復(fù)雜航空外協(xié)鋁件的五軸聯(lián)動(dòng)編程

劉瑞軍

摘 要：應(yīng)用五軸聯(lián)動(dòng)技術(shù)解決某公司復(fù)雜航空鋁件加工，為公司今后更多的承接復(fù)雜外協(xié)工件奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：五軸聯(lián)動(dòng)；高速銑；多軸切削；分層切削編程

公司近來積極開拓外協(xié)加工市場，與某公司先后簽下了69、68、66、62、71等多種系列航空外協(xié)鋁件，由于該模具結(jié)構(gòu)都很復(fù)雜，斜槽、斜孔、不規(guī)則型面大量出現(xiàn)在工件體上，所以采用普通的三軸數(shù)控是無法加工出來的。根據(jù)工件的實(shí)際特點(diǎn)，工作人員制定了可行的編程工藝，開發(fā)出各類斜槽、斜孔、不規(guī)則型面的五軸數(shù)控加工程序，并根據(jù)加工量的多少，采用了五軸聯(lián)動(dòng)分層切削編程，最終都在高速銑上順利實(shí)施加工，很好地保證了工件的如期交付，為公司今后更多的承接復(fù)雜外協(xié)工件奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 復(fù)雜航空鋁件工藝分析

一般而言，航天航空件由于其特殊用途，所以外形比較復(fù)雜，在制造加工上難度大，所需加工技術(shù)含金量比較高，某公司外協(xié)鋁件也不例外，由于該模具結(jié)構(gòu)都很復(fù)雜，斜槽、斜孔、不規(guī)則型面大量出現(xiàn)在工件體上，而這些部位的加工都需要刀具擺角傾斜加工并配以工件的圓周運(yùn)動(dòng)，否則若直接加工必然造成工件過切，這兩個(gè)條件在普通的三軸機(jī)床上是不具備的，所以三軸機(jī)床是無法加工出來的。而高速銑床具備五軸聯(lián)動(dòng)功能即刀具走空間點(diǎn)位（X，Y，Z）同時(shí)還可以繞Z軸在0-360度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)C角以及實(shí)現(xiàn)刀具的擺角B，如圖所示，具備了硬件加工條件。在軟件方面，采用了UG軟件的強(qiáng)大的多軸切削新技術(shù)模塊進(jìn)行五軸聯(lián)動(dòng)編程。

圖1

2 五軸聯(lián)動(dòng)程序編制

UG軟件以CAM加工著稱，其多軸加工方面和同類軟件相比更勝一籌。UG軟件多軸加工模塊提供了的多樣的驅(qū)動(dòng)方法，比如邊界驅(qū)動(dòng)法，曲面區(qū)域驅(qū)動(dòng)法、螺旋線驅(qū)動(dòng)法、刀具軌跡驅(qū)動(dòng)法和徑向驅(qū)動(dòng)法等。在UG軟件的五軸聯(lián)動(dòng)編程中，刀軸矢量控制方式的是很重要的參數(shù)，所謂刀軸矢量是指從刀端指向刀柄的方向，它用于定義固定刀軸（3軸）與可變刀軸（5軸）的方向。固定刀軸與指定的矢量平行，而可變刀軸在刀具沿刀具路徑移動(dòng)時(shí)，可不斷地改變方向。

UG提供了豐富的刀軸矢量控制方式來對多軸程序進(jìn)行有效控制，為五軸聯(lián)動(dòng)程序編制提供了靈活性。

五軸編程中驅(qū)動(dòng)方式和刀軸控制方式的設(shè)置是關(guān)鍵，針對不同工件靈活選擇驅(qū)動(dòng)方式和刀軸控制方式以及其他相關(guān)參數(shù)來優(yōu)化五軸聯(lián)動(dòng)程序，從而輸出高質(zhì)量的程序。一般來講，對于圓柱面采用Toward Line朝向線的刀軸控制方式，對于球體面則采用Toward Point朝向點(diǎn)的刀軸控制方式。鋁件加工變形較大，為了降低變形，編程上采用了粗中精編程，粗加工余量為2mm，中加工余量為0.5mm，精加工余量為0.05mm，對于加工量大的拐角部分則采用了清角（FLOWCUT）的編程策略。在五軸聯(lián)動(dòng)編程方面有五個(gè)方面的突破：

（1）在斜孔加工中實(shí)現(xiàn)了五軸的啄孔加工，解決了如何進(jìn)階式五軸鉆孔。由于高速銑床五軸功能中無法實(shí)現(xiàn)鉆孔循環(huán)功能，所以對于五軸斜孔必須將孔中心線上的每一點(diǎn)坐標(biāo)都計(jì)算出來。五軸的啄孔編程時(shí)難點(diǎn)在于刀具軸正向確定，一般選擇Tool AXIS 為NORMAL TO PART SURFACE（圖2），但有時(shí)會(huì)出現(xiàn)刀具頭向下現(xiàn)象，此時(shí)可以采用方法（1）Specify Vecotor 選擇Part surface然后反向以下即可，此種情況只對Plane和Cylinder有效。而對于球體則只能采用方法（2）兩面法：先選擇Part Surface 則選擇Bottom Surface從而確定刀軸正向，如果沒有現(xiàn)成的Bottom Surface，可以通過OffSet Face對Part Surface進(jìn)行偏移即可而對于圓錐型倒角孔，編程時(shí)需要找到圓錐面的頂點(diǎn)，加工時(shí)刀尖選擇TO These Points即可。

圖2

（2）在斜槽加工中實(shí)現(xiàn)五軸分層切削編程，對于比較深的窄斜槽，由于所用刀具較小，每次吃刀量不能太大，所以必須采用分層切削，通過修改切削參數(shù)Part stock Offset 值和Increment值來實(shí)現(xiàn)，如圖3所示，一般高速銑每層切削量設(shè)為0.3mm。

圖3

（3）根據(jù)高速銑的C轉(zhuǎn)角0-360的限制，在五軸聯(lián)動(dòng)分層切削中用回字形切削替代原來的單向切削對程序進(jìn)行優(yōu)化，避免了層與層之間需要手動(dòng)頻繁抬刀，解決了五軸聯(lián)動(dòng)程序中C軸受最大360度限的難題。

（4）針對不規(guī)則型面采用型面偏移法來輸出刀心軌跡，增強(qiáng)了編五軸曲面程序的靈活性，只要球頭刀按刀心編程在RTCP ON模式下就不必關(guān)心刀長補(bǔ)償問題。

（5）五軸聯(lián)動(dòng)專用后處理程序的制作

UG走刀并產(chǎn)生的刀位文件（CLS文件），并不能直接用來加工模具，還必須對CLS文件進(jìn)行后處理方可生成加工程序-NC代碼。后處理程序的執(zhí)行過程如圖5所示。針對不同數(shù)控系統(tǒng)制作后處理程序（MDFA文件）是CAD/CAM應(yīng)用中的一項(xiàng)重要工作，它直接影響著從CLS->NC 代碼轉(zhuǎn)換的正確性。UG軟件中提供了常見控制系統(tǒng)的后置處理設(shè)置，公司五軸高速銑床采用的是FIDIA控制系統(tǒng)，B軸的范圍為-90-+90度，C軸的范圍是0-360度。利用UG軟件的PostBuilder模塊配置了針對該控制系統(tǒng)的專用五軸聯(lián)動(dòng)后置處理程序，從而將生成的刀位點(diǎn)（CLS）轉(zhuǎn)化成該機(jī)床能正確識別的G代碼數(shù)控加工程序。

3 結(jié)束語

UG軟件具有強(qiáng)大的多軸編程模塊，功能非常全，基本上可以滿足各種復(fù)雜模具零件的編程需要，盡管在高速銑五軸聯(lián)動(dòng)編程方面有了很大的進(jìn)步，但仍然有許多功能有待進(jìn)一步挖掘，仍有很多挑戰(zhàn)性的工作需要去完成，所以應(yīng)該靜下心來去進(jìn)行深入研究，以便更好地服務(wù)于生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

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