淺析五軸加工中心數控編程技巧

陳曉燕

摘 要：五軸加工能夠對復雜的零部件進行自動化加工，因此五軸加工是數控加工中應用最廣泛的。但在加工數控編程方面，五軸加工中心數控編程往往需要機床的生產商提供，導致五軸加工在實際使用中受到了限制。該文以五軸加工中心為研究對象，對數控編程進行探討，總結和分析五軸加工中心的數控編程技巧，具有重要的現實意義和價值。

關鍵詞：五軸加工中心 數控編程 技巧

中圖分類號：TH164 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（a）-0008-02

近年來，五軸加工中心的應用越來越廣泛。但在應用中發現，五軸加工中心數控編程的過程中，存在編制困難，加上企業的技術封鎖，數控加工的零部件發生變化，相應的編程也發生了變化，而編程技術僅僅由機床的賣方提供，更改數控程序導致加工周期增長，影響零部件的生產，加工成本也隨之上升。掌握五軸加工中心數控編程一些基本的技巧，是五軸加工中心得以普及應用的一個關鍵性的問題。

1 數控編程概述

數控是指通過數字控制對機器進行自動化操控。數控編程包括零部件樣圖分析、選擇加工工藝、規劃走刀軌跡、獲取刀位參數、編寫加工程序、校對程序等。有手工編程和自動編程兩種方法。手工編程是指編程的各個階段均由人工完成。對于幾何形狀復雜的零件需借助計算機使用規定的數控語言編寫零件源程序，經過處理后生成加工程序，稱為自動編程。自動編程常用的編程軟件有UG、Catia、Cimatron、FeatureCAM、EdgeCAM、VERICUTVERICUT等。數控編程隨著數控技術的發展而不斷的發展，難度也在不斷的提升。

數控編程的步驟主要有：零部件的造型、進行加工處理、刀位文件的生成、后置的處理、形成NC代碼和進行加工。首先，要確定加工工藝，對零部件的形狀、材料、尺寸和毛坯進行分析，明確加工內容。確定加工的方案、走刀的路線等工藝參數以及選擇合適的刀具等。其次，根據零件的幾何形狀、尺寸、刀具路線等計算出零部件加工的起點、終點和坐標等，進行建模，建模的過程中特別要注意特征建模時一定要仔細，稍有疏漏可能模型與實際要加工的零部件就相差很遠了。選擇工藝參數時要遵循最優化的原則。其次，就是運用規范的功能指令代碼和程序段格式對加工程序進行編寫。然后就需要將編寫好的程序通過鍵盤、鼠標或計算機的接口輸入到系統中。接著需要將編寫好的程序利用系統的圖形顯示出來，對刀具路線的精確性進行確認。再對程序進行反復試運行，切割出的零部件與原件進行對比，如發生誤差，則需要對誤差產生的原因進行分析核對，對程序進行修正，直至做出合格的零部件。一個數控加工程序是由若干個程序段組成的。程序段格式是程序段中的字、字符及數據的排列形式。程序的格式包括程序的開始符、結束符、程序名、程序主體和程序結束。程序名有兩種形式：一種是英文字母O（%或P）和1～4位正整數組成；另一種是由英文字母開頭，字母數字多字符混合組成的程序名（如TEST1等）。程序主體則是由若干個程序段組成的。每個程序段一般占一行。

2 五軸加工中心簡介

五軸加工中心是在計算機數控（CNC）系統的控制下，在至少5個坐標軸（3個直線坐標和兩個旋轉坐標）上同時協調運動，進行加工的機床系統。6個空間方位是指X軸、Y軸、Z軸3個軸以及圍繞著3個軸旋轉的3個坐標A、B、C。6個空間方位在實際生產中，對至少3個軸和3個坐標中的兩個坐標的空間方位進行加工。由于可以至少在5個坐標軸并且可在空間的任意位置以任意狀態進行加工，所以可有效避免刀具干涉，對于直紋面類零件，可采用側銑方式一刀成型，而對一般立體型面特別是較為平坦的大型表面，可用大直徑端銑刀端面貼近表面進行加工。同時，還可一次裝卡對工件上的多個空間表面進行多面、多工序加工，零件表面上的誤差分布均勻。五軸加工中心的刀具，可以滿足多軸零件加工所需的高動態性能的需求，目前具有較高的應用價值和廣泛的應用范圍。該文列舉了幾種常見的五軸加工中心的實物圖，如圖1所示。

3 五軸加工中心數控編程中的技術問題

五軸加工中心數控編程存在的技術問題：一是零部件越來越復雜導致建模的復雜性，特別是對參數的精確性的要求也是越來越高；二是刀具的線路復雜，從而需要對多方面的因素進行全面分析；三是由于使用的編程軟件不同導致刀位文件的格式不同，刀位文件格式之間無法進行簡易的轉化；四是NC代碼的格式存在不一致的情況。

4 五軸加工中心數控編程常用技巧

4.1 刀位的軌跡生成技巧

五軸加工中心刀位的路線復雜，但刀位的軌跡卻是關乎數控編程成功與否的關鍵。刀位的軌跡生成的過程為對零部件表面按規則先生成特征點的曲線，再對特征點曲線進行計算來生成刀位的軌跡。刀位的軌跡生成方法很多，該文介紹常用并且好掌握的一種方法。

等參數線法計算的方法和步驟簡單，能夠滿足日常實踐中遇到的多數零部件的幾何特征。

4.2 刀具干涉的處理技術

刀具的干涉就是在刀具運動的過程中被加工的零部件和其他刀具過切和欠切的情況。這個問題是在零部件加工的過程中遇到的比較難解決的問題。刀具的干涉可以分為過切、碰撞和超程干涉3種。過切是指曲面的曲率半徑小于刀具的曲率半徑時所產生的問題。碰撞是指切割工具與加工的曲面發生碰撞。超程顧名思義，是指刀具位點超出了機床的工作范圍。通常情況下，可以沿著軸進行平移、縱移或者沿著軸線進行擺動來排除刀具的干涉問題。

4.3 后置處理的實現技巧

后置處理的任務包括非線性誤差的處理、速度控制的處理和數控程序格式的處理。非線性誤差是由刀具相對于加工部件來說在進行加工的過程中存在位置的移動，導致零部件的精確度發生了問題。這個問題主要是通過增加密集度、切量變殘量和插入新點等方法盡量減少誤差來進行解決的。在速度控制上，保持恒定的加工速度特別重要。同時，也要及時對機床的零部件的速度、慣性等參數進行檢查，并適時進行調整。數控程序格式的處理就相對簡單一些。對一類零部件編制加工程序，不需要對每一個零部件都編一個程序。加工同一類零部件只是尺寸不相同，可以使用用戶宏，將零件的實際尺寸數值用用戶宏進行命令賦予變量就可以實現。

5 結語

掌握五軸加工中心數控編程技巧，不僅要掌握基本的幾何知識、機械制圖基礎、基礎英語、機械加工常識、基礎三維造型技能等理論知識，更需要在實踐中進行熟練化的練習，并在程序編寫的過程中發現問題，摸索解決。

參考文獻

[1] 謝曉亮.基于UG的五軸聯動數控機床的后置處理系統研究[D].武漢：華中科技大學，2009.

[2] 徐宏海，王莉.數控機床機械結構與電氣控制[M].北京：化學工業出版社，2011.

[3] 陳濤，彭芳瑜，周云飛.基于結構誤差補償的多坐標機床后置變換[J].中國制造業信息化，2003，32（2）：88-90.