保证数控加工精度的几点编程经验

联动5轴加工有个主要特征, 那就是在切削进程里使用短刀具, 借此明显降低刀具受力弯曲, 提升加工表面质量, 避免返工, 还大量削减了电极的运用。在5轴编程中, 人们常常极为关注对干涉和碰撞的检测以及回避, 然而对于CAM系统来讲，仅有这些是远远不足的, 系统得充分考量到机床运动学与几何学的限制条件, 这对CAM系统可是个强有力的挑战。

5轴的应用及问题

五轴加工于航空以及船舶领域的运用已日益成熟起来, 然而在模具加工领域的运用方才刚刚起步。五轴加工一般被划分成固定五轴加工, 这种也被称之为是三加二轴加工, 还有联动五轴加工。

要知道, 在固定5轴加工的时候 , 机床主轴它会按照一定倾斜角度来 , 采用较短一点的刀具去进行高速切削 , 如此一来呢 ，既能把切削效率做提升 , 还能够将加工精度予以提高。对了 , 采用这种办法就能借由设定多个加工角度达成一连串的区域加工 , 而只需一次装夹就行 , 目的是避免重复定位出现精度缺失情况 , 进而大量节省换装时间 , 与此同时 , 还能够减少后续放电加工时的电极使用数量。多角度的固定5轴加工存在两个重要问题, 其一, 加工刀路在不同角度时必须重叠, 如此一来, 加工时间就会延长, 而且重叠区域必定会产生接刀痕, 表面加工质量难以得到很好的保证。其二, 一系列的角度定义与编程极为繁琐复杂, 编程人员需要耗费大量时间, 并且出错的风险增大。

联动5轴加工把固定5轴加工的问题给解决了, 哪怕使用特别短的刀具, 也不会致使加工角度出现重复。然而直至目前, 联动5轴于模具加工里的应用存在着一定的局限性, 主要在两方面体现出来: 其一, 适宜模具加工的联动５轴加工策略相对较少, 之所以这样, 乃是由于联动5轴加工以往主要被应用于航空航天器材等产品的零件加工, 可这些加工策略难以契合模具加工的要求；其二, 编制联动５轴的程序需要很高超的技巧, 只有在具备丰富经验这个基础之上才能够做出精准的判断与干预。这与3轴编程差异很大，国内相应的技术人才也很匮乏。

图1, 同样刀路, 在IA 5机床上能流畅运行, 然而换到DMC 75V上, 当轨迹沿垂直壁上升跨越顶面, 接着朝下运动时, 机床便会出现报警。

5轴加工的全新方案

一项先进技术于最近几年发展起来了, 这项技术是5轴机床和5轴CAM系统的实际应用, 其处在模具制造领域。作为一款全球知名的全自动CAM软件, 该软件在模具制造领域首次提出了一个全新的、实用性极强的5轴加工解决方案, 它就是Auto5。这种解决方案可以把种类丰富、适合于模具加工的3轴和3+2轴刀路简单地自动转化为联动5轴刀路, 并且会自动检测碰撞, 还会考虑机床运动几何学的限制条件。

有那样一些针对模具加工的丰富的3轴和固定5轴加工策略, 卓越的编程效率以及操作性能在模具制造领域已被反复证 , 那么是不是没准能把这些优势运用 联动５轴上边呢 出于多年的研发公司于模具制造领域头一次推出全新的实用性极其强的模具5轴加工方案, 这便是Auto5 运用Auto5编程人员能够简便地把任何的3些轴或者固定5轴的刀路自动转成为没有碰撞的, 与此同时合 指定机床几何学以及运动学约束的联动５轴刀路, ## Auto4的情况不明确是要改写还是补充信息故未处理, 若有需要请明确说明。另外, 借助设置参数的方式, 能够针对转化之后的联动５轴刀路开展平滑处理, 让其更加契合实际的加工需求, 进而确保加工品质。

图2, 5轴机床有个特点, 一个摆动轴被定义在B9.5, C0处, 而定义在B – 9.5, C + 180或C – 180时, 刀具相对于工件的切削状态是一样的。

Auto5功能模块

Auto5包括两个功能模块：模块和模块。

它能使模块将3轴还有被固定的5轴的刀路, 依据被选定的策略, 转变为联动的5轴刀路, 模块会对刀具以及其中的刀把检测并作出回避碰撞的操作, 此转化过程并不取决于机床的几何还有运动特征。

各模块开展工作时, 会依据预先选定的机床, 针对输出的联动5轴刀路, 展开自动化的处理，检测机床可能出现的碰撞状况, 并且回避此类碰撞, 进而让刀路能够契合选定机床在几何学以及运动学方面的约束条件。

Auto5 所做的是, 巧妙地把标准 5 轴加工策略应用的局限性给解决掉了, 并且是大大地拓展了联动 5 轴加工在模具加工领域的用途, 还有, 它延续了３轴编程那种高效、自动 、简单的编程理念, 如此一来, 就使得现有的编程序人员可能迅速掌握联动 5 轴加工编程的先进技术了。

图3之中, Auto5具备这样的能力, 即通过对一条外围驱动线进行定义, 以此实现对刀具轴摆动角度的控制。

Auto5关键技术

模具型腔或者其相关零部件采用联动5轴进行加工的话, 会具备许许多多的优点, 然而呢, 在软件这一层面上，编程人员一直以来都面临着4个关键问题, 正是这些问题, 在很大程度上对5轴加工在模具制造领域的普及应用形成了限制。针对于这些问题, Auto5给出了对应的解决方案, 从而让繁杂的5轴编程在模具制造领域能够像3轴编程那般简单又轻松。

1.联动5轴加工的安全性

安全性问题主要是指, 机床在加工运动的时候发生的情况, 主轴跟工件, 或者机床台面之间出现碰撞以及干涉。联动5轴刀轨的空间运行轨迹, 不容易直观地去把控, 这就让大部分数控编程人员对5轴机床, 产生了“望而却步”的情况。在对5轴机床几何形状, 以及机床各部件相互之间碰撞关系进行严密定义的基础之上。借助软件集成的碰撞干涉检测功能, 去引导编程人员做出应有的判断以及操作, 像是在标示碰撞的区域, 调整刀具轴的轴向方向, 让它能够避开碰撞。要是遗漏了碰撞区域的修改, 那么Auto5就会自动去删除相应的刀路, 为的就是确保整个加工过程中对于5轴机床、相关部件以及加工工件的绝对安全。

图4  Auto5的用户界面

2.机床几何学及运动学限制条件

编程联动5轴时，只考虑加工安全性是不行的。实际上在五轴联动加工里, 回转轴同摆动轴方面的超程情况远多于碰撞。所以呢, 联动5轴所需的刀路得符合机床几何学以及运动学的限制条件。

5轴联动加工出现超程, 多数是因为机床结构里回转轴以及摆动轴存在角度限制, 此外, 对于主轴能摆动的机床, 当主轴摆动到90度时, 其在X、Y、Z轴上的行程相较于标示的最大行程小很多, 这种情况也常致使X、Y、Z轴出现超程。这些超程情况都要求在编程时立刻进行检验, 借助软件内部来调整工件的摆放位置, 添加反向回转动作, 或者通过改变加工工艺来防止出现不应有的停机现象。

Auto5的模块, 能够很好地解决此问题: 需说明的是, 5轴机床有个特点, 一个摆动轴定在B9.5, C0, 而定义在B – 9.5, C + 180或C – 180之间时, 刀具相对于工件的切削状态是一样的。

有时候, 这样复杂的问题在进行后处理期间是没办法予以处理的, 然而, Auto5在其计算进程当中却能够自动予以解决。在机床建模的进程里会对各轴的行程限制参数加以定义, 于计算之际读取所选机床的形状以及行程限制数据, 自动且快速地计算出跟机床参数相对应的合理且安全的刀路。

3.加工品质

在航空工业里头, 对于大型结构件联动5轴加工而言,能够达成刀具在很大程度上顺着曲面法向展开加工。然而呢, 于模具加工当中被更多去追求的是模具方面的细节以及加工层面的品质, 处于这样一种情形下, 要是运用联动5轴加工里最为普遍的法向加工策略的话, 那可就是会得到和预期相反的结果了。

首先, Auto5具备能沟通过定义的方式, 去生出一条外围驱动线, 借由该驱动线又来控制刀具轴的摆动的角度, 其次, 刀具轴当处于加工进程里, 一直都保持垂直于这根驱动线且环绕整个工件进行切削, 如此一来, 大大削减了因C轴在各内凹陷区域不断地做出频繁回摆运动而造成的切削效率降低的情况, 进而提高了工件表面加工的品质。

4.丰富的刀轨策略

如今, 在模具加工范畴里存在的联动5轴加工, 更多的情况是仅仅被运用在了加工轮廓方面, 还有刻线方面, 以及简单的扫描加工等方面。然而, 缺乏丰富有效的刀轨策略, 这一情形就已然成了阻碍联动5轴技术在模具加工当中进行推广以及应用的瓶颈。

打破这个瓶颈的是Auto5的出现, 原本它就是很成熟的自动3轴编程软件, 具备超过40种面向模具加工的3轴刀轨策略, Auto5的3轴刀轨自动转换联动5轴刀轨的技术适用于所有3轴刀轨策略且提供9种转换模式, 这使得通过Auto5转换成可用于模具加工的联动5轴刀轨模式多达360种以上。

5.软件的可操作性

编程效率的高低，在相当大的程度上, 是由编程软件的可操作性所决定的。传统的联动5轴编程技术, 极为繁杂琐碎, 编程人员所要考虑的因素, 实在过多。与之形成对照的是, Auto5提供了一个具备人性化特点的操作平台, 并且与创新的理念以及独特的算法, 完美地结合在了一起。编程人员只要操作过3轴编程界面, 通过点击某些附加的按钮以及选项, 便能够编制出契合模具工艺要求的5轴联动的刀路。

近来这些年, 高速铣削在模具切削加工里被大范围运用, 极大地缩减了模具的生产周期, 削减了模具生产成本, 还给模具加工品质带来质量上的提升。那么模具切削加工接下来的技术重点会是什么呢? 毫无悬念将会是5轴加工技术的运用。随着５轴机床性价比持续提升, 但模具的５轴加工也会愈发普及。然而这会在模具加工领域再度掀起一场技术革新, 引领模具加工业去应对全球化竞争的那种市场环境。 ”。这场变革来临之际, Auto5全新模具对应着的5轴编程概念, 会对CAM软件技术的长进起到引领作用。