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，加工策略劃分對于產(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，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)驗基礎(chǔ)上，針對不同的加工產(chǎn)品對象，對不同材料、刀柄刀具、切削方式可通過正交試驗等方法進(jìn)行科學(xué)試驗、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)品加工實例。
 四、五坐標(biāo)高速銑削后處理程序開發(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功能對機(jī)床的運(yùn)動精度和數(shù)控編程進(jìn)行簡化，下面對RTCP（ Rotation Tool Centre Point 旋轉(zhuǎn)刀具中心）編程進(jìn)行簡要說明。
     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：這個距離我們稱為轉(zhuǎn)軸中心(pivot)。根據(jù)轉(zhuǎn)軸中心和坐標(biāo)轉(zhuǎn)動值計算出X、Y、Z 的直線補(bǔ)償，以保證刀具中心處于所期望的位置。運(yùn)行一個這樣得出的程序必須要求機(jī)床的轉(zhuǎn)軸中心長度正好等于在書寫程序時所考慮的數(shù)值。任何修改都要求重新書寫程序。對于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)存在此選項時，控制系統(tǒng)會保持刀具中心始終在被編程的XYZ位置上。為了保持住這個位置，轉(zhuǎn)動坐標(biāo)的每一個運(yùn)動都會被XYZ 坐標(biāo)的一個直線位移所補(bǔ)償。因此，對于其它傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)而言，一個或多個轉(zhuǎn)動坐標(biāo)的運(yùn)動會引起刀具中心的位移；而對于FIDIA 數(shù)控系統(tǒng)（當(dāng)RTCP 選件起作用時），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，與程序無關(guān)。通過計算機(jī)編程或通過PLP 選件被記錄的三坐標(biāo)程序，可以通過RTCP 邏輯，以五坐標(biāo)方式被執(zhí)行。對于這種特殊的應(yīng)用方法，必須要求使用球形刀具。這些轉(zhuǎn)動坐標(biāo)的運(yùn)動，可以通過JOG 方式或通過手輪來完成，所以在某些加工條件下，允許所使用的刀具，其長度值小于用于三坐標(biāo)加工的刀具。
   2.基于UGNX平臺后處理程序的開發(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，通過讀取刀位文件，根據(jù)機(jī)床運(yùn)動結(jié)構(gòu)及控制指令格式，進(jìn)行坐標(biāo)運(yùn)動變換和指令格式轉(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)動變換、非線性運(yùn)動誤差校驗、進(jìn)給速度校驗、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)類型轉(zhuǎn)換與圓整、字符串處理等：主要針對數(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：主要針對多坐標(biāo)加工時的坐標(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)的兩個擺動工作臺，其二為主軸繞X軸或Y軸擺動，另外的工作臺則相應(yīng)繞Y軸或X軸擺動來構(gòu)造空間的五軸聯(lián)動加工。對于主軸不擺動的五軸數(shù)控機(jī)床，其擺動軸存在主次依賴關(guān)系，即主擺動軸（Primary Table）的運(yùn)動影響次擺動軸（Secondary Table）的空間位置，而次擺動軸的運(yùn)動則不影響主擺動軸的空間位置狀態(tài)。
       FIDIA KR214為帶旋轉(zhuǎn)工作臺的六軸五聯(lián)動高速銑削加工中心，其中C軸為主動軸、A軸為從動依附軸、旋轉(zhuǎn)工作臺為W軸；由于現(xiàn)有的CAM軟件大多不支持六軸聯(lián)動的數(shù)控程序后處理，且實際加工中，一般的五軸聯(lián)動足夠滿足生成的需要。針對該機(jī)床加工的特性，根據(jù)需要可編制三個線性軸X、Y、Z、A、C五個軸聯(lián)動后處理程序以及包括三個線性軸及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)動模擬
   由于五坐標(biāo)高速銑削加工時，刀具軌跡比較復(fù)雜，且加工過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，刀具運(yùn)動速度非�？欤�因此在進(jìn)行實際產(chǎn)品加工前，進(jìn)行數(shù)控程序的校對審核是非常必要的。由于五坐標(biāo)聯(lián)動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)床的實際輸出是否存在問題。采用Vericut軟可以很好的節(jié)省校對時間，進(jìn)行真實的模擬加工，Vericut軟件非常真實的模擬機(jī)床加工過程中的干涉、過切、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、檢驗和顯示NC加工程序，是一種方便的驗證數(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)試時間，減少刀具磨損和機(jī)床清理工作。通過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，用戶可以容易的檢查出不正確的加工情況。作為檢驗的另一部分，該模塊還能計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過程。
   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、數(shù)控編程后處理程序開發(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)動模擬等方面的關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)行了簡單介紹，希望對讀者有所借鑒作用。