基于PowerMILL編程的萬(wàn)能角度頭數(shù)控加工案例分析

王勇，關(guān)鵬，顧奎亮，劉成林

（華晨汽車(chē)工程研究院試制控制處，遼寧 沈陽(yáng) 110141）

工藝裝備

基于PowerMILL編程的萬(wàn)能角度頭數(shù)控加工案例分析

王勇，關(guān)鵬，顧奎亮，劉成林

（華晨汽車(chē)工程研究院試制控制處，遼寧 沈陽(yáng) 110141）

以斜孔的數(shù)控加工為例，介紹了使用PowerMILL編程軟件對(duì)萬(wàn)能頭進(jìn)行程序編制的優(yōu)勢(shì)。

萬(wàn)能頭；POWERMILL；程序編制

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.11.042

CLC NO.: U466 Document Code: A Article ID: 1671-7988（2016）11-113-03

前言

在機(jī)械加工中，常會(huì)遇到與機(jī)床主軸不垂直的空間斜孔銑削加工,在三軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控加工中心上，采用萬(wàn)能頭改變機(jī)床主軸方向，實(shí)現(xiàn)空間斜孔銑削加工，但由于主軸方向的變化，導(dǎo)致了程序編制及刀具對(duì)刀的困難，PowerMILL軟件的出現(xiàn)完美的解決了上述問(wèn)題。

1、PowerMILL簡(jiǎn)介

PowerMILL軟件是英國(guó)DELCAM 公司開(kāi)發(fā)的一款獨(dú)立的3D 加工軟件，它是2～5軸高速銑削加工CAM 系統(tǒng), 它可以由輸入的模型快速產(chǎn)生無(wú)過(guò)切的刀具路徑，提供了從粗加工到精加工的全部選項(xiàng)，加工策略豐富，專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)，自動(dòng)化程度高，刀具軌跡計(jì)算速度快，對(duì)生成的加工軌跡可以進(jìn)行仿真。

筆者采用PowerMILL 軟件進(jìn)行萬(wàn)能角度頭數(shù)控編程加工，通過(guò)使用PowerMILL 3+2功能，簡(jiǎn)單快速實(shí)現(xiàn)萬(wàn)能頭程序的編制，及萬(wàn)能頭零點(diǎn)的確定，使用普通三軸后處理即可實(shí)現(xiàn)程序的輸出。

2、萬(wàn)能角度頭簡(jiǎn)介

圖1　

角度頭作為一種機(jī)床附件，機(jī)床安上角度頭后，刀具旋轉(zhuǎn)中心線(xiàn)可以與主軸旋轉(zhuǎn)中心線(xiàn)成指定的角度，加工工件時(shí)無(wú)需改變機(jī)床結(jié)構(gòu)就可以增加加工范圍，萬(wàn)能角度頭是指銑削輸出軸可在水平和垂直兩個(gè)平面內(nèi)回轉(zhuǎn)的銑頭。其中圍繞機(jī)床Z軸旋轉(zhuǎn)的軸叫C軸，圍繞機(jī)床X軸旋轉(zhuǎn)的軸叫A軸，如圖1所示，可以使一些用傳統(tǒng)方法難以完成的加工得以實(shí)現(xiàn)，并能減少工件重復(fù)裝夾，提高加精度和效率，被廣泛應(yīng)用于航空、汽車(chē)、模具等機(jī)械加工的各個(gè)領(lǐng)域。

3、萬(wàn)能頭編程加工難點(diǎn)

采用萬(wàn)能頭刀柄的數(shù)控加工過(guò)程中需要相應(yīng)的平動(dòng)軸數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)動(dòng)軸數(shù)據(jù)來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)床部件的運(yùn)動(dòng)。

由于大多數(shù)企業(yè)的數(shù)控機(jī)床是三軸聯(lián)動(dòng)另加1-2個(gè)不能聯(lián)動(dòng)的回轉(zhuǎn)軸，在這種條件下，編程就相對(duì)復(fù)雜。萬(wàn)能頭編程一般采用手動(dòng)編程和CAM軟件編程兩種方式。由于萬(wàn)能頭刀具軸線(xiàn)與主軸不一致，采用手動(dòng)編程主要有以下難點(diǎn)：(1)空間幾何變量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系不易求解，要建立各加工變量之間的數(shù)學(xué)模型；(2)空間坐標(biāo)系的變換，要將銑刀的空間運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為平面運(yùn)動(dòng)；總的來(lái)說(shuō)，手動(dòng)編程操作繁瑣，需要用數(shù)學(xué)公式確定運(yùn)動(dòng)關(guān)系，參數(shù)很多，非常容易出錯(cuò)，且手動(dòng)編程只能編輯較為簡(jiǎn)單的型面，通用性不高。所以一般采用CAM軟件對(duì)萬(wàn)能頭進(jìn)行編程。對(duì)萬(wàn)能頭刀柄進(jìn)行工藝的編制，在CAM軟件中與常規(guī)刀柄相同，但輸出程序時(shí)由于刀具方向和刀柄結(jié)構(gòu)已發(fā)生變化，刀軌數(shù)據(jù)空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換需考慮刀柄結(jié)構(gòu)的影響,大部分CAM軟件需用額外購(gòu)買(mǎi)五軸權(quán)限，并且需要根據(jù)機(jī)床的操作系統(tǒng)制作相應(yīng)的程序后處理文件才能完成程序的輸出，需要較高的成本。

同時(shí)在刀具對(duì)刀時(shí)，需要計(jì)算刀具與對(duì)刀儀的接觸點(diǎn)到刀具中心的距離,常規(guī)方法為通過(guò)三角函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，速度很慢且容易出錯(cuò)。而使用PowerMILL進(jìn)行萬(wàn)能頭編程時(shí)，可以完美的解決以上問(wèn)題。

4、powermill萬(wàn)能頭編程優(yōu)勢(shì)

使用PowerMILL進(jìn)行萬(wàn)能頭編程時(shí),編程方便快捷，而且不需要額外購(gòu)買(mǎi)五軸權(quán)限，使用普通的三軸后處理就能完成程序的輸出。

下面通過(guò)一個(gè)例子來(lái)講解如何采用PowerMILL軟件來(lái)編制萬(wàn)能角度頭程序。如圖2所示：加工完零件的型面后，現(xiàn)在用角度頭加工型面上的直徑為16mm的法向孔。

4.1編制程序

用PowerMILL編制萬(wàn)能頭程序時(shí)，跟編制普通的三軸程序方法基本一致，運(yùn)用PowerMILL的3+2功能，只需新建一個(gè)程序坐標(biāo)系，不需要進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算。如圖2所示，實(shí)際坐標(biāo)系為加工型面的坐標(biāo)系，在這個(gè)坐標(biāo)系下，圖中的孔是帶A、C角度的。需要建立一個(gè)如圖所示的相對(duì)于孔是垂直的程序坐標(biāo)系。在程序坐標(biāo)系激活狀態(tài)下，用直徑為10mm的平刀完成法相孔程序的編制，如圖2。

圖2　

4.2產(chǎn)生角度頭的程序

在程序坐標(biāo)系激活下編制完成孔的加工程序后，不需要特定的后處理，只需對(duì)NC參數(shù)進(jìn)行設(shè)置就能完成程序的輸出。輸出坐標(biāo)系選擇：實(shí)際坐標(biāo)系。而自動(dòng)刀具對(duì)齊要關(guān)閉，選擇通用的三軸后處理，然后點(diǎn)應(yīng)用，接受，如圖3，然后右鍵單擊NC程序點(diǎn)全部寫(xiě)入，就可以輸出后置程序了。

圖3　

4.3對(duì)萬(wàn)能角度頭進(jìn)行擺角

在機(jī)床加工之前需要手動(dòng)對(duì)萬(wàn)能角度頭進(jìn)行擺角和對(duì)刀。PowerMILL 程序坐標(biāo)系相對(duì)于實(shí)際坐標(biāo)系的仰角和方位角就是萬(wàn)能頭的需要調(diào)整的A、C角度。

4.4對(duì)萬(wàn)能角度頭進(jìn)行對(duì)刀

萬(wàn)能頭角度設(shè)置完成后，需要對(duì)萬(wàn)能頭進(jìn)行對(duì)刀。PowerMILL出的平刀程序?yàn)榈吨行牡能壽E，所以對(duì)刀點(diǎn)為平刀中心。由于萬(wàn)能頭已經(jīng)擺角，所以需要測(cè)出刀具與對(duì)刀儀的接觸點(diǎn)到刀具中心的距離，以往需要使用三角函數(shù)，根據(jù)A、C角度算出數(shù)值，通過(guò)使用PowerMILL軟件可以更加直觀快速的得出數(shù)值，具體方法如下：

(1)首先在程序坐標(biāo)系下，做出直徑為10的圓，如圖4。

圖4　

圖5　

(2)激活實(shí)際坐標(biāo)系，建立毛坯，并將實(shí)際坐標(biāo)系平移到毛坯的中心如圖5。

(3)重新計(jì)算毛坯，在毛坯的界限里面的最小數(shù)值X、Y、Z就是刀具在用對(duì)刀塊側(cè)面三個(gè)面對(duì)刀后的刀具偏置量，如圖6。

圖6　

(4)在萬(wàn)能頭擺完角度的狀態(tài)下對(duì)刀后，將這三個(gè)數(shù)值輸入機(jī)床坐標(biāo)系的偏置中，就可以進(jìn)行對(duì)零件的加工了。

5、結(jié)論

使用PowerMILL編程的萬(wàn)能頭在加工空間斜孔的零件方面更具優(yōu)勢(shì)，它方便快捷，節(jié)省時(shí)間，同時(shí)降低了成本。

[1]韓玲國(guó)．角度頭刀具在數(shù)控加工中的應(yīng)用[J]．制造技術(shù)與機(jī)床，2007(11)：83．

[2]李海．飛機(jī)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件角度頭加工技術(shù)[D]．南京：南京航空航天大學(xué)，2012．

[3]王先逵.計(jì)算機(jī)輔助制造.北京:清華大學(xué)出版社,2008.

[4]周濟(jì),周艷紅.數(shù)控加工技術(shù).北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2002.

[5]張磊.UG NX4后處理技術(shù)培訓(xùn)教程.北京:清華大學(xué)出版社,2007.

Research on universal milling head NC Programming based on PowerMILL

Wang Yong, Guan Peng, Gu Kuiliang, Liu Chenglin
( Brilliance Automotive Engineering Research Institute PT_Control, Liaoning Shenyang 110141 )

As an example of the machining of an inclined hole the article discusses the advantage of creating universal milling head NC Programming by PowerMILL.

universal milling head; PowerMILL; NC Programming

U466 文獻(xiàn)表示碼：A

1671-7988（2016）11-113-03

王勇（1988-），男，助理工程師，就職于華晨汽車(chē)工程研究院試制控制處，從事機(jī)加工藝工作。