第十章-变轴铣

第十章变轴铣变轴铣是相对于固定轴铣而言的。与固定轴铣相比，变轴铣主要增加了对刀轴方向的控制，刀轴的方向在加工过程中可以随时改变。图10-1-1表示用“垂直于驱动”控制刀轴方向的例子。10.1可变轴曲面轮廓铣10.1.2可变轴曲面轮廓铣的特点和原理1）加工特点可变轴曲面轮廓铣用于比固定轴曲面轮廓铣所加工对象更为复杂的零件的半精加工和精加工。例如利用五轴联动加工中心加工飞机发动机转子叶片，如图10-1-2所示。2）加工原理可变轴曲面轮廓铣的加工原理与固定轴曲面轮廓铣的加工原理大致相同，都需要指定驱动几何体，系统将驱动几何上的驱动点沿投影方向投影到零件几何上图10-1-1可变轴曲面轮廓铣例子刀轴垂直于驱动表面驱动表面零件表面驱动表面图10-1-2叶片形成刀路轨迹。不同的是，可变轴曲面轮廓铣增加了对刀轴方向的控制，可以加工比固定轴曲面轮廓铣所加工的对象更为复杂的零件。10.1.3刀具轴控制在固定轴曲面轮廓铣中，只能定义固定的刀轴；而在可变轴曲面轮廓铣中，可以定义可变的刀轴，即刀具在沿刀具路径移动时，可以不断的改变方向。1）远离点与指向点（1）远离点：通过指定一焦点来定义。它以指定的焦点为起点、并指向刀柄所形成的矢量作为可变刀轴矢量，如图10-1-3所示。注意焦点必须位于刀具于零件几何接触的另一侧。（2）指向点：通过一焦点来定义。它以刀柄为起点、并指向指定的焦点所形成的矢量作为可变刀轴矢量，如图10-1-4所示。注意焦点必须位于刀具与零件几何接触的同一侧。2）远离线与指向线（1）远离线：通过指定一条直线来定义。它沿指定直线的全长，并垂直于直线，且指向刀柄的矢量作为可变刀轴矢量，如图10-1-5所示。指定线必须位于刀具与零件几何接触的另一侧。图10-1-3用“远离点”定义可变刀轴矢量焦点图10-1-4用“指向点”定义可变刀轴矢量焦点（2）指向线：通过指定一条直线来定义。它沿指定直线的全长，并垂直于直线，且从指定直线指向刀柄的矢量作为可变刀轴矢量，如图10-1-6所示。注意指定线必须位于刀具与零件几何接触的同一侧。3）指定矢量与相对于矢量（1）指定矢量：通过矢量构造器构造一个矢量作为刀轴矢量（2）相对于矢量：通过指定引导角度和倾斜角度来定义相对于一个矢量的可变刀轴矢量，如图10-1-7所示。其中引导角度定义刀具运动方向朝前或朝后倾斜的角度。引导角度为正时，刀具基于刀具路径的方向朝前倾斜；引导角度为负时，刀具基于刀具路径的方向朝后倾斜。倾斜角度定义刀具相对于刀具路径向左或向右倾斜的角度。沿刀具路径看，倾斜角度为正时，刀具往刀具路径右侧倾斜；倾斜角度为负时，刀具往刀具路径左侧倾斜。图10-1-5用“远离线”定义可变刀轴矢量指定线垂直图10-1-6用“指向线”定义可变刀轴矢量指定线垂直图10-1-7用“相对于矢量”定义可变刀轴矢量刀轴平行于指定的矢量（此处的引导角和倾斜角都为00）4）与零件几何相关的矢量（1）相对于零件表面法向：通过指定引导角度和倾斜角度来定义相对于零件表面法向的可变刀轴矢量，如图10-1-8所示。该方法与相对于矢量方法类似，只是用零件几何表面的法向代替了指定的矢量。（2）垂直于零件表面：刀轴矢量在每个接触点处都垂直于零件几何的表面，如图10-1-9所示。5）与驱动几何相关的矢量（1）相对于驱动表面法向：通过指定引导角度和倾斜角度来定义相对于驱动表面法向的可变刀轴矢量，如图10-1-10所示。该方法与相对于零件表面法向方法类似，只是用驱动几何表面的法向代替了零件几何表面。图10-1-8用“相对于零件表面法向”定义可变刀轴矢量零件表面法向负的倾斜角正的倾斜角负的引导角正的引导角切削方向切削方向图10-1-9用“垂直于零件表面”定义可变刀轴矢量垂直于零件表面图10-1-10用“相对于驱动曲面法向”定义可变刀轴矢量0o引导角30o倾斜角驱动曲面驱动曲面切削方向切削方向（2）垂直于驱动曲面：刀轴矢量在每个接触点处都垂直于驱动曲面，如图10-1-11所示。（3）直纹面驱动：是用驱动曲面的直纹线来定义刀轴矢量。这种方法可以使刀具的侧刃加工驱动曲面，而刀尖加工零件表面，如图10-1-12所示。当选择多个驱动曲面时，必须按相邻曲面的顺序进行选择，而且相邻曲面必须是边缘接边缘。6）插补刀轴：插补刀轴是通过在指定点定义矢量来控制刀轴矢量。对于非常复杂的零件几何或驱动几何，会导致刀轴矢量过多的变化，利用该方法可以有效的控制剧烈的刀轴变化；该方法也可用来调整刀轴，以避免刀轴悬空或避让障碍物。如图10-1-13所示。图10-1-11用“垂直于驱动曲面”定义可变刀轴矢量刀具轴矢量驱动曲面零件表面驱动曲面图10-1-12用“直纹面驱动”定义可变刀轴矢量驱动曲面驱动曲面零件表面零件表面刀轴矢量10.1.4可变轴曲面轮廓铣类型在创建工具条中选择创建操作图标后，进入“创建操作”对话框，在“类型”下拉列表框中选择mill_multi_axis，则“创建操作”对话框如图10-1-14所示，可以创建可变轴曲面轮廓铣操作。在“子类型”下有多种固定轴曲面轮廓铣操作模板，其中和是最基本的模板，其它模板完成的功能基本与之相同，或是其中的特例，此处仅进行一些必要的说明，如表10-1-1所示。图10-1-13用“插补刀轴”定义可变刀轴矢量驱动曲面刀轴矢量法向于驱动曲面剧烈的刀轴变化光顺的刀轴运动插补刀轴图10-1-14“创建操作”对话框可变轴曲面轮廓铣模板表10-1-1可变轴曲面轮廓铣模板说明模板类型名称说明VERIABLE_CONTOUR变轴铣可变轴曲面轮廓铣中最最基本的模板VC_MULTI_DEPTH多层切削变轴铣与变轴铣基本相同，默认边界驱动、多层切削VC_BOUNDARY_ZZ_LEAD_LAG多层切削双四轴边界变轴铣与变轴铣基本相同，默认边界驱动、多层切削、刀轴为双四轴相对于零件表面VC_SURF_AREA_ZZ_LEAD_LAG多层切削双四轴曲面变轴铣与变轴铣基本相同，默认曲面驱动、多层切削、刀轴为双四轴相对于零件表面CONTOUR_PROFILE侧面轮廓铣与顺序铣基本相同，用于自由型侧面的铣削FIXED_CONTOUR固定轴铣变轴铣的特例，已在第九章介绍SEQUENTIAL_MILL顺序铣变轴铣的特例，将在下一节介绍ZIG_ZAG_SURFACE反复式曲面铣简化的变轴铣，用于铣削指定的曲面10.1.5可变轴曲面轮廓铣加工实例第一步打开文件（1）打开mti_axes.prt，如图10-1-15所示。第二步初始化（2）选择【起始】/【加工】，进入“加工环境”对话框，在加工配置栏中选择cam_general，加工设置栏中选择mill_multi_axis，单击“初始化”按钮后，进入UG/Manufacturing模块。第三步建立几何体父节点（3）使操作导航器显示几何体视图，展开MCS_MILL节点后，双击WORKPIECE节点，在“MILL_GEOM”对话框中，按图10-1-15所示零件和毛坯分别定义零件几何和毛坯几何。第四步创建刀具父节点（4）在加工创建工具栏中单击“创建刀具”，在“创建刀具”对话框中定义一把名称为R4，材料为HSS，半径为4的球头铣刀。第五步建立操作（5）在加工创建工具栏中单击“创建操作”，出现“创建操作”对话框，选择“类型”为mill_multi_axis，“子类型”为VERIABLE_CONTOUR，然后选择父节点分别如图10-1-16所示。最后单击“应用”按钮进入“VERIABLE_CONTOUR”对话框，如图10-1-17所示。图10-1-15零件和毛坯示意图毛坯零件驱动曲面图10-1-16“创建操作”对话框图10-1-17“VERIABLE_CONTOUR”对话框（6）在“VERIABLE_CONTOUR”对话框中，选择“驱动方法”为曲面区域驱动方法，进入“曲面驱动方式”对话框，如图10-1-18所示。（7）单击“驱动几何”下的选择按钮，选择图10-1-15所示的曲面为驱动曲面。图10-1-18“曲面驱动方式”对话框图10-1-19选择切削方向选择此方向为切削方向（8）单击“切削方向”按钮，按图10-1-19所示选择切削方向。（9）选择“刀轴”为垂直于驱动。（10）选择“投影矢量”为指向直线，弹出“直线定义”对话框，如图10-1-20所示，选择“现有的直线”，然后选择如图10-1-21所示的直线为定义投影矢量的直线。（11）其余参数按图10-1-18所示设置。（12）在“曲面驱动方式”对话框中单击“确定”按钮，返回到“VERIABLE_CONTOUR”对话框。（13）单击生成，生成如图10-1-22所示的刀路轨迹。（14）单击，进行刀路轨迹的切削仿真，仿真结果如图10-1-23所示。（15）单击“确定”按钮完成可变轴曲面轮廓铣操作。第五步保存文件（16）单击【文件】/【保存】，保存完成的可变轴曲面轮廓铣操作。图10-1-20“直线定义”对话框图10-1-21指定直线选择此直线图10-1-22刀路轨迹图10-1-23仿真结果10.2顺序铣顺序铣是一种表面精加工方法，它按照相交或相切面的连接顺序连续加工一系列相邻表面，可保证零件相邻表面过渡处的加工精度。顺序铣主要是通过设置各子操作的刀路轨迹，以及对各子操作进行三轴、四轴或五轴联动控制来精加工零件表面轮廓。如图10-2-1所示，零件在粗加工以后，用顺序铣沿各侧面精加工，可消除在相邻表面交接处的刀痕，保证各侧面的加工精度和表面粗糙度。10.2.1顺序铣介绍1）顺序铣操作的组成一个顺序铣操作由进刀运动、连续加工运动、退刀运动和点到点运动四个子操作组成。进刀运动使刀具从起始点进到初始切削位置；连续加工运动使刀具按零件表面的连接顺序，依次对加工表面进行铣削加工；退刀运动使刀具在加工结束后从加工表面退出；点到点运动使刀具以直线方式离开工件到指定的安全平面。每一个子操作具有不同的刀具运动形式，四个子操作的连续刀具运动构成顺序铣的一个完整刀路轨迹。2）控制面在创建顺序铣操作时，为控制刀具的运动，需要给刀具指定三个控制面：驱动面、零件面和检查面。驱动面控制刀具的侧面；零件面控制刀具的底面；检查面控制刀具的停止位置。在铣削过程中，铣刀的侧面沿着驱动面移动，底面沿着零件面移动，当铣刀移动到检查面时停止铣削。如图10-2-2所示，铣刀在移动时与驱动面和零件面同时接触，在停止时与驱动面、零件面和检查面同时接触。图10-2-1顺序铣示意图三轴，进刀运动五轴，与驱动几何相切五轴，扇形运动三轴，直线运动3）参考点参考点是一个定位点，用于确定驱动面、零件面和检查面的近侧，即各控制面靠近参考点的一侧为近侧，另一侧为远侧，如图10-2-2所示，三个控制面朝外的一侧为近侧，另一侧为远侧。4）停止位置在指定驱动面、零件面和检查面之前，必须选择刀具相对于所指定控制面的停止位置。（1）近侧：指定刀具位于控制面的近侧时停止。（2）远侧：指定刀具位于控制面的远侧时停止。（3）在面上：指定刀具位于控制面上时停止。（4）驱动面-检查面相切：指定刀具位于驱动面和检查面相切的位置时停止，如图10-2-3所示。（5）零件面-检查面相切：指定刀具位于零件面和检查面相切的位置时停止。10.2.2顺序铣对话框在创建或编辑顺序铣操作时，会弹出“顺序铣”对话框，可进行顺序铣一般参数的设置，如图10-2-4所示。由于大部分参数在第八章已经介绍过，下面主图10-2-2顺序铣的控制面和参考点参考点检查面驱动面零件面图10-2-3“驱动面-检查面相切”停止位置刀具将在驱动面和检查面相切的位置停止驱动面零件面检查面切削方向要介绍与顺序铣有关的参数选项。全局余量：用于设置保留在驱动面和零件面上的加工余量。如果在子操作中再为某控制面指定加工余量，则全局余量加上子操作中指定的余量等于该控制面上的总余量。最小安全距离：用于指定进退刀操作的最小安全距离。刀轨生成：用于确定每一个子操作是否输出刀轨。多轴输出：用于控制刀具轴矢量的输出。在对话框中设置好顺序铣的一般参数后，单击“确定”按钮就可以依次创建进刀运动、连续加工运动、退刀运动和点到点运动四个子操作。四个不同