在斜面加工中的五軸應(yīng)用

　　高性能的五軸數(shù)控銑加工中心，數(shù)控系統(tǒng)都具有空間坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)以及斜面刀具補(bǔ)償功能，從而為一些需斜面加工且加工精度比較高的零件加工提供了可能。在斜面上加工時(shí)，由于坐標(biāo)系在空間發(fā)生變化，加工程序編制困難，需突破常規(guī)的編程思維模式進(jìn)行編程，而且對(duì)程序進(jìn)行特別處理，本篇結(jié)合型號(hào)產(chǎn)品的實(shí)際加工來(lái)討論此問(wèn)題。

　　在型號(hào)產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到此類零件，需在斜面上進(jìn)行打孔、鏜孔、銑削形狀，或者在同一次裝夾中需要在不同方向和不同斜度的若干斜面上加工，且每個(gè)斜面間有較高的形位公差要求。常規(guī)的加工此類零件的方法是扳動(dòng)床頭、轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)面或者使用組合夾具，若加工方向或者加工位置不同則需要二次裝夾，重新找正，加工過(guò)程異常繁瑣，由于裝夾定位和機(jī)床本身的限制，無(wú)法保證零件的加工精度。如在T××的臺(tái)體加工中，斜面上的孔系較多，且異形面不好裝夾，定位基準(zhǔn)不好，多次裝夾造成誤差積累，有時(shí)孔的邊距誤差超過(guò)了1mm。

　　為解決此種零件的加工問(wèn)題，通過(guò)不斷摸索和工藝方法的不斷改進(jìn)，并結(jié)合工廠現(xiàn)有機(jī)床，后選用五軸數(shù)控銑加工中心來(lái)解決此問(wèn)題。所選機(jī)床為五軸五連動(dòng)，除3個(gè)線性軸外，還帶回轉(zhuǎn)工作臺(tái)(C軸：-360°～360°)和擺頭(B軸：0°～110°)兩個(gè)回轉(zhuǎn)軸，采用控制系統(tǒng)為FANUC160i，具有空間坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)和斜面刀具補(bǔ)償功能。

　　從實(shí)現(xiàn)斜面加工的角度來(lái)看，在一次裝夾中可完成不同方向、不同角度的多個(gè)斜面的打孔、鏜孔、攻絲、銑削等多種加工的需要。減少了裝夾次數(shù)，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，更重要的是提高了零件的加工精度，保證了產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。

　　以長(zhǎng)三系列某基座類零件的窗口加工為例，零件如下圖所示：要加工此窗口，可以看出，機(jī)床應(yīng)該完成一個(gè)在XZ、YZ平面上2軸聯(lián)動(dòng)的插補(bǔ)和一個(gè)主軸的擺頭動(dòng)作。因?yàn)橐�使刀具和加工面垂直，必須使主軸完成一個(gè)擺頭動(dòng)作，有擺頭，就牽扯到擺長(zhǎng)等一系列的多軸加工問(wèn)題。因此要使用多軸程序的編制手段來(lái)完成，編程和機(jī)床調(diào)試難度大，給程序編制者和機(jī)床操作者提出了更高的要求，在實(shí)際應(yīng)用中，考慮到保證機(jī)床安全等方面的因素，需模擬加工過(guò)程，多次空切，確保程序無(wú)誤，才能進(jìn)行正式加工。此外，多軸的程序算法相當(dāng)復(fù)雜，需考慮擺長(zhǎng)等因素的影響，針對(duì)某一機(jī)床必須有特定的后處理，但后處理往往因?yàn)樗惴ê涂刂莆恢玫牟煌�，以及�?jì)算穩(wěn)定性方面的影響，經(jīng)過(guò)軟件后處理所得的程序在控制精度方面常常難以滿足零件圖紙精度的要求。

　　分析可看出，造成編程難度增加的直接原因是斜面的出現(xiàn)，因此，如果可以使加工平面與斜面重合，那么此類問(wèn)題就轉(zhuǎn)化為一個(gè)兩軸半加工的編程問(wèn)題，編程難度大大降低。因此，可以想到，首先使用機(jī)床的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換功能(G68指令)來(lái)使加工平面與斜面重合，第二使用刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償指令(G432)，在斜面的垂直方向加上刀長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)以上處理后，使斜面加工問(wèn)題轉(zhuǎn)化為平面加工來(lái)解決，從而編程難度大大降低。若同時(shí)需要加工多個(gè)斜面時(shí)，只需轉(zhuǎn)動(dòng)C軸到C0(工作臺(tái)的零位，該零位方向與主軸擺動(dòng)方向相同)，再通過(guò)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系和加刀長(zhǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)加工。如果加工形狀比較簡(jiǎn)單，通過(guò)手工便可以完成編程工作。從而使得在數(shù)控機(jī)床一次裝夾中，實(shí)現(xiàn)在多個(gè)斜面、多個(gè)工位、多次換刀的加工變成可能。

　　程序結(jié)構(gòu)如下：

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　　N0100O0008(程序名)

　　N0102M6T1;(換刀)

　　N0104G0G90G56X400Y200Z260B0C0;(運(yùn)動(dòng)到參考點(diǎn))

　　N0106G432X200Z150H1Bω;(在垂直于斜面的方向加刀長(zhǎng))

　　N0108M3S3000;(主軸正轉(zhuǎn))

　　N0110M8;(打開切削液)

　　N0112G68X188Y0Z60I0J1K0Rω;(坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，ω為主軸從零轉(zhuǎn)到與斜面垂直時(shí)所轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)得角度)

　　……

　　N0200G69;(坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)取消)

　　N0202G492X200Z300;(斜面刀具補(bǔ)償取消，運(yùn)動(dòng)到安全位置)

　　N0204M9;(切削液關(guān))

　　N0206Cα;(C軸旋轉(zhuǎn)，α為所要加工的第n個(gè)斜面的垂線與C0位置所夾的最小角度)

　　N0208G0G90G56X400Y200Z260B0C0;(運(yùn)動(dòng)到參考點(diǎn))

　　N0210G432X200Z150H1Bωn;(在垂直于斜面的方向加刀長(zhǎng))

　　N0212G68X188Y0Z60I0J1K0Rωn;(坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，ωn為主軸從零轉(zhuǎn)到與斜面垂直時(shí)所轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)得角度)

　　……

　　N0200G69;(坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)取消)

　　N0202G492X200Z300;(斜面刀具補(bǔ)償取消，運(yùn)動(dòng)到安全位置)

　　N0204M9;(切削液關(guān))

　　N0204M30;(程序結(jié)束，返回到程序頭)

　　雖然在上述討論中實(shí)現(xiàn)了斜面加工，但是僅限于在斜面上打孔、鏜孔、攻絲、銑削由直線和圓弧構(gòu)成的簡(jiǎn)單形狀，局限于手工編程。如果銑削形狀比較復(fù)雜，如在斜面上銑削方程曲線，三維曲面、刻字，又該如何去編制程序?

　　類似的這些形狀即使在平面上加工時(shí)，手工編程也是無(wú)法做到的，只有通過(guò)CAM軟件來(lái)完成。通過(guò)對(duì)機(jī)床和CAM軟件的仔細(xì)研究，摸索出一套軟件編程結(jié)合手工編程的辦法來(lái)完成此類零件的加工編程的有效途徑。

　　分析可知，在普通的三軸銑編程中，刀軸方向始終與XOY平面垂直，但是當(dāng)主軸偏離原來(lái)的豎直方向時(shí)，刀具平面發(fā)生傾斜時(shí)，如何才能使在XOY平面上生成的程序在斜面上正確運(yùn)行。分析可知，盡管坐標(biāo)系發(fā)生了旋轉(zhuǎn)，但是如果使在XOY平面上所做圖形(a)在原坐標(biāo)系中的相對(duì)位置與斜面上要加工的形狀(b)和新坐標(biāo)系中的相對(duì)位置保持一致，那么在XOY平面上所生成的程序可直接應(yīng)用到斜面加工中。根據(jù)機(jī)床擺頭動(dòng)作對(duì)圖形位置的影響，分析可知，在XOY平面上作圖時(shí)，應(yīng)使圖形以編程原點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)中心逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°(旋轉(zhuǎn)角度應(yīng)根據(jù)機(jī)床等具體情況來(lái)定)，這樣就使在CAM軟件中的圖形位置與實(shí)際加工的位置保持一致。通過(guò)添加和修改程序頭和程序尾，即增加坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換和斜面刀具補(bǔ)償，就使得軟件編程和手工編程結(jié)合起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)了在斜面上銑削方程曲線，三維曲面、刻字等任意復(fù)雜形狀的加工。

　　通過(guò)在實(shí)際加工驗(yàn)證，證實(shí)該方法在機(jī)床功能及行程的許可范圍內(nèi)應(yīng)用該種方法編程可實(shí)現(xiàn)任意斜面上任意復(fù)雜形狀的加工編程。

　　下圖為在52°的斜面上加工三維曲面的加工實(shí)例：