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1、五轴加工与数控仿真技术,内容提要,五轴加工技术及五轴机床介绍五轴数控编程技术介绍（以PowerMill为例）五轴数控仿真介绍（以Vericut为例）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
2、，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（linear axis）2个旋转轴（rotary axis）,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、Z,32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
3、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,TableTable 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,TableTable 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,TableTable 非正交,五轴机床类型,HeadHead 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。,
4、俯垂型：旋转轴不与直线轴相垂直,五轴机床类型,HeadHead 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,TableHead 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,TableHead 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
5、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（Rotary tool center point）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； RTCP ON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
6、，后处理输出程序无需考虑工件在机床上的具体位置。3.,RTCP功能,Part Position on the table工件在工作台的定位With RTCP enabled, the datum of the part can be clocked with ease，有RTCP功能，工件的基准位置任意Without RTCP enabled, the PowerMILL NC Programmust be output with a Workplane positioned at themachines 0 0 0，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
7、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。Delcam Plc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,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。,插铣区域清除加工,高速精加工策略,PowerMILL 提
8、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
9、）。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Lean Angle defines a rotation of the Tool axis at right angles to the direction of travel正角时为右倾，负角时为左倾Can be positive or negative to indicate a right/ left lean设置侧倾角能有效避免刀具干涉Useful to avoid col
10、lisions when machining close to obstacles,刀轴通过点From a Point,使刀轴总是通过某一固定点从而避免刀尖切削The tool is aligned so that the axis passes through a specified point with the cutting end pointing away from the point,刀轴通过直线Towards a Line,刀轴总是通过直线上的点对齐，从而避免刀尖切削 The tool is aligned so that the axis passes through a sp
11、ecified line with the cutting end pointing towards the line,刀轴总是通过用户定义直线上的点Tool axis will always pass through the user-defined line,刀轴通过3D曲线Through a 3D curve,提供了比直线更灵活有效的刀轴控制策略 Offers much more control and flexibility than line刀轴总是通过用户定义的曲线 Tool axis will always pass through the user-defined curve,
12、PowerMILL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Drive Surface,投影方向和刀轴方向由驱动曲面（银色面）决定 Projection direction and tool orientation determined by drive surface (silver)驱动曲面为单一曲面，而模型为多曲面模型Single drive surface but multi-surface part,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
13、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Swarf Machining,Swarf加工使用刀具侧刃切削Swarf Machining cuts with the side of the tool由于切削刀具是直刃，所以只能加工可展开的曲面（直纹面）It can only be used with developable surfaces as cutter side is straight切削的深度可由下切步距和曲面宽度控制Depth of cut can be controlled by a fixed stepover or fraction of surfac
14、e width,用锥度刀做Swarf加工Swarf machining with tapered tools,允许使用更大的刀具Allows larger tools to be used能够切除更多的余量Removes more material使工件的装夹更灵活Increases flexibility possible in fixtures,线框Swarf加工Swarf machining from wireframe,在曲面不能真正展开(非直纹面）的时候特别适用Suitable where surfaces are not truly developable在曲面内部结构很差时特别适
15、用Suitable where internal surface structure is poor在曲面边缘加工不理想时特别适用Suitable where edge matching is not perfect,Wireframe,Toolpath,5轴钻孔5-Axis Drilling,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working plane功能的五轴controller，Ductpost以钻孔循环输出；对于Andron等不支持working plane的五轴controller，Ductpost以普通线性
16、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一套加工方案,弯管加工模块Port machining,整体叶盘加工模块New module for blisks and impellers,新的加工模组使得整体叶盘编程速度明显提高,自动防护选项Auto-avoid option,自动调整刀路避免碰撞Automatically adjusts toolpath to avoid collision在公差范围内自动调整刀轴方向避免干涉Changes tool axis automatically to avoid obstruction by tolerance s
17、pecified,刀轴控制自动避免碰撞,刀轴定义更智能 灵活确保最短的刀具 伸出长度提高五轴编程加 工效率可在同一程序中定 义两组刀轴选项,刀轴控制交互式刀轴编辑,在不同的区域应用最适合的切削条件刀轴矢量平滑,保证加工质量可在同一程序中定义多组刀轴,高速高质的保障点分布控制,不同的加工条件启用相应的点分布控制矢量平滑,五轴机床仿真,1.五轴刀具路径完全自动防过切和自动刀头碰撞检查。该特性跟三轴加工一样良好。 2.建立实际五轴机床模型，有效避免机台碰撞。五轴加工跟三轴加工最大的不同，就是前者由于工作台或刀头的摆动和旋转，加工过程中容易发生主轴或刀头刀具跟工件、夹具、工作台碰撞。区别于三轴加工只需
18、注意到的刀头跟工件的碰撞，我们将其称为机台碰撞。这样通过仿真无碰撞的程序，就可以放心的在五轴机床上运行。,DMU160P,OPS650,Mikron UCP710,仿真与验证,PowerMILL的仿真可选项现扩展到包含了验证功能； Simulation option in PowerMILL has now been extended to include verification程序上机床之前，在计算机上进行检查； Allows programs to be checked on the computer before being sent to the machine,五轴数控仿真介绍 （
19、以Vericut为例）,为什么需要软件模拟仿真？,NC程序有错 编程人员粗心大意 CAM软件系统有错 后置处理有误 工装及其他辅助设备有干涉情况 刀具长度不够 刀柄发生干涉 切削参数不合理 需要较准确地掌握零件加工时间以便安排生产计划 手工编制的程序如何验证,VERICUT简介,VERICUT是美国CGTech公司开发一款专业的数控加工仿真软件，是当前全球数控加工程序验证、机床模拟、工艺程序优化软件领域的领导者。 该软件自1988年开始推向市场以来，始终与世界先进的制造技术保持同步，采用了先进的三维显示及虚拟现实技术，可以验证和检测NC程序可能存在的碰撞、干涉、过切、欠切、切削参数不合理等问题
20、，被广泛的应用于航空，航天，船舶，电子，汽车，机车，模具，动力及重工业的车削，铣削（三轴及多轴加工），车铣复合，线切割，电加工等实际生产中。,VERICUT简介,VERICUT能够精确模拟仿真各种数控铣床、数控车床、车铣复合加工中心、线切割、电火花等机床的程序，最多支持6轴。VERICUT的机床库、优化库、刀具库数据可以共享，重复使用，进行加工参数优化，减少人工调节，提高加工效率。2）VERICUT能够支持各类数控系统的指令，支持手工编写的程序如：支持西门子840D、海德汉控制系统高级手工编程（Tran/Rotate/ MIRROR ）、G-M码程序、宏程序、各种变量间的运算、手工直接编制的G代码、子程序循环、以及用户自己定义的各种特殊指令,VERICUT软件主要功能,机床加工仿真，碰撞检查程序验证切削模型尺寸分析切削速度优化模型输出工艺文件生成VERICUT加工仿真软件既可以模拟刀位轨迹文件也可以模拟G代码程序，甚至包括子程序、宏程序、循环、跳转、变量等,五轴加工典型案例（叶轮）,体验之旅,体验之旅一：Powermill,调用模型装载毛坯加工设定装载刀具刀具路径加工仿真程序后处理,体验之旅二：vericut仿真,建立机床调入机床数控系统毛坯与工件刀具数控程序对刀仿真,
