五轴数控编程加工案例介绍和分析

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1、五轴数控编程加工案例介绍和分析 五轴数控编程加工案例介绍和分析作者：杨书荣 何轩 来源：今日机床摘要：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。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

2、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(Linear axis) 加上2个旋转轴(Rotary axis)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)

3、，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

4、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

5、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100010001000mm;控制系统为heid530;主轴最高转速24000rpm;使用年限：2008年新购，至今将近2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：2、常规三轴数控加工工艺表，如表1所示：表1 三轴数控加工工艺表行号刀具和加工内容加工时间(min)路径轨迹图示备注112R0.5开粗61- 28R0二次开粗15参考前一刀具路径作二次开粗 36R0二次开粗12参考前一刀具路径作二次开粗

6、43R0二次开粗10参考前一刀具路径对刀具长度允许范围作二次开粗 52R0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 68R4中光加工30中光分形面和料位 78R4精加工75精加工分形面和料位 812R0.5中光加工6带2度斜度直纹面中光加工 912R0.5精加工10带2度斜度直纹面精加工 103R0光平面和斜度面精加工4光平面和斜度面精加工 113R1.5清角17按刀具伸出长度和参考8球刀定义清角范围 122R1清角6局部清角 -合计时间252-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 “

7、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100010001000mm;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-

8、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“azimuth axis = A”，将摆动轴的旋转参照轴改为X轴“azimuth axis param= ( 0.0 0.0 0.0 1.0 0.0 0.0 ) ” 将旋转轴的摆动极限修改为-125度至10度 “rotary axis limits= ( -125.0 10.0 -99000.0 99000.00.01 1 ) ”具体修改参数如下：define keys azimuth axis = Aelevation axis =

9、Cend define azimuth centre = ( 0.0 0.0 0.0 )azimuth axis param = ( 0.0 0.0 0.0 1.0 0.0 0.0 ) rotary axis limits = ( -125.0 10.0 -99000.0 99000.00.01 1 )b) 增加特定的“ATC高速高精度自适应功能” 即增加CYCL DEF 392 ATC循环指令，具体修改参数如下：define block user TOOL_CHANGE_COMMONN ; G1 ; Z-5 FMAX ; M1 91 =C N ; CYCL DEF 392 ATC Q240=

10、+2;Process Mode Q241=+2;Default Weight end define2.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：0 BEGIN PGM 80_ATC MM 程序开始10 ; Job Number : rou-e1211 ; Program Date : 06.03.08 - 22:23:2412 ; Programmed by: ysr13 ; PowerMILL Cb : 1098025 编程项目相关信息14 ; DP Version : 149015 ; Option File : DMU100P-H53016 ; Output

11、 Workplane : 117 ;18 ; TOOL LIST : 3 tools19 ; No. ID Diameter Tip Rad Length20 ; 1 e12 12.0000.00060.00021 ; 2 e12 12.0000.00060.000 所有刀具信息22 ; 3 b10 10.0005.00050.00023 ;24 ; ESTIMATED CUTTING TIME : 3 TOOLPATHS = 00:12:34 ) 理论加工时间25 ;26 LBL 17027 CYCL DEF 7.0 DATUM SHIFT 原点平移28 CYCL DEF 7.1 X0.00

12、029 CYCL DEF 7.2 Y0.000 定义子程序“LBL 170”30 CYCL DEF 7.3 Z0.00031 PLANE RESET STAY PLANE 功能复位(倾斜加工面)32 LBL 033 BLK FORM 0.1 Z X-60.009 Y-50.003 Z-25.0 定义毛坯形状34 BLK FORM 0.2 X150.006 Y50.008 Z30.035 L M129 取消M128 (RTCP功能)36 L M140 MBMAX 沿刀轴退离轮廓至行程范围极限37 ; TOOL NUMBER : 138 ; TOOL TYPE : ENDMILL39 ; TOOL

13、 ID : e12 当前刀具信息40 ; TOOL DIA. 12.000 LENGTH 60.00041 TOOL CALL 1 Z S3500 DL+0.0 DR+0.0 换刀指令，开转速，长度、半径补偿为042 L Z-5 FMAX M91 Z轴回机床原点下5mm43 Q1= +1500 ; PLUNGE FEEDRATE Q参数赋值下切速度44 Q2= +2200 ; CUTTING FEEDRATE Q参数赋值切削速度45 Q3= +10000 ; RAPID SKIM FEEDRATEQ参数赋值快进抬刀速度46 Q4= +15000 ; RAPID FEEDRATE Q参数赋值快进

14、速度47 CYCL DEF 392 ATC 激活高速高精度自适应循环Q240=+2;Process Mode ATC表面光洁度优先Q241=+2;Default Weight表示工件重量为默认48 CYCL DEF 32.0 TOLERANCE 激活公差循环49 CYCL DEF 32.1 T0.100 定义公差置(轮廓偏差)50 CYCL DEF 32.2 HSC-MODE:0 定义公差置(更高的轮廓精度)51 L M03 M03主轴顺转52 L M129 取消M128 (RTCP功能)53 ;54 CALL LBL 17055 CYCL DEF 7.0 DATUM SHIFT56 CYCL

15、 DEF 7.1 IX+0.00057 CYCL DEF 7.2 IY+0.00058 CYCL DEF 7.3 IZ+50.00059 PLANE SPATIAL SPA+0.000 SPB+0.000 SPC+0.000 STAY 定义并启动PLANE空间角功能60 L A+Q120 C+Q122 FQ4 M126 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 ; =66 L M08 M08冷却液开启67 L X+150.499 Y-

16、56.284 FQ3。 。1223 L Z+38.000 FQ31224 L M127 取消M1261225 CALL LBL 170执行子程序“LBL 170”1226 L M128 用倾斜轴定位时保持刀尖位置(RTCP功能)1227 L X+32.353 Y-3.083 Z+88.000 A0.000 C0.000 FQ31228 L X-31.465 Y-38.000 Z+67.500。 。1708 L X+111.057 Y+21.866 Z+30.000 FQ31709 L Z+88.0001710 L M09 M08冷却液关闭1711 L M129 取消M1281712 L M127 取消M1261713 CALL LBL 170执行子程序“LBL 170”1714 L M140 MBMAX 沿刀轴退离轮廓至行程范围极限1715 L A0.000 C0.000 R0 F MAX M94 A、C轴归0，M94将旋转轴的显示值减小到360以下1716 L M05 主轴停止1717 CYCL DEF 32.0 TOLERANCE1718 CYCL DEF 32.11719 L M30程序结束1720 ;1721 END PGM 80_ATC MM 传送程序结束文章来源:Powermill视频教程