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1、數(shù)控多軸加工技術(shù)特點,宋放之 北京航空航天大學(xué)機械學(xué)院 北京市海淀區(qū)學(xué)院路37號 郵編：100083 010-82317720 ,一、多軸加工的理解,所謂多軸加工就是在原有三軸加工的基礎(chǔ)上增加了旋轉(zhuǎn)軸的加工。,多軸加工的情況可以分為：,1 、利用多軸數(shù)控機床進行三軸以上的聯(lián)動加工 如：三個直線軸同一個或二個旋轉(zhuǎn)軸的聯(lián)動加工。這種加工稱為：4軸聯(lián)動或5軸聯(lián)動加工。,,需要五軸聯(lián)動加工的 某發(fā)動機葉輪,加工葉輪,,,2、利用多軸數(shù)控機床進行任意兩軸或三軸的聯(lián)動加工。 如：12個直線軸和12個旋轉(zhuǎn)軸的聯(lián)動加工,,需要一個直線軸加一個旋轉(zhuǎn)軸聯(lián)動加工的 柱面凸輪,加工螺旋槽,,二、多軸加工的目的,1
2、、加工復(fù)雜形面,2 、提高加工質(zhì)量,3 、提高工作效率,多軸加工可切削復(fù)雜形面,（1）復(fù)雜曲面模具形面、葉片形面 整體葉輪等,需要五軸聯(lián)動加工的 發(fā)動機第三級大葉片,需要五軸聯(lián)動加工的 某斜流壓氣機轉(zhuǎn)子葉輪,需要五軸聯(lián)動加工的某斜流壓氣機定子葉輪,葉片緣頭處為非直紋面,,加工鞋底模具,,（1）利用球刀加工時，傾斜刀具軸線后可以提高加工質(zhì)量和切削效率,接觸點切削速度為零,接觸點切削速度不為零,多軸加工可提高加工質(zhì)量,加工高爾夫球用具,,（2）多軸加工可把點接觸改為線接觸從而提高加工質(zhì)量,球刀的點接觸,立銑刀的線接觸,(3)可以提高變斜角平面質(zhì)量,多軸加工利用端刃和側(cè)刃切削，使得變斜角平面表面粗糙
3、度質(zhì)量提高,（4）多軸聯(lián)動加工可以提高葉片加工質(zhì)量,三軸加工葉片 前后緣質(zhì)量不好,四軸加工葉片 前后緣質(zhì)量較好,,,三軸加工葉片 優(yōu)點：編程簡單、走刀路線比較好控制 缺點：單面加工易變形、葉片邊緣質(zhì)量不好 控制 五軸加工葉片 優(yōu)點：葉片邊緣質(zhì)量好、環(huán)繞加工對控制變形有 利、大型葉片可以采用端刃切削提高效率 缺點：編程復(fù)雜、裝夾要求高、設(shè)備要求高,多軸加工可提高工作效率,充分利用切削速度 充分利用刀具直徑 例如：可使用大直徑面銑刀加工 可應(yīng)用寬行加工的方法 可改善接觸點的切削速度 可以減小刀具長度，提高刀具強度,寬行加工方法,曲面零件,大直徑銑刀寬行加工,三、多軸加
4、工的特性,1 、編程復(fù)雜（尤其是后處理）,2、工藝順序與三軸不同,編程復(fù)雜（尤其是后處理）,以UG為例：變軸銑、變軸輪廓銑、變軸順序銑、固定軸曲面輪廓銑等 后置處理當(dāng)中要考慮刀具的長度，機床的結(jié)構(gòu)、工裝夾具的尺寸關(guān)系以及工件的安裝位置等,工藝順序與三軸不同,三軸加工 建模生成軌跡生成代碼裝夾零件找正建立工件坐標(biāo)系加工 五軸加工 建模生成軌跡裝夾零件找正建立工件坐標(biāo)系根據(jù)原點坐標(biāo)生成代碼加工,多軸加工中工件定位與機床部件的關(guān)系,1、了解機床各部件之間的位置關(guān)系 2、確定工件坐標(biāo)系原點與旋轉(zhuǎn)軸的位置關(guān)系 3、了解刀尖點或刀心點與旋轉(zhuǎn)軸的位置關(guān)系,例如：Mikron WF-74ch 工作臺面距離
5、A軸線125mm 工作臺旋轉(zhuǎn)軸線C軸距離A軸線165mm,在UG中的第四軸配置就應(yīng)該這樣設(shè)置數(shù)據(jù),Y向偏置165,Z向偏置-125,最小角度-20,最大角度45,,最大角度359.999,最小角度-359.999,Y向偏置-165,Z向偏置125,,雙擺頭的五軸機床： 刀尖點或者刀心點距離B軸的長度。,,DMG機床： 刀尖點或者刀心點的位置,,,轉(zhuǎn)臺中心的位置,轉(zhuǎn)臺中心到零件坐標(biāo)系原點的距離是多少？,,,,四、多軸加工所用的設(shè)備,機床類型：,1、四軸臥式加工中心 ：帶旋轉(zhuǎn)工作臺，B軸,2、任意五軸聯(lián)動加工中心： 雙擺頭、雙擺臺、一擺頭一擺臺,3、車削中心或車銑復(fù)合機床： 車床有C軸、有C
6、軸和Y軸、有C、Y和B軸,五軸帶雙擺頭,五軸帶雙擺臺,五軸帶一擺頭、一擺臺,,4、立式加工中心 加單數(shù)控轉(zhuǎn)臺（3+1形式） 5、立式加工中心 加雙數(shù)控轉(zhuǎn)臺（3+2形式）,,,,,,,五、多軸的點位加工,鏜孔、鉆孔、鉸孔、調(diào)頭鏜孔,,鉆平行于X-Y平面的孔 需要利用一次三角函數(shù)進行計算,,鉆空間斜孔需要利用二次或多次三角函數(shù)進行計算,,對于操作者而言必須熟練掌握的是： 1）平面三角函數(shù) 2）平面解析幾何 3）代數(shù),六、多軸的槽類加工,1、柱面槽,2、柱面凸輪,,簡單的柱面槽和圓柱凸輪槽的加工也可以利用二軸或三軸編程軟件進行編程。 步驟如下： 1、把弧長展開設(shè)為X坐標(biāo)值 2、把導(dǎo)程設(shè)為Y坐標(biāo)值 3
7、、利用軟件對轉(zhuǎn)變后的X-Y平面曲線進行插值運算，最后生成X-Y平面內(nèi)的加工代碼 4、把X值（弧長）轉(zhuǎn)換成角度值,,弧長轉(zhuǎn)換為角度的公式： l-弧長 R-圓柱最大半徑 如果插值點非常多，則可利用Excel文件進行處理。,七、多軸的曲面加工,1、曲面類型 葉片、葉輪加工、曲面、變斜角直紋面等,葉片,曲面,變斜角直紋面,2、多軸加工的刀具用法 立銑刀端刃加工 變軸銑,立銑刀側(cè)刃加工 順序銑 球刀 避免干涉,面銑刀端刃加工 寬行加工,八、多軸加工的工藝安排,1、粗加工的工藝安排原則 （1）盡可能地用平面加工或者三軸加工去除大余量 切削效率高，可預(yù)見結(jié)果 （2）分層加工，留夠精加工余量 使加工產(chǎn)
8、生的內(nèi)應(yīng)力均衡防止變形過大 （3）對于難加工材料或者窄縫的去粗可采用插銑,,2、半精加工的工藝安排原則 （1）給精加工留下均勻的較小的余量 （2）給精加工留有足夠的剛性,,,,3、精加工的工藝安排原則 （1）分區(qū)域精加工 從淺到深，從上到下，從葉盆葉背到輪轂，“水落石出” （2）曲面清根曲面 切忌底面余量過大造成清根時過切,,,九、典型零件多軸加工工藝路線分析,1、斜筋結(jié)構(gòu)件的加工,,加工步驟： （1）粗加工型腔 用平面輪廓加工的方法加工型腔 UG用型腔銑。CAXA用區(qū)域式粗加工 （2）半精加工 用變軸順序銑分多刀次加工斜筋型腔 （3）精加工 用變軸順序銑一刀次精加工斜筋
9、型腔,例題之一：具有拔模斜度的井字凹槽,,CAXA和UG的建模,CAXA和UG的加工軌跡,Vericut仿真模型,例題之二：柱面凸輪凹槽,,2、普通柱面凸輪的加工 槽寬20mm 槽深20mm,加工步驟： （1）粗加工柱面槽 用18立銑刀分多刀次粗加工柱面槽 （2）精加工柱面槽 用20立銑刀一刀次精加工柱面槽 （3）清根 用18 T型清根刀槽底清根,如果槽寬為45 mm柱面槽 加工步驟： （1）粗加工柱面槽 用20立銑刀分多刀次上下粗加工柱面槽 （2）精加工柱面槽 用45立銑刀一刀次精加工柱面槽 注意：編程時要為20立銑刀編出三條粗加工軌跡程序。即：上、中、下三條線，并在槽邊留出0.
10、5 mm的精加工余量。,加工步驟： （1）粗加工 三軸粗加工，并留余量單邊4mm （2）半精加 變軸曲面輪廓銑 上1/3部分余量0.5mm 中1/3部分余量1mm 下1/3部分余量2mm 底座1mm余量,例題之三：單葉片的加工,（3）精加工葉頂部分和上1/3部分，余量0mm （4）半精加工 中1/3部分余量0.5mm 下1/3部分余量1mm 底座0.5mm （5）精加工中1/3部分，余量0mm 精加工底座，余量0mm （6）半精加工下1/3部分，余量0.5mm （7）精加工下1/3部分 （8）清根,例題之四：葉輪的加工,,工藝步驟： （1）裝夾與定位,（2）開槽和擴
11、槽 3鍵槽刀、 3球刀 注意： 1）如果葉片之間的流道很窄，材料又不好加工，則可以采用插銑的方法 2）開槽和擴槽未必一次到底。根據(jù)情況可以分步驟完成。即開到一定深度先做半精加工，然后再繼續(xù)開槽,基于UG的開槽方式 刀軸矢量方向 為了使開槽加工時，刀具不會與葉片曲面發(fā)生干涉，刀軸矢量應(yīng)為氣流通道兩側(cè)葉片曲面的矢量和 。,基于的刀軌動態(tài)仿真變軸銑方式,擴槽加工UG仿真結(jié)果,,（3）半精加工 半精加工有兩種走刀路線 。 1）在兩個葉片之中進行區(qū)域式加工,葉片,葉片,葉片,,2）對一個葉片環(huán)繞加工,葉片,軌跡,,（3）精加工 1）精加工葉背 2）精加工葉盆 3）精加工輪轂 注意：對于長葉片而言
12、環(huán)繞加工比較合適。主要是控制變形。,（4）清根 清根是葉片、葉輪加工的難點之一。 經(jīng)常出現(xiàn)的問題是過切和抬刀 解決的方法是： 1）光順根部曲面 2）優(yōu)化程序 3）合理安排粗精加工工序 4）合理選擇切削刀具,十、多軸加工時軟件的后處理,,,后置處理文件名,,,,,說明,單位選擇：英寸/毫米,機床類型：銑床、車床、線切割,,,,銑床種類,,,,五軸帶雙擺頭,,,,五軸帶雙擺臺,,,,五軸帶一擺頭一擺臺,,,控制系統(tǒng)選擇,,,,,系統(tǒng)默認為：FANUC16M,,,UG庫中提供的各種控制系統(tǒng),,十一、多軸加工仿真技術(shù)的優(yōu)點,1、節(jié)省時間，提高效率 2、判別干涉、欠切、過切 3、優(yōu)化加工程序,,,,,,,,,謝謝各位！,
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