五坐標(biāo)高速銑削加工與編程的關(guān)鍵技術(shù)（二）

 2.整體葉輪加工數(shù)控編程
        在進(jìn)行五坐標(biāo)加工編程時(shí)，加工策略劃分對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量是很重要的，尤其是復(fù)雜產(chǎn)品的數(shù)控編程時(shí)，要求更高。整體葉輪進(jìn)行五坐標(biāo)高速銑削加工，其粗精加工銑削方式和刀具軌跡策略、粗精加工工序余量的合理安排、切削工藝參數(shù)加工步距、加工深度、主軸轉(zhuǎn)速、機(jī)床進(jìn)給等的選擇對(duì)于提高產(chǎn)品的加工效率和質(zhì)量是至關(guān)重要的。五坐標(biāo)切削工藝參數(shù)的在經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，針對(duì)不同的加工產(chǎn)品對(duì)象，對(duì)不同材料、刀柄刀具、切削方式可通過(guò)正交試驗(yàn)等方法進(jìn)行科學(xué)試驗(yàn)、歸納總結(jié)選用。
       整體葉輪在FIDIA KR215五坐標(biāo)高速銑削中心上，分別按照三軸銑削粗加工排量、五軸流道排量、五軸葉片精銑削、五軸流道精加工銑削的加工順序?qū)υ摦a(chǎn)品進(jìn)行切削及其產(chǎn)品加工實(shí)例。
 四、五坐標(biāo)高速銑削后處理程序開(kāi)發(fā)
   1.五軸機(jī)床旋轉(zhuǎn)刀具中心編程RTCP(Rotation Tool Centre Point)
      五坐標(biāo)機(jī)床及其加工編程，常用RTCP功能對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精度和數(shù)控編程進(jìn)行簡(jiǎn)化，下面對(duì)RTCP（ Rotation Tool Centre Point 旋轉(zhuǎn)刀具中心）編程進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。
     非RTCP模式編程：為了編程五坐標(biāo)的曲面加工，必須知道刀具中心與旋轉(zhuǎn)主軸頭中心的距離：這個(gè)距離我們稱(chēng)為轉(zhuǎn)軸中心(pivot)。根據(jù)轉(zhuǎn)軸中心和坐標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)值計(jì)算出X、Y、Z 的直線(xiàn)補(bǔ)償，以保證刀具中心處于所期望的位置。運(yùn)行一個(gè)這樣得出的程序必須要求機(jī)床的轉(zhuǎn)軸中心長(zhǎng)度正好等于在書(shū)寫(xiě)程序時(shí)所考慮的數(shù)值。任何修改都要求重新書(shū)寫(xiě)程序。對(duì)于FIDIA C20數(shù)控系統(tǒng)G96 激活RTCP，G97 禁止RTCP
    RTCP模式編程：選件RTCP 的運(yùn)行原理是當(dāng)存在此選項(xiàng)時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)保持刀具中心始終在被編程的XYZ位置上。為了保持住這個(gè)位置，轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)的每一個(gè)運(yùn)動(dòng)都會(huì)被XYZ 坐標(biāo)的一個(gè)直線(xiàn)位移所補(bǔ)償。因此，對(duì)于其它傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)而言，一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)會(huì)引起刀具中心的位移；而對(duì)于FIDIA 數(shù)控系統(tǒng)（當(dāng)RTCP 選件起作用時(shí)），是坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)中心的位移，保持刀具中心始終處于同一個(gè)位置上。在這種情況下，可以直接編程刀具中心的軌跡，而不需考慮轉(zhuǎn)軸中心，這個(gè)轉(zhuǎn)軸中心是獨(dú)立于編程的，是在執(zhí)行程序前由顯示終端輸入的，與程序無(wú)關(guān)。通過(guò)計(jì)算機(jī)編程或通過(guò)PLP 選件被記錄的三坐標(biāo)程序，可以通過(guò)RTCP 邏輯，以五坐標(biāo)方式被執(zhí)行。對(duì)于這種特殊的應(yīng)用方法，必須要求使用球形刀具。這些轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)，可以通過(guò)JOG 方式或通過(guò)手輪來(lái)完成，所以在某些加工條件下，允許所使用的刀具，其長(zhǎng)度值小于用于三坐標(biāo)加工的刀具。
   2.基于UGNX平臺(tái)后處理程序的開(kāi)發(fā)
        后置處理最重要的是將CAM軟件生成的刀位軌跡轉(zhuǎn)化為適合數(shù)控系統(tǒng)加工的NC程序，通過(guò)讀取刀位文件，根據(jù)機(jī)床運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)及控制指令格式，進(jìn)行坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)變換和指令格式轉(zhuǎn)換。通用后置處理程序是在標(biāo)準(zhǔn)的刀位軌跡以及通用的CNC系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)配置及控制指令的基礎(chǔ)上進(jìn)行處理。它包含機(jī)床坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)變換、非線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)誤差校驗(yàn)、進(jìn)給速度校驗(yàn)、數(shù)控程序格式變換及數(shù)控程序輸出等方面的內(nèi)容。只有采用正確的后置處理系統(tǒng)才能將刀位軌跡輸出為相應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)機(jī)床能正確進(jìn)行加工的數(shù)控程序，因此編制正確的后置處理系統(tǒng)模板是數(shù)控編程與加工的前提條件之一。后處理的主要內(nèi)容包括三個(gè)方面的內(nèi)容：
①數(shù)控系統(tǒng)控制指令的輸出：主要包括機(jī)床種類(lèi)及機(jī)床配置、機(jī)床的定位、插補(bǔ)、主軸、進(jìn)給、暫停、冷卻、刀具補(bǔ)償、固定循環(huán)、程序頭尾輸出等方面的控制。
②格式轉(zhuǎn)換：數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換與圓整、字符串處理等：主要針對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的輸出格式如單位、輸出地址字符等方面的控制。
③算法處理：主要針對(duì)多坐標(biāo)加工時(shí)的坐標(biāo)變換、跨象限處理、進(jìn)給速度控制。
   五軸數(shù)控機(jī)床的配置形式多樣，典型配置有繞X軸和Y軸旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)擺動(dòng)工作臺(tái)，其二為主軸繞X軸或Y軸擺動(dòng)，另外的工作臺(tái)則相應(yīng)繞Y軸或X軸擺動(dòng)來(lái)構(gòu)造空間的五軸聯(lián)動(dòng)加工。對(duì)于主軸不擺動(dòng)的五軸數(shù)控機(jī)床，其擺動(dòng)軸存在主次依賴(lài)關(guān)系，即主擺動(dòng)軸（Primary Table）的運(yùn)動(dòng)影響次擺動(dòng)軸（Secondary Table）的空間位置，而次擺動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)則不影響主擺動(dòng)軸的空間位置狀態(tài)。
       FIDIA KR214為帶旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的六軸五聯(lián)動(dòng)高速銑削加工中心，其中C軸為主動(dòng)軸、A軸為從動(dòng)依附軸、旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)為W軸；由于現(xiàn)有的CAM軟件大多不支持六軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控程序后處理，且實(shí)際加工中，一般的五軸聯(lián)動(dòng)足夠滿(mǎn)足生成的需要。針對(duì)該機(jī)床加工的特性，根據(jù)需要可編制三個(gè)線(xiàn)性軸X、Y、Z、A、C五個(gè)軸聯(lián)動(dòng)后處理程序以及包括三個(gè)線(xiàn)性軸及A/W的五軸后處理程序。這兩種后處理程序方案即可滿(mǎn)足工程需求，修改適合KR214(或K211)數(shù)控機(jī)床的后處理程序。
五、基于Vericut五坐標(biāo)高速銑削機(jī)床運(yùn)動(dòng)模擬
   由于五坐標(biāo)高速銑削加工時(shí)，刀具軌跡比較復(fù)雜，且加工過(guò)程中刀具軸矢量變化控制頻繁，尤其是在進(jìn)行高速切削時(shí)，刀具運(yùn)動(dòng)速度非�？�，因此在進(jìn)行實(shí)際產(chǎn)品加工前，進(jìn)行數(shù)控程序的校對(duì)審核是非常必要的。由于五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)高速切削其程序量大，許多程序采用手工的方法或者在CAM軟件里進(jìn)行模擬是難以有效的檢查數(shù)控程序和機(jī)床的實(shí)際輸出是否存在問(wèn)題。采用Vericut軟可以很好的節(jié)省校對(duì)時(shí)間，進(jìn)行真實(shí)的模擬加工，Vericut軟件非常真實(shí)的模擬機(jī)床加工過(guò)程中的干涉、過(guò)切、進(jìn)退刀等狀況，尤其能很好的模擬五軸加工及其RTCP功能。Vericut提供了許多功能，其中有對(duì)毛坯尺寸、位置和方位的完全圖形顯示，可模擬2～5軸聯(lián)動(dòng)的銑削和鉆削加工.
   UGII/Vericut 切削仿真模塊是集成在UGII軟件中的第三方模塊，它采用人機(jī)交互方式模擬、檢驗(yàn)和顯示NC加工程序，是一種方便的驗(yàn)證數(shù)控程序的方法。由于省去了試切樣件，可節(jié)省機(jī)床調(diào)試時(shí)間，減少刀具磨損和機(jī)床清理工作。通過(guò)定義被切零件的毛坯形狀，調(diào)用NC刀位文件數(shù)據(jù)，就可檢驗(yàn)由NC生成的刀具路徑的正確性。UGII/Vericut可以顯示出加工后并著色的零件模型，用戶(hù)可以容易的檢查出不正確的加工情況。作為檢驗(yàn)的另一部分，該模塊還能計(jì)算出加工后零件的體積和毛坯的切除量。UGII中的數(shù)字模型可直接傳輸?shù)絍ericut軟件中，進(jìn)行模擬，包括毛坯、產(chǎn)品、數(shù)控刀具軌跡與刀具等數(shù)字信息。圖9為UGNX環(huán)境下提供的Vericut接口界面，進(jìn)行某整體葉輪機(jī)床加工時(shí)在Vericut軟件中的模擬情況，為保證該產(chǎn)品的質(zhì)量提供了較好的檢測(cè)過(guò)程。
   六、小結(jié)
   本文從高速銑削加工中心的刀柄系統(tǒng)、五坐標(biāo)高速銑削的刀具軌跡設(shè)計(jì)、數(shù)控編程后處理程序開(kāi)發(fā)、高速銑削切削工藝參數(shù)的合理選擇、五坐標(biāo)高速銑削機(jī)床加工運(yùn)動(dòng)模擬等方面的關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，希望對(duì)讀者有所借鑒作用。