五軸加工中心在復雜精密零件制造中的應用

宿華龍　王廣福　王剛

摘 要：本文結合生產實踐經驗，從五軸加工的策略、CAM后置處理的構造、機床的高級功能3個方面簡要介紹了數控系統為SINUMERIK840Dsl的DMG260-11五軸加工中心在應用方面的方法及技巧。

關鍵詞：SINUMERIK840Dsl；五軸加工中心；五軸聯動；后置處理

中圖分類號：TH164 文獻標識碼：A

0.引言

近年來，隨著我國裝備制造業的迅速發展，產品零部件的結構越來越復雜，精度要求越來越高。采用五軸數控機床加工具有一次裝夾完成全部加工，提高加工能力和生產效率等優點，因此，五軸加工中心在復雜精密零件制造中的應用日益增多。本文結合生產實踐經驗，簡要介紹了數控系統為SINUMERIK840Dsl的DMG260-11五軸加工中心在應用方面的方法及技巧。

1.加工策略的選擇

1.1五軸定向加工

針對一些加工區域敞開性好、傾斜面上的孔、面加工等內容較多的零件，五軸聯動加工數控編程煩瑣、加工效率及剛性也有待提高。采用五軸定向加工方式可實現這類零件的高效和高質量加工。

五軸定向加工是指利用五軸機床加工時，根據所需要加工區域位置把兩個旋轉軸轉到一定角度后，鎖定兩個旋轉軸，進行3個直線軸聯動加工。當一個區域的加工完成后，再調整兩個旋轉軸的角度繼續加工。由于減少兩個旋轉軸的運動，五軸定軸加工方式增強了加工時的整體剛性，可以選擇加工效率較高的粗加工切削策略。SINUMERIK840Dsl數控系統中的，CYCLE800是五軸定向加工輔助循環，在手工編程時經常應用，如圖1所示。

1.2五軸聯動加工

五軸聯動加工常用以解決三軸無法加工的制造問題，如曲面法向拉線類零件，設計加工路線時要求刀具沿法向切削，三軸聯動通常不能滿足其要求。加工葉輪、葉片等帶有空間扭曲曲面的零件時，只有采用五軸聯動加工方式，使刀具隨時旋轉擺動角度才能避免干涉情況。對于有些回轉零件，加工時雖不存在干涉問題，但采用3種聯動加工方式需要多次轉位銜接加工面，直接影響零件表面質量和加工精度，五軸聯動加工方式能有效解決該加工問題。

為避免五軸聯動加工時出現卡頓現象，DMG260-11加工中心在運行聯動程序前，需要執行M11、M111代碼，使旋轉軸B和旋轉軸C處于一直松開狀態下。由于旋轉軸松開時剛性較差，不宜重載切削。五軸聯動加工結束時，執行M10、M110代碼，使回轉軸B、C處于鎖緊狀態，以還原加工剛性。

2.CAM后置處理的構建

由CAD/CAM軟件可進行建模和加工過程自動編程，生成刀位路徑數據。后置處理最重要的作用是將CAM軟件生成的刀位軌跡轉化為五軸機床的NC程序，通過讀取刀位文件，根據機床運動結構及控制指令，進行坐標運動變化和指令格式轉換。只有采用正確的后置處理系統才能將刀位軌跡輸出能正確進行加工的數控程序。因此，編制正確的后置處理，是數控編程與加工的前提條件之一，也影響著調試零件的效率。

Hass、Fanuc等三軸加工中心在輸出加工注釋信息時，由于數控系統的原因也只能以英文形式輸出。西門子840Dsl系統的五軸加工中心，程序和刀具名稱都支持中文，構建后處理時可將注釋信息設定為中文。如圖2所示。

回轉結構為一擺一轉的五軸加工中心，主軸轉角加工時，程序中通常帶有工件坐標系旋轉指令。在構建后置處理時，快速定位移動指令的輸出形式應先在安全點進行旋轉軸（B、C）的定位，再以XYZ三軸聯動的方式接近零件，防止出現軸超程報警及撞機的情況。

3.機床高級功能的應用

DMG260-11加工中心配有激光自動對刀儀，編寫精密零件的程序時，可在調用刀具指令后增加一個刀具測量循環指令，以確保大批量生產時加工精度的穩定性。機床主軸裝有用來測量位移和震動的傳感器，通過觀察CRT顯示器中的“機床保護控制裝置”，可判斷刀具磨損情況以及切削用量是否合理，以便于及時調整切削參數和更換刀具。

MORI SEIKI測頭除了可以建立工件坐標系外，還可以配合“校準邊沿”模塊對零件進行找正，從而減少加工輔助時間；也可以使用3DqulckSET功能校準機床，恢復回轉精度。

結語

本文結合生產實踐經驗，從3個方面簡要介紹了DMG260-11五軸加工中心在生產復雜精密零部件中的應用方法及技巧。五軸加工中心已廣泛應用于航空、航天、軍事、科研、船舶等行業，想發揮出高精尖設備的最大性能，還需要不斷去探索和研究。

參考文獻

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