五轴加工与数控仿真

五轴加工与数控仿真技术内容提要1.五轴加工技术及五轴机床介绍2.五轴数控编程技术介绍（以PowerMill为例）3.五轴数控仿真介绍（以Vericut为例）4.五轴数控编程与仿真实例介绍•五轴联动加工中心有高效率、高精度的特点，工件一次装夹就可完成复杂的加工。能够适应像汽车零部件、飞机结构件等现代产品与模具的加工。•五轴加工中心是一种高科技的手段，它让不可能变成了可能，一切的空间曲面，异型加工都可以完成实现。它不但能够完成复杂工件完成机械化加工的任务，而且还能够快速提高加工效率，缩短加工流程。为什么使用五轴？•加工一个带有三维曲线的平面时取得最佳切削状态为什么使用？•在机床区域任何任何地方加工几何形状，刀具轴的设置角必须是可变的为什么使用？•铣削深槽刀具不够长？刀具伸出太长？刀具太小，刚性不足……？为什么使用？•叶轮等具有空间角度曲面的复杂加工什么是多轴加工•所谓多轴加工就是在原有三轴加工的基础上增加了旋转轴的加工.如4轴、五轴等。五轴轴表五轴：3个线性（linearaxis）＋2个旋转轴（rotaryaxis）旋转轴平行于轴名XAYBZC机床运动的比较•三轴•五轴（高精度需求）CNC编程轴的定义•以坐标轴X、Y、Z描述CNC程序中的设定位置，以方向矢量描述刀轴的方向三轴加工刀轴矢量沿着整个切削路径过程始终不变控制路径轴X、Y、Z3＋2轴（定位五轴）刀轴矢量可改变，但固定后沿着整个切削路径过程不变控制路径轴X、Y、Z参与旋转轴A(B)、C五轴联动整个切削路径过程刀轴矢量可根据要求而改变控制路径轴X、Y、Z控制旋转轴A(B)、C五轴机床类型•Table－Table刀轴方向不动，两个旋转轴均在工作台上；工件加工时随工作台旋转，须考虑装夹承重，能加工的工件尺寸比较小。俯垂型：旋转轴不与直线轴相垂直五轴机床类型•Table－Table刀轴方向不动，两个旋转轴均在工作台上；工件加工时随工作台旋转，须考虑装夹承重，能加工的工件尺寸比较小。五轴机床类型•Table－Table非正交五轴机床类型•Head－Head工作台不动，两个旋转轴均在主轴上。机床能加工的工件尺寸比较大。俯垂型：旋转轴不与直线轴相垂直五轴机床类型•Head－Head工作台不动，两个旋转轴均在主轴上。机床能加工的工件尺寸比较大。五轴机床类型•Table－Head两个旋转轴分别放在主轴和工作台上，工作台旋转，可装夹较大的工件；主轴摆动，改变刀轴方向灵活五轴机床类型•Table－Head两个旋转轴分别放在主轴和工作台上，工作台旋转，可装夹较大的工件；主轴摆动，改变刀轴方向灵活五轴加工的优点•一次装夹完成三轴加工多次装夹才能完成的加工内容。如斜顶、滑块和电极。五轴加工的优点•用更短的刀具伸长加工陡峭侧面，提高加工的表面质量和效率。五轴加工的优点•直纹面或斜平面可充分利用刀具侧刃和平刀底面进行加工，加工的效率和质量更高。五轴加工的优点•五轴加工和高速加工结合，使模具加工逐步告别放电加工，并改变模具的零部件和制造工艺，大大的缩短模具制造周期。五轴机床运动加工工件时机床工艺选用五轴机床运动刀具长度对机床运动的影响方向的改变对直线轴运动的影响RTCP功能•1.RTCP（Rotarytoolcenterpoint）功能是指刀轴旋转后为保持刀尖不变五轴controller自动计算并执行线性轴补偿；RTCPON时，机床各线性轴在旋转后的坐标系内移动。•2.对于没有RTCP功能的五轴机床，后处理输出程序在工件装夹完测量出基准点到机床中心距离之后才能做；对于有RTCP功能的，后处理输出程序无需考虑工件在机床上的具体位置。•3.controllerRTCPONRTCPOFFHeidenhainM128M129SiemensTRAORITRAFOOFAndronG25H1G25H0RTCP功能•PartPositiononthetable工件在工作台的定位•WithRTCPenabled,thedatumofthepartcanbeclockedwithease，有RTCP功能，工件的基准位置任意•WithoutRTCPenabled,thePowerMILLNCProgrammustbeoutputwithaWorkplanepositionedatthemachines000，对于没有RTCP功能的机床，PowerMILL的NC程序必须以机床坐标系零点来输出五轴数控编程技术介绍以PowerMill为例DELCAM•Delcam是世界领先的专业CAD/CAM软件公司。DelcamPlc总部位于英国名城Birmingham。Delcam软件的研发起源于世界著名学府剑桥大学，经过三十多年的发展，Delcam软件系列横跨产品设计、模具设计、产品加工、模具加工、逆向工程、艺术设计与雕刻加工、质量检测和协同合作管理等应用领域。PowerMILL高效初加工赛车线加工Delcam拥有专利权的赛车线加工策略。在此策略中，随刀具路径切离主形体，初加工刀路将变得越来越平滑，这样可避免刀路突然转向，从而降低机床负荷，减少刀具磨损，实现高速切削。螺旋区域清除加工对某些几何形体位置可使用螺旋策略来替代偏置策略，使刀具做连续、平滑移动，从而可最小化刀具的空程移动，减小整体加工时间，同时刀具负荷更稳定，减少刀具的加速和减速，保持更稳定的切屑负荷，从而减少刀具的磨损和损坏。PowerMILL中包含有多个全新的高效初加工策略，这些策略充分利用了最新的刀具设计技术，从而实现了侧刃切削或深度切削。马蹄形连接区域清除可在一定行距条件下增加一些特殊的刀具路径末端，产生比圆形连接更加光顺的'马蹄形'连接，从而改善区域清除刀具路径的残留刀痕，延长刀具寿命，降低整体加工时间和成本。自动摆线加工这是一种组合了偏置初加工和摆线加工策略的加工策略。它通过自动在需切除大量材料的地方使用摆线初加工策略，而在其它位置使用偏置初加工策略，从而避免使用传统偏置初加工策略中可能出现的高切削载荷。由于在材料大量聚积的位置使用了摆线加工方式切除材料，因此降低了刀具切削负荷，提高了载荷的稳定性，因此，可对这些区域实现高速加工。残留粗加工残留刀具路径将切除前一大刀具未能加工到而留下的区域，小刀具将仅加工剩余区域，这样可减少切削时间。DelcamPowerMILL在残留初加工中引入了残留模型的概念。使用新的残留模型方法进行残留初加工可极大地加快计算速度，提高加工精度，确保每把刀具能进行最高效率切削。这种方法尤其适合于需使用多把尺寸逐渐减小的刀具进行切削的零件。可随时查看残留模型状态，帮助选取加工策略和刀具尺寸。插铣区域清除加工高速精加工策略螺旋三维偏置精加工PowerMILL提供了多种高速精加工策略，如三维偏置、等高精加工和最佳等高精加工、螺旋等高精加工等策略。这些策略可保证切削过程光顺、稳定，确保能快速切除工件上的材料，得到高精度、光滑的切削表面。等高精加工最佳等高精加工螺旋等高精加工曲面精加工策略参数偏置精加工高效的刀具路径连接刀具路径修圆功能五轴刀轴矢量控制•1.五轴刀轴矢量控制是CAM系统五轴技术的核心•2.五轴CAM系统给出每个切削点刀具的刀位点（X,Y,Z)和刀轴矢量(I,J,K)，五轴后处理器将刀轴矢量（I,J,K）转化为不同机床的旋转轴需要转动的角度（A,B,C中的两个）；然后计算出考虑了刀轴旋转之后线性轴需要移动的各轴位移（X,Y,Z）。•3.PowerMILL五轴刀轴矢量控制的方式丰富灵活，可通过投影方向、点、直线、曲线、平面、曲面来控制，是领先的五轴联动加工系统。PM刀轴控制前、侧倾角•侧倾角使刀轴绕切削方向侧旋一个角度从而避免刀尖切削LeanAngledefinesarotationoftheToolaxisatrightanglestothedirectionoftravel•正角时为右倾，负角时为左倾Canbepositiveornegativetoindicatearight/leftlean•设置侧倾角能有效避免刀具干涉Usefultoavoidcollisionswhenmachiningclosetoobstacles刀轴通过点FromaPoint•使刀轴总是通过某一固定点从而避免刀尖切削Thetoolisalignedsothattheaxispassesthroughaspecifiedpointwiththecuttingendpointingawayfromthepoint刀轴通过直线TowardsaLine•刀轴总是通过直线上的点对齐，从而避免刀尖切削Thetoolisalignedsothattheaxispassesthroughaspecifiedlinewiththecuttingendpointingtowardstheline•刀轴总是通过用户定义直线上的点•Toolaxiswillalwayspassthroughtheuser-definedline刀轴通过3D曲线Througha3Dcurve•提供了比直线更灵活有效的刀轴控制策略Offersmuchmorecontrolandflexibilitythanline•刀轴总是通过用户定义的曲线Toolaxiswillalwayspassthroughtheuser-definedcurvePowerMILL多轴路径策略•PowerMILL丰富的三轴粗加工和精加工刀路策略全部能用于五轴加工。•有多种专用的5轴加工策略驱动曲面DriveSurface•投影方向和刀轴方向由驱动曲面（银色面）决定Projectiondirectionandtoolorientationdeterminedbydrivesurface(silver)•驱动曲面为单一曲面，而模型为多曲面模型Singledrivesurfacebutmulti-surfacepart狭槽的5轴加工•3轴加工球刀清角时会留下圆角，必须手动加刀路清出直角•5轴加工则可用平底刀清出利角，无需在再后续电极清角•不用后续电极清角就意味着节省时间提高加工质量Swarf加工SwarfMachining•Swarf加工使用刀具侧刃切削SwarfMachiningcutswiththesideofthetool•由于切削刀具是直刃，所以只能加工可展开的曲面（直纹面）Itcanonlybeusedwithdevelopablesurfacesascuttersideisstraight•切削的深度可由下切步距和曲面宽度控制Depthofcutcanbecontrolledbyafixedstepoverorfractionofsurfacewidth用锥度刀做Swarf加工Swarfmachiningwithtaperedtools•允许使用更大的刀具Allowslargertoolstobeused•能够切除更多的余量Removesmorematerial•使工件的装夹更灵活Increasesflexibilitypossibleinfixtures线框Swarf加工Swarfmachiningfromwireframe•在曲面不能真正展开(非直纹面）的时候特别适用Suitablewheresurfacesarenottrulydevelopable•在曲面内部结构很差时特别适用Suitablewhereinternalsurfacestructureispoor•在曲面边缘加工不理想时特别适用SuitablewhereedgematchingisnotperfectWireframeToolpath5轴钻孔5-AxisDrilling•PowerMILL能够自动识别其他CAD系统产生的孔特征，并自动产生五轴钻孔刀路•对于Heidenhain等有workingplane功能的五轴controller，Ductpost以钻孔循环输出；对于Andron等不支持workingplane的五轴controller，Ductpost以普通线性插补G01输出。PowerMILL针对发动机等的弯形管件有从粗加工到精加工的