现代数控编程技术(第05讲--数控铣削加工及编程--五轴).pdf

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第5讲多轴数控铣削加工工艺与编程第5讲多轴数控铣削加工工艺与编程5.1五轴数控铣削加工工艺基础五轴数控铣削加工工艺基础5.2五轴数控铣削加工轨迹生成技术五轴数控铣削加工轨迹生成技术5.3五轴数控铣削加工典型软件介绍五轴数控铣削加工典型软件介绍5.4五轴数控铣削加工后置处理五轴数控铣削加工后置处理提纲提纲5.1.1五轴加工的特点五坐标机床在三个平动轴基础上增加了两个转动轴，不仅可使刀具相对于工件的位置任意可控，而且刀具轴线相对于工件的方向也在一定范围内任意可控。

五轴加工的特点五坐标机床在三个平动轴基础上增加了两个转动轴，不仅可使刀具相对于工件的位置任意可控，而且刀具轴线相对于工件的方向也在一定范围内任意可控。

5.1五轴数控铣削加工工艺基础五轴数控铣削加工工艺基础1R2Rxyzmrrmnprzrmin）90（1R2Rpxya五坐标曲面加工原理三坐标曲面加工原理五坐标曲面加工原理三坐标曲面加工原理5.1五轴数控铣削加工工艺基础五轴数控铣削加工工艺基础刀具可达性好，可有效避免刀具干涉和过切刀具可达性好，可有效避免刀具干涉和过切5.1五轴数控铣削加工工艺基础五轴数控铣削加工工艺基础加工效率高加工效率高对于直纹面类零件，可采用侧铣方式一刀成型，减少制作流程，减少工件装夹次数，减少放电区域，较少模具抛光工序。

5.1五轴数控铣削加工工艺基础五轴数控铣削加工工艺基础加工质量高加工质量高使用较短的刀具，稳定的加工精度，平滑的表面质量。

5.1五轴数控铣削加工工艺基础五轴数控铣削加工工艺基础改善刀具切削环境，五轴加工时，刀具相对于工件表面可处于最有效的切削状态；零件表面上的误差分布均匀。

改善刀具切削环境，五轴加工时，刀具相对于工件表面可处于最有效的切削状态；零件表面上的误差分布均匀。

5.1五轴数控铣削加工工艺基础五轴数控铣削加工工艺基础清角彻底，在某些加工场合，可采用较大尺寸的刀具避开干涉进行加工清角彻底，在某些加工场合，可采用较大尺寸的刀具避开干涉进行加工5.1五轴数控铣削加工工艺基础五轴数控铣削加工工艺基础对一般立体型面特别是较为平坦的大型表面，可用大直径端铣刀端面贴近表面进行加工对一般立体型面特别是较为平坦的大型表面，可用大直径端铣刀端面贴近表面进行加工可一次装卡对工件上的多个空间表面进行多面、多工序加工可一次装卡对工件上的多个空间表面进行多面、多工序加工5.1五轴数控铣削加工工艺基础五轴数控铣削加工工艺基础1、机床坐标系和坐标轴的命名用来描述和确定机床运动以及工件在机床上位置理论上可随意定义ISO对数控机床坐标轴的名称及其运动方向作了统一的规定5.1.2五轴加工中的坐标系五轴加工中的坐标系5.1五轴数控铣削加工工艺基础五轴数控铣削加工工艺基础2、工件坐标系定义工件形状和刀具相对工件运动，与工件固联右手笛卡尔坐标系原点任意，便于工件几何形状的描述。

5.1五轴数控铣削加工工艺基础五轴数控铣削加工工艺基础3、局部坐标系在多坐标三维曲面加工时用于确定刀具相对零件表面姿态的坐标系坐标原点为刀具与零件表面的接触点5.1五轴数控铣削加工工艺基础五轴数控铣削加工工艺基础工件工件坐标系局部坐标系nwYwZvawX5.1五轴数控铣削加工工艺基础五轴数控铣削加工工艺基础常用的刀轴控制方式：

1）垂直于表面方式2）平行于表面方式3）相对于表面方式navi相对于表面的刀轴控制4、五坐标曲面加工刀轴控制方式的选择原则5.1五轴数控铣削加工工艺基础五轴数控铣削加工工艺基础前倾角与侧偏角前倾角（Titleangle）：

也叫后跟角前倾角表示刀具在刀具路径方向上与刀具路径法向之间的夹角。

5.1五轴数控铣削加工工艺基础五轴数控铣削加工工艺基础侧偏角（Yawangle）:

也叫侧倾角侧偏角表示刀具在与刀具路径垂直的方向上与刀具路径法向之间的夹角。

5.1五轴数控铣削加工工艺基础五轴数控铣削加工工艺基础前倾角与侧倾角对加工的影响刀具的有效切削半径为：

2/3222222tantan1rararesintantan其中可以看出，当前倾角和侧倾角（绝对值）增大时，刀具的有效切削半径减小，刀具的切削效率降低。

但增大前倾角和侧倾角可以避免刀具与工件发生干涉。

5.1五轴数控铣削加工工艺基础五轴数控铣削加工工艺基础5.1五轴数控铣削加工工艺基础五轴数控铣削加工工艺基础刀具摆动型刀具摆动型两个转动轴都作用于刀具上定轴，动轴摆动机构结构较复杂，一般刚性较差，但运动灵活刀具回转/摆动型（B-A）结构图5.1.3五轴加工机床类型及其工艺特点五轴加工机床类型及其工艺特点5.1五轴数控铣削加工工艺基础五轴数控铣削加工工艺基础工作台回转工作台回转/摆动型摆动型两个转动轴都作用于工件上定、动轴结构，只是其动轴紧靠工件。

其旋转/摆动工作台刚性容易保证、工艺范围较广，实现容易。

工作台回转/摆动型（A-C）结构图5.1五轴数控铣削加工工艺基础五轴数控铣削加工工艺基础刀具与工作台回转刀具与工作台回转/摆动型摆动型刀具与工件各具有一个转动运动两个回转轴在空间的方向都是固定的特点介于上述两类机床之间。

刀具与工作台回转/摆动（A-B）结构图5.1五轴数控铣削加工工艺基础五轴数控铣削加工工艺基础5.1五轴数控铣削加工工艺基础五轴数控铣削加工工艺基础5.2五轴数控铣削加工轨迹生成技术五轴数控铣削加工轨迹生成技术5.3五轴数控铣削加工典型软件介绍五轴数控铣削加工典型软件介绍5.4五轴数控铣削加工后置处理五轴数控铣削加工后置处理提纲提纲przrmin）90（1R2RpxyammpmRRRininnrrvnaicos/）cos（）（+=）sin（sincossin1212/122为切削点位矢、则刀位点的位矢和刀轴单位矢量为：

rprpim5.2.1刀位数据及其计算刀位数据及其计算5.2五轴数控铣削加工轨迹规划五轴数控铣削加工轨迹规划特殊情况下的刀位计算表达：

1.垂直于表面端铣（=0）2.平行于表面侧铣（=90）anrrni）（=121RRRpm+=）sin1（sin22/12nrrvaiRpm5.2五轴数控铣削加工轨迹规划五轴数控铣削加工轨迹规划5.2.2走刀步长的确定走刀步长的确定1、五坐标加工理论误差分析、五坐标加工理论误差分析）（smi）（smrmo）（spr）（s）（sABLpxyz）（spr）（sr1r0rsrlpsr）（tlpr0prpsr1pr1mr0mrmsrmsi1mi0miAAlpsrpsr21sr旋转AA0n1nsn刀具双摆动五轴加工刀具双摆动五轴加工五坐标加工理论误差的描述五坐标加工理论误差的描述5.2五轴数控铣削加工轨迹规划五轴数控铣削加工轨迹规划刀心沿运动时刀具对零件面产生的法向加工误差的最大值为：

该误差可进一步分解为以下三个组成部分：

1.曲面轮廓逼近误差2.与刀具形状和尺寸有关的误差3.与机床结构型式与结构参数有关的误差max/（/）（）（）（）（）（）sRRRiLiiiinnngnanvgnng12121212222222815.2五轴数控铣削加工轨迹规划五轴数控铣削加工轨迹规划2、误差控制与走刀步长估计、误差控制与走刀步长估计1）在前置处理生成刀具轨迹时先不考虑机床结构引起的非线性误差的影响，走刀步长按保证理想刀位点轨迹的离散逼近精度来确定。

2）在后置处理程序中再根据刀位文件中的刀具轴线矢量和机床结构类型与结构参数对非线性误差进行效验与修正。

5.2五轴数控铣削加工轨迹规划五轴数控铣削加工轨迹规划与三坐标加工表达式完全一致，只是刀轴矢量不同。

刀具表面的参数描述5.2.3基于刀具扫描体计算的五坐标加工行距计算方法基于刀具扫描体计算的五坐标加工行距计算方法5.2五轴数控铣削加工轨迹规划五轴数控铣削加工轨迹规划1、干涉产生的情况端铣加工时的刀具干涉干涉干涉干涉1曲面2曲面干涉刀头部位干涉刀头部位干涉刀杆干涉5.2.4干涉检测与处理干涉检测与处理5.2五轴数控铣削加工轨迹规划五轴数控铣削加工轨迹规划侧铣加工时的刀具干涉112200220011干涉干涉刀杆干涉刀头干涉5.2五轴数控铣削加工轨迹规划五轴数控铣削加工轨迹规划2、干涉的检测1）对三角片的三个顶点以及刀位点绕工件坐标系的两个坐标轴进行旋转变换，使旋转变换后的刀轴矢量平行于坐标轴2）后续的详细干涉检测算法将与三坐标加工时完全一致。

5.2五轴数控铣削加工轨迹规划五轴数控铣削加工轨迹规划3、干涉的避免方法端铣加工刀具干涉的避免（a）轴向移动法（b）轴线摆动法刀头干涉避免轴线摆动法避免刀杆干涉5.2五轴数控铣削加工轨迹规划五轴数控铣削加工轨迹规划侧铣加工刀具干涉的避免112200001122轴线平移法避免刀杆干涉轴向移动法避免刀头干涉5.2五轴数控铣削加工轨迹规划五轴数控铣削加工轨迹规划五坐标加工干涉检测与处理流程5.2五轴数控铣削加工轨迹规划五轴数控铣削加工轨迹规划开始取三角平面片全部处理完属于可能干涉区域（式4-73）可能干涉初判断式（4-75）、（4-76）可能干涉坐标旋转变换干涉详细判断（与4.3.6中的算法相同）干涉调整刀位数据，使刀具与当前三角片的顶点、边或面相切接触多面体曲面模型结束YYYYNNNN5.1五轴数控铣削加工工艺基础五轴数控铣削加工工艺基础5.2五轴数控铣削加工轨迹生成技术五轴数控铣削加工轨迹生成技术5.3五轴数控铣削加工典型软件介绍五轴数控铣削加工典型软件介绍5.4五轴数控铣削加工后置处理五轴数控铣削加工后置处理提纲提纲1）固定方向：

刀轴矢量始终与定义的向量平行2）朝向点：

加工过程中刀具刀尖指向恒定的点。

CAM软件中常用的刀具姿态控制方式软件中常用的刀具姿态控制方式5.3五轴铣削加工典型软件介绍五轴铣削加工典型软件介绍五轴铣削加工典型软件介绍五轴铣削加工典型软件介绍3）自点：

加工工程中刀具末端指向恒定的。

4）朝向线：

加工过程中刀具刀尖指向一条恒定的直线。

5）自线：

加工过程中刀具末端指向一条恒定的直线。

5.3五轴铣削加工典型软件介绍五轴铣削加工典型软件介绍五轴铣削加工典型软件介绍五轴铣削加工典型软件介绍ToolAxis刀轴矢量用于定义固定刀轴与可变刀轴的方向。

5.3.1UG5.3.1UG五轴加工刀具轴线控制方式简介五轴加工刀具轴线控制方式简介五轴加工刀具轴线控制方式简介五轴加工刀具轴线控制方式简介5.3五轴铣削加工典型软件介绍五轴铣削加工典型软件介绍五轴铣削加工典型软件介绍五轴铣削加工典型软件介绍刀轴矢量被定义为从刀端指向刀柄的方向刀轴矢量的确定输入坐标值选择几何指定轴与零件表面的相对关系指定轴与驱动曲面的相对关系ToolAxisVector5.3五轴铣削加工典型软件介绍五轴铣削加工典型软件介绍五轴铣削加工典型软件介绍五轴铣削加工典型软件介绍MaterialSideVector如果使用驱动曲面方式创建刀轴路径，必须首先确定加工侧矢量方向，该方向应指向材料被去除的方向。

5.3五轴铣削加工典型软件介绍五轴铣削加工典型软件介绍五轴铣削加工典型软件介绍五轴铣削加工典型软件介绍ZM轴轴指定刀轴矢量沿MCS坐标系的ZM轴方向。

5.3五轴铣削加工典型软件介绍五轴铣削加工典型软件介绍五轴铣削加工典型软件介绍五轴铣削加工典型软件介绍I,J,K通过输入I，J，K的值来确定刀轴矢量的方向5.3五轴铣削加工典型软件介绍五轴铣削加工典型软件介绍五轴铣削加工典型软件介绍五轴铣削加工典型软件介绍LineEndPoints-ToolAxis由参考直线和直线的末端点来确定刀轴矢量方向5.3五轴铣削加工典型软件介绍五轴铣削加工典型软件介绍五轴铣削加工典型软件介绍五轴铣削加工典型软件介绍2Points通过两点确定刀轴矢量方向5.3五轴铣削加工典型软件介绍五轴铣削加工典型软件介绍五轴铣削加工典型软件介绍五轴铣削加工典型软件介绍ToolAxis-TangenttoCurve定义刀轴矢量为