槽宽为45mm柱面槽加工步骤：（1）粗加工柱面槽用Ф20立铣刀分多刀次上下粗加工柱面槽（2）精加工柱面槽用Ф45立铣刀一刀次精加工柱面槽注意：编程时要为Ф20立铣刀编出三条粗加工轨迹程序。即：上、中、下三条线，并在槽边留出0.5mm的精加工余量。加工步骤：（1）粗加工三轴粗加工，并留余量单边4mm（2）半精加变轴曲面轮廓铣上1/3部分余量0.5mm中1/3部分余量1mm下1/3部分余量2mm底座1mm余量例题之三：单叶片的加工（3）精加工叶顶部分和上1/3部分，余量0mm（4）半精加工中1/3部分余量0.5mm下1/3部分余量1mm底座0.5mm（5）精加工中1/3部分，余量0mm精加工底座，余量0mm（6）半精加工下1/3部分，余量0.5mm（7）精加工下1/3部分（8）清根例题之四：叶轮的加工工艺步骤：（1）装夹与定位（2）开槽和扩槽Ф3键槽刀、Ф3球刀注意：1）如果叶片之间的流道很窄，材料又不好加工，则可以采用插铣的方法2）开槽和扩槽未必一次到底。根据情况可以分步骤完成。即开到一定深度先做半精加工，然后再继续开槽基于UG的开槽方式刀轴矢量方向为了使开槽加工时，刀具不会与叶片曲面发生干涉，刀轴矢量应为气流通道两侧叶片曲面的矢量和。基于ＵＧ的刀轨动态仿真——变轴铣方式扩槽加工UG仿真结果（3）半精加工半精加工有两种走刀路线。1）在两个叶片之中进行区域式加工叶片叶片叶片2）对一个叶片环绕加工叶片轨迹（3）精加工1）精加工叶背2）精加工叶盆3）精加工轮毂注意：对于长叶片而言环绕加工比较合适。主要是控制变形。（4）清根清根是叶片、叶轮加工的难点之一。经常出现的问题是过切和抬刀解决的方法是：1）光顺根部曲面2）优化程序3）合理安排粗精加工工序4）合理选择切削刀具十、多轴加工时软件的后处理后置处理文件名说明单位选择：英寸/毫米机床类型：铣床、车床、线切割铣床种类五轴带双摆头五轴带双摆台五轴带一摆头一摆台控制系统选择系统默认为：FANUC16MUG库中提供的各种控制系统十一、多轴加工仿真技术的优点1、节省时间，提高效率2、判别干涉、欠切、过切3、优化加工程序