淺談多軸加工技術的應用

蘇玉權

（廣東省湛江市技師學院，廣東 湛江 524037）

零件加工在工業生產中有著悠久的歷史。經過幾十年的發展，零件的加工精度要求越來越高，生產周期越來越短。從最早期的手動銑床的加工發展到數控銑床的加工；到加工中心的出現；然后到五軸加工中心的推出，讓我們的加工手段越來越豐富。

但是目前國內還有很多的加工企業在進行多面體零件加工時仍然用傳統的多次裝夾來完成加工，這樣的加工方式使零件的生產周期過長，對某些部位的加工精度無法控制，所以國內的生產企業如果不能突破此瓶頸，那么就很難適應國際市場的需要，最終會被市場淘汰。而為了滿足國內加工行業的發展和變化，機床制造商有針對性的推出了多種五軸機床。

1 多軸機床結構與應用特點

1.1 五軸機床結構

五軸機床由X、Y、Z三個直線軸以及圍繞各自回轉的軸（A、B、C）組合而成。五軸加工按坐標運動的關系分為五面加工、五軸定位加工和五軸同步輪廓加工。

（1）五面加工。依照立方體法則，工件加工位置處于各基準面上，使它在一個工序里完成其五面的加工，主要用于箱體的加工。

（2）五軸定位加工（3+2軸定位加工）。這是運用五面加工、多角度特點和工作部件平面的組合。兩組平臺旋轉，軸只利用于定位工件的位置。主軸是永遠是垂直方向，主要用于零件的鉆、攻、鏜、銑。

（3）五軸同步輪廓加工。機床可以完成五方位的定位外，還可以實現五坐標聯動輸出。目前，主要用來加工葉輪、渦輪、蝸桿、螺旋槳等異形零件。

1.2 五軸機床加工特點

現階段，無論是五軸聯動機床還是五面體加工機床（俗稱3+2軸機床），都可以通過A、B、C三個附件軸中的兩個軸互相協作從而進行除了裝夾面以外的五個基礎面進行加工。五軸機床的產生，使對專用夾具的需求程度大大降低，對成型工具的依賴性也直線下降。導致產品的生產速度大大提高，從而降低成本，對企業產生較大的競爭力。五軸機床加工與三軸機床加工的優越性對比如下。

（1）在銑削加工時，傳統的三軸機床加工當遇到倒扣面時運用傳統的裝夾方式是：使用專用夾具裝夾，這樣的加工方式會由于多次裝夾而引起誤差的累積。而使用五軸機床，可以通過機床的主軸頭擺動或者工作臺的擺動而達到最好的加工效果。這樣，使用最簡單的裝夾就能加工出復雜的零件。并且，加工效率有大幅度的提高，如圖1所示。

圖1 銑削加工

（2）在進行傾斜面加工時，三軸機床的常規做法是：采用層切的方式，使用這樣的加工方式，加工效率非常低。當產品的批量較大時，很多的企業都會采用成型刀具。這樣生產效率會有很大的提高，然而，刀具的成本也會大幅度地升高，生產成本也隨之提高了。但是，運用五軸機床加工，可以使用普通的刀具進行任何形狀的加工，既能降低刀具的成本，提高生產效率，還能提高產品的利潤，如圖2所示。

圖2 斜面加工

2 UG多軸加工編程軟件

五軸機床要充分發揮其性能，還需要一個優秀的CAD/CAM軟件控制。UG軟件起源于美國麥道飛機公司，它是從二維繪圖、數控加工編程、曲面造型等功能發展起來的軟件。20世紀90年代初，美國通用汽車公司選中UG作為全公司的CAD/CAM/CIM主導系統，這進一步推動了UG的發展。UG現由德國Siemens公司收購，最新版本是Siemens NX12.0。該軟件不但在CAD/CAE占有半壁江山，在CAM方面更是行業領導地位。特別在多軸加工方面有豐富、靈活的加工策略與刀軸控制。下面簡單介紹一下我院使用Siemens NX12（CAD/CAM）軟件配合吉特邁公司的五軸機床DMU60 MONOBLOCK進行加工。下面以銑刀盤加工作為例子，如圖3所示。

圖3 銑刀盤產品圖

（1）分析的零件結構與技術要求。①用途：主要用于銑削較大面積的平面以及粗、精銑各種平面，剛性好，能同時多刀齒切削，工作平穩。②結構：中間帶孔的可轉位硬質合金刀片端銑刀，其結構較復雜，整體外形呈圓柱形，前端面呈下凹的圓錐面，最大直徑為117mm，最小直徑為32mm,零件總高度為50mm,前部均勻分布厚度為52mm的6個鑲刀位，用于安裝刀粒。③技術要求：根據盤銑刀的用途與結構特點分析，該零件的關鍵精度在于6個鑲刀位置。為了保證該其精度要求，選用五軸加工中心一次成型。

（2）加工工藝規劃：下料、車削、銑削（五軸加工中心）

（3）五軸機床上工件裝夾：將三爪卡盤用壓板壓緊在五軸加工中心工作臺上，將已車削部分夾緊，如圖4所示。

圖4 工件安裝

3 編寫數控加工程序

3.1 端銑刀尾部的粗加工編程

創建加工工序，單擊“創建工序”進入創建工序環境，在“類型”下拉對話框中選擇“mill-contou”，然后確定進入編寫【型腔銑】環境進行參數設置（包括加工對象、刀具、余量、進給等參數），設置完后生成粗加工刀路，如圖5所示。

圖5 生成刀路

3.2 精加工鑲刀位

在建模模式下進入草圖，在刀盤鑲刀位置創建一個矩形限制加工范圍，創建加工工序，進入創建工序環境“類型”中選擇“mill-planar”，然后進入【平面輪廓銑】，進行參數（曲線邊界、指定底面、刀軸、刀具、余量）等參數，生成刀軌如圖6所示。

圖6 定位刀軌

3.3 精加工避空位

利用“注塑模工具”中的“擴大曲面”命令，將避空位曲面放大，創建加工工序，進入創建工序環境“類型”中選擇“mill-multi-axis”，進入【可變輪廓銑】環境，設置（驅動方法、驅動幾何體、投影矢量）等參數，生成加工刀路。然后把刀路進行陣列，如圖7所示。

圖7 避空位刀軌

3.4 使用VERICUT仿真軟件中驗證程序

將已編寫的加工程序進行優化，然后通過后處理器生成NC代碼，在多軸設備進行實際加工前必須使用VERICUT軟件進行仿真驗證，確定程序無碰撞等問題后方可進行刀盤的實際切削加工，實際加工結果如圖8所示。

圖8 加工零件完成圖

4 結語

為了減少包括空轉測試零件加工程序或首件加工調試的調整時間，CAD/CAM軟件模擬不失為一種有效工具。很多模擬軟件具有檢測編程錯誤，機床、刀具、夾具和零件之間的沖突，優化刀具長度與行程等功能。因此，五鈾加工得到了廣泛應用。