臥式四軸機床的五軸應用實例

沈陽機床股份有限公司中捷機床有限公司 (遼寧 110142)段欣楠

臥式加工中心在機械加工行業里一直扮演著極其重要的角色，它的B 軸轉臺在實際應用中成了臥式加工中心不同于其他設備的最突出特點，對B 軸轉臺的應用也出現了各種極具特色的使用方法，這次我們介紹的就是其中之一，相信在相關行業的實際應用中能對大家有所幫助。

眾所周知，當利用臥式機床加工圓弧面的時候，如果能利用B 軸轉臺做4 軸聯動式的加工，從切削工藝角度出發，當然視其為最優化的第一選擇。

圖1 所示為加工阿基米德螺線的圓弧輪廓，當刀具沿弧線做法向相切運動，這種加工方法要求圓弧的圓心必須在轉臺的中心位置，只有這樣才能用4軸聯動的方式編程加工，程序中包括X、Y、Z、B 各軸的位置數據，但其中X 軸數據是不變化的，因為這時工件是圍繞著轉臺中心(X 軸的零點)為圓心旋轉的。此種方法在目前的加工中較常見，優點是編程簡便，其不足之處在于由于工件必須擺放在轉臺中心位置上，這樣工件的裝夾找正就比較費時，另外如工件較小，那么加工時鏜桿需要伸出較多也不利于加工，同時也降低了工作臺的有效利用率。

圖1

為了解決這些不足之處，我想起了五軸加工。如果此類工件在五軸聯動機床上加工，那當然是輕而易舉了，并且在五軸聯動機床上加工此類工件的時候，同樣有一個旋轉軸是不參與聯動的，實際工作中也只是四軸參與聯動加工，那么能否在四軸聯動的機床上實現五軸機床的功能就成了解決問題的關鍵，有了這個思路以后首先要做的就是確定數控系統，在咨詢了西門子系統的相關技術人員后得知，四軸機床如想實現五軸功能就必須是五軸數控系統。這樣的話系統功能性得到了確定，下一步就開始實際的編程加工試驗了。

試驗的開始階段我按照以往編程的方法輸出五軸加工程序，其中C 軸為零，B 軸隨之變化，其余X/Y/Z 各軸都有數據，可以說是個標準的五軸加工程序，但在實際加工中卻出現了意想不到的結果，機床的動作完全與編程時的設想不同，X 軸與Z 軸的動作也與實際程序不符并有較大差異，機床常出現X 軸或Z 軸的行程報警，讓人百思不得其解。在嘗試了各種方法之后仍無法解決，最后求助于電氣人員，電氣人員給的解釋是，由于四軸機床本身不帶有第五軸，并且我們的工件又沒有擺放在轉臺中心，這時當B 軸轉動時，要想保證刀尖點相對圓弧做法向運動的話，那么系統會使X 軸與Z 軸隨之做相對的一定量的距離補償才能滿足其要求，所以才會造成X 軸或Z 軸的超程報警。有了此結論，看來出標準的五軸程序無法滿足我們的實際加工需求，只有另尋它路了。

經過反復試驗，我們發現利用矢量方式的編程方法可以實現我們想要達到的效果。首先確定工件的加工原點，如圖1 所示。刀具矢量采用A3、B3、C3 方式編程，A3、B3、C3 為刀具矢量在坐標系X、Y、Z 上的投影，因五軸設定為工作臺B 軸旋轉，因此B3=0，X'和Z'分別為刀具矢量在X 軸和Z 軸上的分量，這里將Z 軸分量設為1，即C3=1，根據B軸的旋轉角度，計算刀具矢量在X 軸上的分量(見附表)。

起始角度-60°，終點角度45°，起始半徑長40.5mm，終點半徑長49.5mm，角度增量1°，半徑長每度遞增0.085 714 286mm。

刀具矢量表

程序如下:

圖2 為部分的加工程序及加工現場圖片，因工件的加工精度要求，我們只取角度遞增為1°，如需要可以更加細分遞增角度，程序的運算方式不變。

圖2

通過這種方式的編程，完全實現了四軸機床上完成五軸機床的同等加工效果，大大減少了工件的裝夾時間和難度，提高了機床的有效利用率。