五軸數控加工程序的設計研究

劉艷紅

摘要：隨著現代化的快速發展，一般采用的編程軟件是UG自動編程軟件，并根據實際要求對五軸數控的加工程序進行編制。在UG自動化編程軟件的實際應用里，針對基本造型從而進行前置與后置的相對處理，以此研究出使用五軸數控機床的執行代碼的指令，借此設計出五軸數控的加工程序的編制方法，并歸納出其加工編程所遵循的最基本的原則。

關鍵詞：五軸數控；數控加工；程序設計

中圖分類號：TH16 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）03-0023-02

數控加工的編程規定不但是要求計算直線運動，根據生產需要協調其旋轉角度的行程檢驗、道具的旋轉運動或者是非線性的誤差校核等與之相關計算，傳統的手工編程對于這些抽象的或者是運算量非常大程序的編制來說具有一定的難度，自動軟件UG與后置的處理器的使用，根據需求編制出五軸數控的加工程序，在生產制造軟件前期根據獨立的模擬仿真軟件特點—模擬仿真功能，仿真功能對于整個生產機械的加工環節具有重要作用，以此檢驗出數控加工的程序的準確性。五軸數控加工難點是曲面的形狀相對復雜，對于自動生成軟件所提供五軸數控加工的功能來說應用性不強，其用于生產過程中的加工程序制造出的五軸數控的機床，發揮效果不明顯。

自動化編程的第一步是前置處理，第二步是生成數控加工刀具的軌跡，相應地生成G代碼的程序。生成G代碼的程序中需要排除G指令，不但如此，大量的數值組成了數控機床的各軸的坐標值，而坐標值即刀具軌跡點與之相對應的加工程序的坐標系值。在數控機床的加工過程中，數控機床會根據坐標值位置確定自動化刀具運動軌跡，從而實現精確的工件加工。

1 五軸刀具在加工時產生的軌跡

分析人類頭部模型曲面，曲率的變化范圍很大。三軸與四軸通常是刀具軌跡的傳統方式，但是不能滿足復雜曲面的加工需求。在加工前期三軸刀具的軌跡，只需要進行一次的裝夾限制，加工時迎著三軸刀具的曲面，如果進行全部的曲面最好進行重復性的裝夾，但是重復性的裝夾其弊端是定位誤差容易造成數控加工的效率降低，同時也會影響加工工藝的質量。進行切削時刀具的擺角會是在曲率偏小處，切削速度幾乎為零，在很大程度上造成擺角曲率的差異性，會導致曲面加工表面的質量差異性大。如果四軸在使用日常刀具的軌跡運動中加入旋轉或者是擺動軸，會大大改善三軸的加工軌跡弊端，但問題是二次性裝夾或者是曲面加工時質量的差異性大，這個問題需要解決，所以為了得到連續的、高效的刀具軌道，則需要采用現代化技術—五軸聯動的方式進行數控加工。

第一，五軸聯動刀具的軌跡形成方法，原型是人類的頭部形狀，頭部根據曲面的曲率變化以及變化急劇趨勢，選擇性地進行可變軸的曲面輪廓銑的刀具軌跡的生成功能。可變軸的曲面輪廓銑的功能是主要以驅動面、驅動點或者是驅動線的驅動軌跡形式，將驅動點運用特殊的數學關系方法，投影到被加工曲面上，然后按照可變軸的曲面的變化規律生成刀具的運動路徑。

第二，驅動生成方法。UG軟件為五軸的數控加工中又包含很多驅動方法，驅動方法和被加工的零件的表面形狀以及驅動方法的復雜程度都是有直接關系的。人類頭部的曲面驅動模型的建立是以曲面區域的驅動為基本點，由于曲面區域的驅動可以建立驅動曲面網格，也可以創建出一定規格的驅動點，根據這些驅動點，結合程序關系模型，并沿著投影方向將驅動點投影向人類頭部的模型曲面上，形成適合于加工人類頭部模型的曲面五軸刀具的路徑。需要注意的是，構造驅動面的幾何體的保障擺動軸的超程問題，還有驅動面幾何體和人類頭部模型的曲面曲率的變化趨勢一致性，只有這樣的數控程序設計才會使五軸刀具的運動軌跡在加工過程中方向是始終垂直于加工部位的曲面。

2 后置處理

刀具軌跡的形成僅僅是刀位文件，是不能運用到實際機床加工中的，在原理上數控機床的接收對象是與數控系統的指令格式相似或者是相同的程序，這時根據生成刀具的軌跡進而深加工，然后將刀位的軌跡數據轉化成為機床程序的計算機代碼，稱之為“后置處理”。

后置處理的使用對象是UG/Post Builder，根據不同性質的數控機床程序結構，設計出五軸的運動方向、運動的方式、運動的范圍、數據的精度性、擺軸的長度、擺動軸偏心以及旋轉軸等具體的參數值，根據程序軟件計算出類似于人類頭像模型的加工坐標系刀位點，后置處理格式是根據用戶定義決定的，形式多樣，需要注意的是數據點前面應該加上地址字、運動的方向以及計算的坐標點的食量方向產生的數據、運動的關系與由于不同的功能產生的代碼，然后輸出程序NC。

2.1 機床的分析

案例分析的例子是SKY80120的龍門雕銑，其是數控機床的前提保障，其中的要求規定是雙旋轉形式的工作臺，在設計中旋轉軸的B軸設置為平面YZ，C軸的旋轉平面設置為XY，數控系統是SKY五軸數控機床。

2.2 程序設計中的后置處理

第四軸與第五軸的頁面是行程限制的設置的機床參數，點擊Configure，在即將彈出的小窗口中設定第四軸的旋轉平面，字頭是B。在第五軸的旋轉平面設計上設置為XY，字頭是C。公差設為0.001。第四軸與第五軸的頁面機床的參數，應該將轉軸的最高進給率設置為2000，并且數值的大小決定著方向。

2.3 參數的設定

UG/Post Builder的設定只是針對機床參數，保證G代碼的程序符合數控機床的控制系統標準。SKY的系統參數在一般情況是可以使用默認值的，只需要對其參數進行更改。

3 結語

在五軸數控機床的制造結構進一步確定之前，先進行的是后置處理步驟，這是五軸數控加工程序設計基礎性條件。例如Pro/E、Cimatron以及PowerMILL自動編程軟件等，軟件的加工方式在參數設置上應該選擇與本文中介紹的UG軟件的基本特點相似性很大。加工程序設計的編程者依據自己所選擇的五軸數控機床的具體操作情況，合理地選擇編程技術方法，但是需要根據下面的基本原則進行設計：

第一，在提高數控程序加工的效率方面，應該根據編制的程序的復雜性有選擇的減少數控機床的運動量。

第二，在提高數控程序加工的質量方面，編程者的程序設計著重強調的是刀軸矢量的變化的均勻改變量，在設計上為了減少突變點的發生，在不能夠避免刀軸的矢量突變性的前提下，要從突變點的數量或者是分道次的加工方面著手，減少其數量。

第三，如果程序運動時存在多個刀路，各個刀路之間的銜接處的刀軸的矢量應該平滑過渡。

第四，在五軸數控加工程序的編程過程中，需要使用各種方法將其應用到數學中，并且求得唯一解，使其保證準確性。

參考文獻

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