復雜航空外協鋁件的五軸聯動編程

劉瑞軍

摘 要：應用五軸聯動技術解決某公司復雜航空鋁件加工，為公司今后更多的承接復雜外協工件奠定了堅實的基礎。

關鍵詞：五軸聯動；高速銑；多軸切削；分層切削編程

公司近來積極開拓外協加工市場，與某公司先后簽下了69、68、66、62、71等多種系列航空外協鋁件，由于該模具結構都很復雜，斜槽、斜孔、不規則型面大量出現在工件體上，所以采用普通的三軸數控是無法加工出來的。根據工件的實際特點，工作人員制定了可行的編程工藝，開發出各類斜槽、斜孔、不規則型面的五軸數控加工程序，并根據加工量的多少，采用了五軸聯動分層切削編程，最終都在高速銑上順利實施加工，很好地保證了工件的如期交付，為公司今后更多的承接復雜外協工件奠定了堅實的基礎。

1 復雜航空鋁件工藝分析

一般而言，航天航空件由于其特殊用途，所以外形比較復雜，在制造加工上難度大，所需加工技術含金量比較高，某公司外協鋁件也不例外，由于該模具結構都很復雜，斜槽、斜孔、不規則型面大量出現在工件體上，而這些部位的加工都需要刀具擺角傾斜加工并配以工件的圓周運動，否則若直接加工必然造成工件過切，這兩個條件在普通的三軸機床上是不具備的，所以三軸機床是無法加工出來的。而高速銑床具備五軸聯動功能即刀具走空間點位（X，Y，Z）同時還可以繞Z軸在0-360度范圍內旋轉C角以及實現刀具的擺角B，如圖所示，具備了硬件加工條件。在軟件方面，采用了UG軟件的強大的多軸切削新技術模塊進行五軸聯動編程。

圖1

2 五軸聯動程序編制

UG軟件以CAM加工著稱，其多軸加工方面和同類軟件相比更勝一籌。UG軟件多軸加工模塊提供了的多樣的驅動方法，比如邊界驅動法，曲面區域驅動法、螺旋線驅動法、刀具軌跡驅動法和徑向驅動法等。在UG軟件的五軸聯動編程中，刀軸矢量控制方式的是很重要的參數，所謂刀軸矢量是指從刀端指向刀柄的方向，它用于定義固定刀軸（3軸）與可變刀軸（5軸）的方向。固定刀軸與指定的矢量平行，而可變刀軸在刀具沿刀具路徑移動時，可不斷地改變方向。

UG提供了豐富的刀軸矢量控制方式來對多軸程序進行有效控制，為五軸聯動程序編制提供了靈活性。

五軸編程中驅動方式和刀軸控制方式的設置是關鍵，針對不同工件靈活選擇驅動方式和刀軸控制方式以及其他相關參數來優化五軸聯動程序，從而輸出高質量的程序。一般來講，對于圓柱面采用Toward Line朝向線的刀軸控制方式，對于球體面則采用Toward Point朝向點的刀軸控制方式。鋁件加工變形較大，為了降低變形，編程上采用了粗中精編程，粗加工余量為2mm，中加工余量為0.5mm，精加工余量為0.05mm，對于加工量大的拐角部分則采用了清角（FLOWCUT）的編程策略。在五軸聯動編程方面有五個方面的突破：

（1）在斜孔加工中實現了五軸的啄孔加工，解決了如何進階式五軸鉆孔。由于高速銑床五軸功能中無法實現鉆孔循環功能，所以對于五軸斜孔必須將孔中心線上的每一點坐標都計算出來。五軸的啄孔編程時難點在于刀具軸正向確定，一般選擇Tool AXIS 為NORMAL TO PART SURFACE（圖2），但有時會出現刀具頭向下現象，此時可以采用方法（1）Specify Vecotor 選擇Part surface然后反向以下即可，此種情況只對Plane和Cylinder有效。而對于球體則只能采用方法（2）兩面法：先選擇Part Surface 則選擇Bottom Surface從而確定刀軸正向，如果沒有現成的Bottom Surface，可以通過OffSet Face對Part Surface進行偏移即可而對于圓錐型倒角孔，編程時需要找到圓錐面的頂點，加工時刀尖選擇TO These Points即可。

圖2

（2）在斜槽加工中實現五軸分層切削編程，對于比較深的窄斜槽，由于所用刀具較小，每次吃刀量不能太大，所以必須采用分層切削，通過修改切削參數Part stock Offset 值和Increment值來實現，如圖3所示，一般高速銑每層切削量設為0.3mm。

圖3

（3）根據高速銑的C轉角0-360的限制，在五軸聯動分層切削中用回字形切削替代原來的單向切削對程序進行優化，避免了層與層之間需要手動頻繁抬刀，解決了五軸聯動程序中C軸受最大360度限的難題。

（4）針對不規則型面采用型面偏移法來輸出刀心軌跡，增強了編五軸曲面程序的靈活性，只要球頭刀按刀心編程在RTCP ON模式下就不必關心刀長補償問題。

（5）五軸聯動專用后處理程序的制作

UG走刀并產生的刀位文件（CLS文件），并不能直接用來加工模具，還必須對CLS文件進行后處理方可生成加工程序-NC代碼。后處理程序的執行過程如圖5所示。針對不同數控系統制作后處理程序（MDFA文件）是CAD/CAM應用中的一項重要工作，它直接影響著從CLS->NC 代碼轉換的正確性。UG軟件中提供了常見控制系統的后置處理設置，公司五軸高速銑床采用的是FIDIA控制系統，B軸的范圍為-90-+90度，C軸的范圍是0-360度。利用UG軟件的PostBuilder模塊配置了針對該控制系統的專用五軸聯動后置處理程序，從而將生成的刀位點（CLS）轉化成該機床能正確識別的G代碼數控加工程序。

3 結束語

UG軟件具有強大的多軸編程模塊，功能非常全，基本上可以滿足各種復雜模具零件的編程需要，盡管在高速銑五軸聯動編程方面有了很大的進步，但仍然有許多功能有待進一步挖掘，仍有很多挑戰性的工作需要去完成，所以應該靜下心來去進行深入研究，以便更好地服務于生產。

參考文獻

[1]蘇紅衛，等.UG銑削制造過程培訓教程[M].北京：清華大學出版社.

[2]安杰，等.UG CAM實用教程/UG后處理技術[M].北京：清華大學出版社.