五轴数控加工

五轴数控加工技术在电器注塑模具加工中的优越性摘要:本文通过对电器注塑模具实际的五轴数控编程加工案例介绍和分析,详细阐述充分利用五轴数控加工技术的优越性,进而提高电器注塑模具的加工效率和质量,缩短模具的制造周期。关键词：五轴数控加工加工效率PowerMILL加工工艺前言当前模具制造行业中，三轴数控加工技术已经普遍应用并且相对成熟，但随着五轴数控技术的发展与推进，先进的五轴数控加工技术在市场上体现出了明显的优越性，故而引进五轴数控加工技术，建立一个高效率、高质量、短周期、低成本的产品生产框架来适应市场的发展，以求在市场竞争中立于不败之地已经成为我们必须面对的问题。近段时间，珠海某大型电器模具厂采购我司的五轴数控编程软件PowerMILL，本人接受公司的任务，为该客户进行五轴技术的培训辅导，并结合实际加工进行模具的试切，实例指导客户应用五轴加工技术，让客户看到了客观具体的三轴加工与五轴加工两者的效率和质量对比数据。本文即以此次培训五轴工件试切为例，禅述在电器注塑模具加工当中，五轴数控加工技术相对于传统的三轴数控加工技术的若干优越性。一、五轴数控加工技术简述1、五轴刀轴和五轴刀轴控制五轴是由3个线性轴(Linearaxis)加上2个旋转轴(Rotaryaxis)组成。五轴刀轴控制是CAM系统五轴技术的核心。五轴CAM系统计算出每个切削点刀具的刀位点(X,Y,Z)和刀轴矢量(I,J,K)，五轴后处理器将刀轴矢量(I,J,K)转化为不同机床的旋转轴所需要转动的角度(A,B,C)其中的两个角度；然后计算出考虑了刀轴旋转之后线性移动的各轴位移(X,Y,Z)。2、五轴机床类型按两旋转轴的运动位置结构来划分，可分为Table-Table、Head-Head、Table-Head三种类型。1）Table-Table：此类型机床主轴方向不动，两个旋转轴均分布在工作平台上；工件加工时旋转轴随工作台旋转，加工时必须考虑装夹承重，可加工的工件尺寸比较小。2）Head-Head：此类机床工作台不动，两个旋转轴均在主轴上。机床可加工的工件尺寸比较大。3）Table-Head：此类机床的两个旋转轴分别处于主轴和工作台上，工作台可以旋转，可装夹尺寸较大的工件；主轴可摆动，改变刀轴方向灵活。3、定位五轴与联运五轴根据刀轴参与的加工方案来划分类型，一般可分为如下两类：1）定位五轴(3+2轴)定位五轴的刀轴矢量可以进行改变，但固定后沿着整个切削路径过程刀轴矢量不变，控制路径轴X、Y、Z参与旋转轴A(或者B)、C，既是旋转轴A(或者B)、C定位后保持不变，只有X、Y、Z参与控制机床切削移动。2）联动五轴整个切削路径过程刀轴矢量可根据要求进行改变变，控制路径轴X、Y、Z控制旋转A(B)、C，即是通常所说的五轴联动加工技术。二、客户原有的模具数控编程加工工艺概况为了更好的理解五轴加工技术所带来的效益，先对对客户原有的三轴加工工艺和工序状况稍作介绍。1、试切机床为德国的“DMG”（DMG－100P）机床；其行程为1000×1000×1000mm；控制系统为heid530；主轴最高转速24000rpm；使用年限：2007年12月新购，至今将近3年；编程所用的CAM软件为PowerMILL；使用的刀具材质为普通硬质合金涂层刀具；试切工件是一电器面盖注塑模具前模，如图1所示：a)Ａ局部截面示意图b)B局部截面示意图图１电器面盖模具前模2、常规三轴数控加工工艺表，如表1所示：行号刀具和加工内容加工时间(min)路径轨迹图示备注1φ12R0.5开粗612φ8R0二次开粗15参考前一刀具路径作二次开粗3φ6R0二次开粗12参考前一刀具路径作二次开粗4φ3R0二次开粗10参考前一刀具路径对刀具长度允许范围作二次开粗5φ2R0局部二次开粗6参考前一刀具路径对局部范围作二次开粗6φ8R4中光加工30中光分形面和料位7φ8R4精加工75精加工分形面和料位8φ12R0.5中光加工6带2度斜度直纹面中光加工9φ12R0.5精加工10带2度斜度直纹面精加工10φ3R0光平面和斜度面精加工4光平面和斜度面精加工11φ3R1.5清角17按刀具伸出长度和参考φ8球刀定义清角范围12φ2R1清角6局部清角合计时间252表１三轴数控加工工艺表上述三轴加工完成后，图１“B局部截面示意图”中所示的R角位只能使用R1.5的球头刀进行清角，并且局部陡峭位最小只能使用R4的球头刀；图１“Ａ局部截面示意图”中所示的利角位最小使用Ｒ１的球头刀；分形枕位所有角位只能使用R1.5的球头刀进行清角；所剩下的残留余量将留给电火花加工完成。三、五轴加工工件试切1．根据机床结构和控制系统型号修改后处理文件试切机床为德国“DMG”（DMU-100P）机；行程1000×1000×1000mm；heid530控制系统，此机床为Table－Head型，两个旋转轴分别放置在主轴和工作台上，工作台旋转，主轴摆动，改变刀轴方向灵活，且为非标DMU-100P机床，与一般的标准DMU-100P机床不同之处在于主轴摆动轴是绕X轴旋转为A轴，摆角为-125度至10度，而不是主轴摆动轴是绕Y轴旋转的B轴，摆角为-100度至90度。另外，还需增加特定的“ATC高速高精度自适应功能”指令。所以还需对PowerMILL标准后处理文件（*.opt）作修改：a)将摆动轴设置为“azimuthaxis=A”，将摆动轴的旋转参照轴改为X轴“azimuthaxisparam=(0.00.00.01.00.00.0)”将旋转轴的摆动极限修改为-125度至10度“rotaryaxislimits=(-125.010.0-99000.099000.00.011)”具体修改参数如下：definekeys……azimuthaxis=Aelevationaxis=Cenddefine……azimuthcentre=(0.00.00.0)azimuthaxisparam=(0.00.00.01.00.00.0)……rotaryaxislimits=(-125.010.0-99000.099000.00.011)b)增加特定的“ATC高速高精度自适应功能”即增加CYCLDEF392ATC循环指令，具体修改参数如下：defineblockuserTOOL_CHANGE_COMMONN;G1;Z-5FMAX;M191=C……N;CYCLDEF392ATC~Q240=+2;ProcessMode~Q241=+2;DefaultWeightenddefine2．NC程序代码含义PowerMILL后处理产生的NC程序段代码及含义如下：0BEGINPGM80_ATCMM程序开始10;JobNumber:rou-e1211;ProgramDate:06.03.08-22:23:2412;Programmedby:ysr13;PowerMILLCb:1098025编程项目相关信息14;DPVersion:149015;OptionFile:DMU100P-H53016;OutputWorkplane:117;18;TOOLLIST:3tools19;No.IDDiameterTipRadLength20;1e1212.0000.00060.00021;2e1212.0000.00060.000所有刀具信息22;3b1010.0005.00050.00023;24;ESTIMATEDCUTTINGTIME:3TOOLPATHS=00:12:34)理论加工时间25;26LBL17027CYCLDEF7.0DATUMSHIFT原点平移28CYCLDEF7.1X0.00029CYCLDEF7.2Y0.000定义子程序“LBL170”30CYCLDEF7.3Z0.00031PLANERESETSTAYPLANE功能复位（倾斜加工面）32LBL033BLKFORM0.1ZX-60.009Y-50.003Z-25.0定义毛坯形状34BLKFORM0.2X150.006Y50.008Z30.035LM129取消M128（RTCP功能）36LM140MBMAX沿刀轴退离轮廓至行程范围极限37;TOOLNUMBER:138;TOOLTYPE:ENDMILL39;TOOLID:e12当前刀具信息40;TOOLDIA.12.000LENGTH60.00041TOOLCALL1ZS3500DL+0.0DR+0.0换刀指令，开转速，长度、半径补偿为042LZ-5FMAXM91Z轴回机床原点下5mm43Q1=+1500;PLUNGEFEEDRATEQ参数赋值下切速度44Q2=+2200;CUTTINGFEEDRATEQ参数赋值切削速度45Q3=+10000;RAPIDSKIMFEEDRATEQ参数赋值快进抬刀速度46Q4=+15000;RAPIDFEEDRATEQ参数赋值快进速度47CYCLDEF392ATC~激活高速高精度自适应循环Q240=+2;ProcessMode~ATC表面光洁度优先Q241=+2;DefaultWeight表示工件重量为默认48CYCLDEF32.0TOLERANCE激活公差循环49CYCLDEF32.1T0.100定义公差置（轮廓偏差）50CYCLDEF32.2HSC-MODE:0定义公差置（更高的轮廓精度）51LM03M03主轴顺转52LM129取消M128（RTCP功能）53;54CALLLBL17055CYCLDEF7.0DATUMSHIFT56CYCLDEF7.1IX+0.00057CYCLDEF7.2IY+0.00058CYCLDEF7.3IZ+50.00059PLANESPATIALSPA+0.000SPB+0.000SPC+0.000STAY定义并启动PLANE空间角功能60LA+Q120C+Q122FQ4M126用TNC计算的值定位，M126旋转轴旋转轴上的最短路径移动62;=========63;TOOLPATH:rou-e12当前刀具路径名64;WORKPLANE:World程序编写用户坐标系65;=========66LM08M08冷却液开启67LX+150.499Y-56.284FQ3。。。。。。1223LZ+38.000FQ31224LM127取消M1261225CALLLBL170执行子程序“LBL170”1226LM128用倾斜轴定位时保持刀尖位置（RTCP功能）1227LX+32.353Y-3.083Z+88.000A0.000C0.000FQ31228LX-31.465Y-38.000Z+67.500。。。。。。1708LX+111.057Y+21.866Z+30.000FQ31709LZ+88.0001710LM09M08冷却液关闭1711LM129取消M1281712LM127取消M1261713CALLLBL170执行子程序“LBL170”1714LM140MBMAX沿刀轴退离轮廓至行程范围极限1715LA0.000C0.000R0FMAXM94A、C轴归0，M94将旋转轴的显示值减小到360°以下1716LM05主轴停止1717CYCLDEF32.0TOLERANCE1718CYCLDEF32.11719LM30程序结束1720;1721ENDPGM80_ATCMM传送程序结束3．绘制仿真机床，赋值机床运动关系机床运动仿真检查允许用户在屏幕上看到实际加工中将出现的机床运动真实情况，使用不同的加工策略来比较加工结果。机床仿真将能报警指出超出机床加工范围的区域以及可能出现碰撞的区域，确保程序安全可靠。使用机床运动仿真功能可确保能最大限度地应用机床的功能，例如，用户可知道将工件置放于机床床身的不同位置或使用不同的夹具所产生的不同结果，可查看哪种零件放置方向能得到最佳切削效果。根据机床商提供的机床运动结构关系图，和实测机床主要部件尺寸，绘制出如图2所示仿真机床。图2仿真机床４．五轴数控加工艺表，如表2所示（时间单位为min）行号刀具和加工内容加工时间路径轨迹图示备注１φ12R0.5开粗612φ8R0二次开粗15参考前一刀具路径作二次开粗3φ3R0二次开粗15