多軸數(shù)控加工中心編程與加工技術圖書目錄

數(shù)控加工技術作為現(xiàn)代機械制造技術的基礎，使得機械制造過程發(fā)生了顯著的變化?，F(xiàn)代數(shù)控加工技術與傳統(tǒng)加工技術相比，無論在加工工藝，加工過程控制，還是加工設備與工藝裝備等諸多方面均有顯著不同。我們熟悉的數(shù)控機床有XYZ三個直線坐標軸，多軸指在一臺機床上至少具備第4軸。通常所說的多軸數(shù)控加工是指4軸以上的數(shù)控加工，其中具有代表性的是5軸數(shù)控加工。

多軸數(shù)控加工能同時控制4個以上坐標軸的聯(lián)動，將數(shù)控銑、數(shù)控鏜、數(shù)控鉆等功能組合在一起，工件在一次裝夾后，可以對加工面進行銑、鏜、鉆等多工序加工，有效地避免了由于多次安裝造成的定位誤差，能縮短生產(chǎn)周期，提高加工精度。隨著模具制造技術的迅速發(fā)展，對加工中心的加工能力和加工效率提出了更高的要求，因此多軸數(shù)控加工技術得到了空前的發(fā)展。

隨著數(shù)控技術的發(fā)展，多軸數(shù)控加工中心正在得到越來越為廣泛的應用。它們的最大優(yōu)點就是使原本復雜零件的加工變的容易了許多，并且縮短了加工周期，提高了表面的加工質(zhì)量。產(chǎn)品質(zhì)量的提高對產(chǎn)品性能要求提高，例如車燈模具：汽車大燈模具的精加工：用雙轉(zhuǎn)臺五軸聯(lián)動機床加工，由于大燈模具的特殊光學效果要求，用于反光的眾多小曲面對加工的精度和光潔度都有非常高的指標要求，特別是光潔度，幾乎要求達到鏡面效果。采用高速切削工藝裝備及五軸聯(lián)動機床用球銑刀切削出鏡面的效果，就變得很容易，而過去的較為落后的加工工藝手段就幾乎不可能實現(xiàn)。采用五軸聯(lián)動機床加工模具可以很快的完成模具加工，交貨快，更好的保證模具的加工質(zhì)量，使模具加工變得更加容易，并且使模具修改變得容易。在傳統(tǒng)的模具加工中，一般用立式加工中心來完成工件的銑削加工。隨著模具制造技術的不斷發(fā)展，立式加工中心本身的一些弱點表現(xiàn)得越來越明顯?，F(xiàn)代模具加工普遍使用球頭銑刀來加工，球頭銑刀在模具加工中帶來好處非常明顯，但是如果用立式加工中心的話，其底面的線速度為零，這樣底面的光潔度就很差，如果使用四、五軸聯(lián)動機床加工技術加工模具，可以克服上述不足。

多軸加工的類型

加工中心一般分為立式加工中心和臥式加工中心。三軸立式加工中心最有效的加工面僅為工件的頂面，臥式加工中心借助回轉(zhuǎn)工作臺，也只能完成工件的四面加工。多軸數(shù)控加工中心具有高效率、高精度的特點，工件在一次裝夾后能完成5個面的加工。如果配置5軸聯(lián)動的高檔數(shù)控系統(tǒng)，還可以對復雜的空間曲面進行高精度加工，非常適于加工汽車零部件、飛機結(jié)構件等工件的成型模具。根據(jù)回轉(zhuǎn)軸形式，多軸數(shù)控加工中心可分為兩種設置方式

（1）工作臺回轉(zhuǎn)軸。

這種設置方式的多軸數(shù)控加工機床的優(yōu)點是：主軸結(jié)構比較簡單，主軸剛性非常好，制造成本比較低。但一般工作臺不能設計太大，承重也較小，特別是當A 軸回轉(zhuǎn)角度≥90°時，工件切削時會對工作臺帶來很大的承載力矩。

（2）立式主軸頭回轉(zhuǎn)。

這種設置方式的多軸數(shù)控加工機床的優(yōu)點是：主軸加工非常靈活，工作臺也可以設計得非常大。在使用球面銑刀加工曲面時，當?shù)毒咧行木€垂直于加工面時，由于球面銑刀的頂點線速度為零，頂點切出的工件表面質(zhì)量會很差，而采用主軸回轉(zhuǎn)的設計，令主軸相對工件轉(zhuǎn)過一個角度，使球面銑刀避開頂點切削，保證有一定的線速度，可提高表面加工質(zhì)量，這是工作臺回轉(zhuǎn)式加工中心難以做到的。

多軸加工的特點

采用多軸數(shù)控加工，具有如下幾個特點：

（1）減少基準轉(zhuǎn)換，提高加工精度。

多軸數(shù)控加工的工序集成化不僅提高了工藝的有效性，而且由于零件在整個加工過程中只需一次裝夾，加工精度更容易得到保證。

（2）減少工裝夾具數(shù)量和占地面積。

盡管多軸數(shù)控加工中心的單臺設備價格較高，但由于過程鏈的縮短和設備數(shù)量的減少，工裝夾具數(shù)量、車間占地面積和設備維護費用也隨之減少。

（3）縮短生產(chǎn)過程鏈，簡化生產(chǎn)管理。

多軸數(shù)控機床的完整加工大大縮短了生產(chǎn)過程鏈，而且由于只把加工任務交給一個工作崗位，不僅使生產(chǎn)管理和計劃調(diào)度簡化，而且透明度明顯提高。工件越復雜，它相對傳統(tǒng)工序分散的生產(chǎn)方法的優(yōu)勢就越明顯。同時由于生產(chǎn)過程鏈的縮短，在制品數(shù)量必然減少，可以簡化生產(chǎn)管理，從而降低了生產(chǎn)運作和管理的成本。

（4）縮短新產(chǎn)品研發(fā)周期。

對于航空航天、汽車等領域的企業(yè)，有的新產(chǎn)品零件及成型模具形狀很復雜，精度要求也很高，因此具備高柔性、高精度、高集成性和完整加工能力的多軸數(shù)控加工中心可以很好地解決新產(chǎn)品研發(fā)過程中復雜零件加工的精度和周期問題，大大縮短研發(fā)周期和提高新產(chǎn)品的成功率。

人們早已認識到多軸數(shù)控加工技術的優(yōu)越性和重要性，但到目前為止，多軸數(shù)控加工技術的應用仍然局限于少數(shù)資金雄厚的部門，并且仍然存在尚未解決的難題。多軸數(shù)控加工由于干涉和刀具在加工空間的位置控制，其數(shù)控編程、數(shù)控系統(tǒng)和機床結(jié)構遠比3軸機床復雜得多。目前，多軸數(shù)控加工技術存在以下幾個問題：

（1）多軸數(shù)控編程抽象、操作困難。

這是每一個傳統(tǒng)數(shù)控編程人員都深感頭疼的問題。3軸機床只有直線坐標軸，而5軸數(shù)控機床結(jié)構形式多樣；同一段NC代碼可以在不同的3軸數(shù)控機床上獲得同樣的加工效果，但某一種5軸機床的NC代碼卻不能適用于所有類型的5軸機床。數(shù)控編程除了直線運動之外，還要協(xié)調(diào)旋轉(zhuǎn)運動的相關計算，如旋轉(zhuǎn)角度行程檢驗、非線性誤差校核、刀具旋轉(zhuǎn)運動計算等，處理的信息量很大，數(shù)控編程極其抽象。多軸數(shù)控加工的操作和編程技能密切相關，如果用戶為機床增添了特殊功能，則編程和操作會更復雜。只有反復實踐，編程及操作人員才能掌握必備的知識和技能。經(jīng)驗豐富的編程與操作人員的缺乏，是多軸數(shù)控加工技術普及的大阻力。

（2）刀具半徑補償困難。

在5軸聯(lián)動NC程序中，刀具長度補償功能仍然有效，而刀具半徑補償卻失效了。以圓柱銑刀進行接觸成形銑削時，需要對不同直徑的刀具編制不同的程序。目前流行的CNC系統(tǒng)尚無法完成刀具半徑補償，因為ISO文件中沒有提供足夠的數(shù)據(jù)對刀具位置進行重新計算。用戶在進行數(shù)控加工時需要頻繁換刀或調(diào)整刀具的確切尺寸，按照正常的處理程序，刀具軌跡應送回CAM系統(tǒng)重新進行計算，從而導致整個加工過程效率不高。對這個問題的最終解決方案，有賴于新一代CNC控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠識別通用格式的工件模型文件（如STEP等）或CAD系統(tǒng)文件。

（3）購置機床需要大量投資。

多軸數(shù)控加工機床和3軸數(shù)控加工機床之間的價格懸殊很大。多軸數(shù)控加工除了機床本身的投資之外，還必須對CAD/CAM系統(tǒng)軟件和后置處理器進行升級，使之適應多軸數(shù)控加工的要求，以及對校驗程序進行升級，使之能夠?qū)φ麄€機床進行仿真處理。