五轴理论讲解 机床结构 工作原理 典型零件的工艺方案

Q729990908

第一节    五轴加工机床的应用与发展及其分类性能
1、五轴加工的应用领域：随着科技的发展和人们物质生活水平的提高，人们对产品的性能、质量要求也更高，形式更多样化和个性化。为了进一步提高产品的性能和质量，充分满足使用者的多方要求，如节能、省材、轻便、美观、舒适等五轴轴加工主要应运的领域： 航空、造船、医学、汽车工业、模具、叶轮、涡轮、蜗杆、螺旋桨、鞋模、立体公、人体模型、汽车配件、其他精密零件加工。

2、五轴机床的定义：所谓五轴加工这里是指在一台机床上至少有五个坐标轴(三个直线坐标和两个旋转坐标)，而且可在计算机数控(CNC)系统的控制下同时协调运动进行加工。
3、五轴轴向定义：G01 X.. Y… Z…. A…
绕X轴旋转为A轴
绕Y轴旋转为B轴
绕Z轴旋转为C轴

5.常见五轴机床的介绍：立式五轴加工中心、卧式五轴加工中心
立式五轴加工中心 ，这类加工中心的回转轴有两种方式，一种是工作台回转轴。设置在床身上的工作台可以环绕X轴回转，定义为A轴，A轴一般工作范围+30度至-120度。工作台的中间还设有一个回转台，在图示的位置上环绕Z轴回转，定义为C轴，C轴都是360度回转。这样通过A轴与C轴的组合，固定在工作台上的工件除了底面之外，其余的五个面都可以由立式主轴进行加工。A轴和C轴最小分度值一般为0.001度，这样又可以把工件细分成任意角度，加工出倾斜面、倾斜孔等。
优点：主轴的结构比较简单，主轴刚性非常好，制造成本比较低。
缺点：工作台不能设计太大，承重也较小，特别是当A轴回转大于等于90度时，工件切削时会对工作台带来很大的承载力矩。

另一种是依靠立式主轴头的回转。主轴前端是一个回转头，能自行环绕Z轴360度，成为C轴，回转头上还带可环绕X轴旋转的A轴，一般可达±90度以上，实现上述同样的功能。
优点：主轴加工非常灵活，采用主轴回转的设计，保证有一定的线速度，可提高表面加工质量。这种结构非常受模具高精度曲面加工的欢迎，这是工作台回转式加工中心难以做到的。
缺点：工作台也可以设计的非常大，机身庞大，主轴的回转结构比较复杂，制造成本也较高。
卧式五轴加工中心，此类加工中心的回转轴也有两种方式，一种是卧式主轴摆动作为一个回转轴，再加上工作台的一个回转轴，由主轴立、卧转换配合工作台分度，对工件实现五面体加工，
优点：加工简便灵活，主轴立式或卧转简单的换，制造成本低，非常实用。
缺点：主轴刚性差，但不作联动，适合立、卧转换的四轴加工中心不同加工要求。
  另一种为传统的工作台回转轴，设置在床身上的工作台A轴一般工作范围+20度至-100度。工作台的中间也设有一个回转台 B轴，B轴可双向360度回转。
优点：转轴也可配置圆光栅尺反馈，分度精度达到几秒，常用于加工大型叶轮的复杂曲面。
缺点：工作台受限制，回转轴结构比较复杂，价格也昂贵。
6.加工中心的发展与未来:
现在加工中心逐渐成为机械加工业中最主要的设备，它加工范围广，使用量大。近年来在品种、性能、功能方面有很大的发展。品种：有新型的立、卧五轴联动加工中心，可用于航空、航天零件加工；有专门用于模具加工的高性能加工中心，集成三维CAD/CAM对模具复杂的曲面超精加工；有适用于汽车、摩托车大批量零件加工的高速加工中心
  美国领先一步的机床具备万能型的设备，可用于车、铣、磨、激光加工等，成为真正意义上的加工中心。全自动地从材料送进，到成品产出，粗精加工、淬硬处理、超精加工，自动检测、自动校正，无所不能。人类的智慧将在高科技产品加工中心上得到充分的展现！

第二节    五轴加工优点 应运典型零件的工艺方案 实际生产加工常发生的问题及其解决方案   
1、传统机床或三轴数控机床缺点：
（1）必须用多台机床，经过多次定位安装才能完成。
（2）设备投资大，占用生产面积多，生产加工周期长
（3）精度、质量还难于保证。
2、五轴加工的优点：
（1）使得工件的装夹变得容易
（2）加工时无需特殊夹具，降低了夹具的成本，避免了多次装夹
（3）提高模具加工精度
（4）五轴联动机床可在加工中省去许多特殊刀具，所以降低了刀具成本。
（5）五轴联动机床在加工中能增加刀具的有效切削刃长度，减小切削力
（6）提高刀具使用寿命，降低成本。
（7）提高空间自由曲面的加工精度、质量和效率
（8）交货快，更好的保证模具的加工质量
五轴机床集中工序进行高精、高效加工，实现工件一次装夹便可完成除底部外所有面加工。一台五轴机床的工效约相当于两台三轴加工机床，甚至可以省去更多机床。
3、五轴加工工工艺及其实际生产加工常发生的问题及其解决方案：
（1）五轴工件坐标系的确立、五轴G代码NC程序表示
（2）各种不同机台复杂零件的装夹
3、加工辅助线、辅助面的制作
4、五轴加工刀具与工件点接触，非刀轴中心的补偿
5、加工过程中刀具碰撞问题
6、刀轨的校验及其仿真加工
7、不同五轴机器，不同刀轨和后处理

第二周 结合PowerMILL2010软件讲解五轴加工的综合使用技巧

第三节  五轴加工坐标、程序解析、刀具补偿与装夹
1、五轴坐标的确立
编程坐标系是指在数控编程时，在工件上确定的基准坐标系，其原点也是数控加工的对刀点。要求所选择的编程原点及编程坐标系应使程序编制简单；编程原点应尽量选择在零件的工艺基准或设计基准上，并在加工过程中便于检查的位置；引起的加工误差要小。
2、五轴程序解析
G17 XY平面加工   G18 XY平面加工     G19 XY平面加工
G90绝对坐标 G80循环注销
3、五轴刀具半径方向补偿：插补程序段中提供的数据信息又仅仅是刀具中心点坐标和刀具轴的方位角，刀具半径补偿实际上不可能进行，因为控制器不知道该往哪个方向进行补偿，而这个方向对于刀具半径补偿非常重要。因此，如果要进行三维空间刀具半径补偿功能，则必须在数控加工程序段中提供补偿方向向量等信息，FANUC控制器采用了IJK码来表示, 将由编程刀具中心位置即指向刀具半径补偿后实际加工刀具中心的矢量称为刀具半径补偿向量IJK
刀具半径方向补偿：G41 G42
刀具半径方向补偿注销：G40
4、五轴工具的装夹
尽量选择通用、组合夹具，一次安装中把零件的所有加工面都加工出来，零件的定位基准与设计基准重合，以减少定位误差；应特别注意要迅速完成工件的定位和夹紧过程，以减少辅助时间，必要时可以考虑采用专用夹具。
5、PowerMILL 2010软件坐标的使用和5轴加工的关系：
毛坯位置、刀具刀轴方向都随着用户坐标系的变化而变化，根据加工需要所产生的坐标，激活后为红色。
世界坐标模型的原始坐标系，永远不动的，移动永远是模型。PowerMILL默认第一坐标系为世界坐标系。
在采用多个坐标加工的五轴程序，在输出时采用对刀坐标系来输出这些刀具路径，在FAUNC系统中，使用G68.2指令来完成用户坐标系选择与平移操作

第四节  PowerMILL 2010多轴加工6种投影策略（手柄加工案例）
点投影精加工策略，一般加工类似球体的模型结构，经常采用朝向点或自点的刀轴矢量方向。
直线投影精加工策略，一般加工圆柱体类的模型结构，经常采用朝向直线或自直线的刀轴矢量方向，特别是瓶身类模型结构加工非常完美。
界限：控制刀路轨迹，有三中方式控制刀轨，分别为：方位角、仰角、高度
方位角：XY平面旋转，以X轴为基准轴，逆时针旋转位正值，来控制水平面上的加工范围。
仰角：XY平面旋转与Z轴的夹角，逆时针旋转为正值，用来定义模型高度方向（Z轴方向）的加工范围。
高度：控制刀轨轴向的加工范围
曲线投影精加工策略，一般用在管道加工或者流道加工，采用朝向曲线或者自曲线的刀轴矢量方向。
参数参考线界限：以百分率加以控制，参数为1，那么参考线投影为100%，如果为0.5，那么参考线投影为50%
平面投影精加工策略 ，一般用才清角加工的刀轨中或者侧壁有倒扣。
曲面投影精加工策略 ，曲面加工只能选取一个曲面作为投影面，多个曲面加工，可以制作一个圆滑过渡的辅助面做为投影面。
控制方位角、仰角，先预览投影，然后采用鼠标做大致的拖动到我们所要投影面的角度，最后采用键盘上的、光标建（左右键）做细致的角度调整。
SWARF精加工策略，一般用叶轮叶跟清角和叶片加工。刀轴矢量方向为：垂直、前倾、侧倾、自动。

[ 本帖最后由 有点笨 于 2012-4-29 09:39 编辑 ]

Q729990908

第五节  PowerMILL 2010刀轴9种矢量方向的定义（曲面加工案例）
垂直：系统默认为三轴的刀具轴线，刀具轴线平行于Z轴，垂直于XY平面
前倾\侧倾：前倾角为刀具沿刀具路径方向的给定角度，侧倾角为和刀具路径方向垂直方向的给定角度。如果这两个角度的设置均为零，则刀具方向将为刀具路径的法向。刀具路径的法向为刀具路径产生过程中将其投影到曲面数据上时的方向。对参考线精加工而言，此方向始终为垂直的；对投影精加工而言，其方向随局部投影方向的变化而变化。 （如果没有激活用户坐标系则为世界坐标系）
朝向点：刀具的轴线总是通过一固定点，刀尖始终指向固定点，适合凸模加工或者容易发生夹持碰撞的陡峭凸壁上。（一般配合点投影精加工策略使用）
自点：刀具的轴线总是通过一固定点，刀尖始终背离固定点（远离点），适合凹模加工，特别是深型腔、负角面类的零件加工。（一般配合点投影精加工策略使用）
朝向直线：刀具移动过程中刀尖始终指向所指定直线，并且垂直于该直线，加工刀尖部分相对静止，主轴头部则运动比较频繁。（一般配合直线投影精加工策略使用）
自直线：刀具移动过程中刀尖始终背离所指定直线，并且垂直于该直线（远离直线），加工刀尖部分相对静止，主轴头部则运动比较频繁。（一般配合直线投影精加工策略使用）
朝向曲线：刀具移动过程中刀尖始终指向所指定曲线，并且垂直于该曲线
自曲线：刀具移动过程中刀尖始终背离所指定曲线，并且垂直于该曲线
固定方向：刀具刀轴方向由用户指定一个矢量方向，刀具移动过程中刀具轴线始终平行该矢量方向。IJK,I表示平行X轴方向矢量，J表示平行Y轴方向矢量,K表示平行Z轴方向矢量，当坐标X=0,Y=0,Z=0,方向为I=1,J=0,K=0时，表示直线通过坐标原点与X轴平行。

第六节  PowerMILL 2010新策略叶盘加工驱动讲解（叶轮加工案例）
1、叶盘区域清除模型
2、叶片精加工
3、轮毂精加工
4、叶片加工刀路进退刀的设置
5、变化刀轨操作，过切检查，加持碰撞检查，模拟操作

第七节  PowerMILL 2010新策略管道加工讲解 （消防栓加工案例）   
1、管道区域清除模型
2、管道插铣精加工
3、管道螺旋精加工
4、缺口位置补面方法
5、坐标系限界操作

第三周 讲解典型零件的程序制作 结合实际工厂经验加工零件

第八节 入门1（烟灰缸五轴加工案例B+C）
1、分析模型结构，确定机床为一转一摆式
2、传统三轴刀轨，转变为多轴刀轨的操作
3、等高策略的轴向变化（侧倾角、朝向点）
4、平行精加工策略的轴向变化（朝向点）
5、三维偏置精加工策略的轴向变化（朝向点、自点）

第九节 入门2（奖杯五轴加工案例B+C）
1、分析倒扣，确定加工方案B+C
2、采用3+1定轴开粗策略，产生用户坐标系来实现
3、采用残留模型加工操作
4、编辑传统三轴刀轴方向
4、旋转精加工策略
5、参考线精加工策略，采用参考线偏置器，参考线只能在XY平面内产生

第十节  提高1（印章五轴加工案例 A+C）
1、分析零件结构特征，确定装夹方向及其加工工艺
2、对称图形可以采用变换刀轨的方法，由于底面余量问题，注意两开粗刀轨之间相接位置的残料，采用模拟后的残料做为局部开粗毛坯
3、给刀具装配夹持器及其夹持器参数的修改，五轴加工刀具夹持器碰撞的验证
4、对于球体和圆柱体不同的加工驱动
5、曲面与曲面衔接位置，导轨策略不同，但是两刀轨要有重叠的位置
6、棱角面精加工必须逐个分开加工，以保证产品的线条流畅没关
7、对于产品上大小相同，布局有一定规律的曲面，我们可以采用刀轨变换实现多个加工，简单快捷！

Q729990908

第十一节 茄子五轴加工案例A+C
1、对于对称图形的加工思路和操作方法
2、考虑加工工艺，制作辅助面，以便加工使用使用
3、加工坐标的设定，考虑表面粗糙度等问题
4、采用刀具路径转换为参考线，实现四轴开粗的方法
5、制作辅助面，采用曲面投影精加工

第十二节 玩具枪五轴加工案例A+C
1、分析模型结构特点，制度合理加工方案
2、局部位置开粗
3、制作辅助面可以减少跳刀，使刀具路径整洁漂亮。
4、采用制作的辅助面作为投影曲面，一定要忽略辅助面，否则刀具路径会产生在辅助面上。

第十三节 猪头五轴加工案例B+C
1、分析模型结构特点，制度合理加工方案
2、对于模型结构特点的不同，采用不同的策略加工
3、使用固定刀轴矢量方向加工
4、产生用户坐标系，调整Z轴轴向以便刀轴加工。

第十四节 风叶片五轴加工案例B+C
1、风叶片加工工艺分析
2、局部位置开出的刀轴矢量方向
3、局部毛胚的制作
4、叶片精加工
5、三轴加工策略转变为五轴加工刀轨
6、参考偏置精加工策略
7、导轨变化：旋转
8、辅助面加工

第十五节 人体模型五轴加工案例B+C
1、人体模型毛胚的制作
2、当刀轴的轴向一直时可以采用参考刀轨，当刀轴方向不一致时，必须采用残留模型。
3、残留加工
4、清角处理

Q729990908

第十六节 叶轮五轴加工案例B+C
1、叶轮开粗
2、叶轮叶片精加工
3、风流叶片精加工

第十七节 风扇五轴加工案例B+C
1、采用三角形毛胚开粗
2、加工前分析
3、SWARF曲面精加工策略加工风叶
4、采用直线投影精加工策略加工叶毂面

第十八节 维纳斯五轴加工案例A+C
1、分析模型结构确定加工工艺，调整基准坐标系
2、制作辅助面，控制刀具路径
3、采用残留模型做毛胚加工
4、曲线投影加工策略
5、缠绕加工

第十九节 五轴钻孔、五轴刻字、五轴仿真操作案例
1、五轴钻孔，建立特征设置操作，设置为多轴孔特征
2、刻字，字体的投影方法，可以采用参考线投影，也可以直接采用参考线精加工策略参考导轨的方法进行多重偏置加工，雕刻刀具参数的设置，采用前倾角、侧倾角控制刀轴，减少雕刻刀具在加工中的受力。
3、五轴仿真操作，按照旋转轴位置可分为：双转主轴头head-head.mtd、一转一摆head-table.mtd、双转工作台table-table.mtd。
仿真文件放置在：
D:\Powermill2010\PowerMILL 11.0.10\file\examples\MachineData
.txt 说明文本
.mac机器启动宏文件
.mtd仿真机器设置和选择启动文件
.pmlth是Power Mill tool文件
.xsd仿真机器设置定义文件
.dmt仿真机器三角形文件（三维文件）

第二十节  PowerMILL 2010后处理
1、PowerMILL 2010有两中模块进行后处理：一种是 DuctPost1516后处理为PowerMILL 2010默认模式，机床选项文件为*.opt，另一种是 PMPost 4.5.01后处理构造器，首先在PowerMILL 2010中输出一个刀位，后缀名为*.cut文件，再读取刀位文件，最后安照NC程序选项输出NC程序
2、后处理器错误，报警解决方案：安装PowerMILL 2010 DuctPost1516
3、PMPost 4.5.01安装
破解D:\Powermill2010\PMPost4501\sys\ocx汉化：复制PMPostCHS.po
到D:\Delcam\PMPost4000\lib\locale\LC_MESSAGES\
4、PMPost 4.5.01后处理器的介绍。
5、 PowerMILL 2010后处理修改
后处理在实际应用中，经常需要修改或删除的部分主要有几方面:程序头的修改;程序尾的修改;刀具调用的修改;第四轴的开启与关闭;各种注释部分的删除;钻孔循环的定制;行号的设定与省略;新参数的设定等。
(1)程序头的修改。
    选中任务树窗口中的"Fanuc  OM.pmopt Commands-Start Program"项，在右边图形窗口中，选中程序中不需要的部分，再点击上方的删除图标，可以删除该部分内容;如程序中默认的机床回参考点程序段"G91G28XOYOZO"，如在程序启动时不必首先回参考点，可删除该段内容。
(2)程序尾的修改。
    在任务树窗口中的"Fanuc OM.pmopt-Commands-Finish  Program"项中可以定义程序尾部分的内容。默认的程序尾包含了"G91G28Z0"和"G28XOY0"机床回参考点选项，如不需要也可以删除。
(3)换刀程序段的修改。
    选中任务树窗口中的"Fanuc  OM.pmopt -Commands-Tool Control-Load First Tool"项，可以通过选中图形窗口中的"M6"项，点击添加"BlockNumber"，使T指令和M6指令分行;同样可以使Change Tool项中的T指令和M6指令分行;如采用手动换刀，则NC程序中不需换刀程序，可右键点击"Load First Tool"和"Change Tool"，在快捷键中选中"Deactivate，以关闭换刀程序。
(4)第4轴的开启和关闭。
    选中任务树窗口中的"Fanuc OM.pmopt-Settings-Machine Kinematics"项，右边图形窗口中"KinematicModel"的选项，默认的"3-Axis"项则关闭第4轴;"4-Axis"项则打开第4轴，第4轴打开后，需对其方向、原点及行程范围等进行设置。
(5)各种注释部分的删除。
    程序头部分、换刀部分等都设定了相应的注释，如不需要这些注释，可以进人程序头部分、换刀部分，将其中的注释内容选中删除即可。
(6)钻孔循环指令的定制。
    打开任务树窗口中的"Fanuc OM.pmopt-Commands-Drilling Cycles"项，这里定义了各种钻销循环。如其中的"Single Pecking Setup"定义了基本钻削循环G81指令;"Deep Drill Setup"中定义深孔钻削循环G83指令。如要取消，可右键点击该指令，在快捷键中选中"Deactivate"，即可取消该项定义。"DrillingCycles"子目录下还有其他钻镬削循环，可根据机床具体情况进行定义或删除。
(7)行号的设定与省略。
    点击任务树窗口中的"Fanuc OM.pmopt-Settings-Global Constants"选项，右边图形窗口中"OutputBlock Number，项的"Value"框中的值，默认的为Yes ,显示行号;改为No，则不显示行号;"Block Increment"项为程序行号间距，"Value"值默认的为10，可根据需要修改成适合自己的行号间距。
(8)新参数的设定。
    当数控机床的控制系统在PowerMILL自带的后置处理选项文件中没有的时候，就需要重新定义新的控制系统选项文件。如需专门定义各种常用G,M,F,S代码以及坐标表示等，可在"Fanuc  OM.pmopt-Parameters"项中进行。如，需修改快进G代码G00，可双击"Fanuc  OM.pmopt -Parameters -General -MotionMode"，在弹出的**框中对"RAP状态项后面的"Value"值进行修改，还可以在**框上半部分的"Prefix"修改快进指令的前缀+G ;如需修改冷却模式的M代码，可双击"Fanuc OM.pmopt-Parameters-General-Coolant Mode"，在弹出的**框中进行相应修改;主轴转速可在"Fanuc OM.pmopt-Parameters-General-Spindle Speed"中进行.
6、制作适合PowerMILL 2010五轴加工的工厂后处理,重点：
（1）后处理的注释说明，包括机器名称，5轴旋转轴、5轴旋转轴所处的位置
（2）机器运动学→旋转运动模式(5轴)→程序头设置→刀具第一下刀点→多轴方式→M128 \M129  M126 /M127
M128 \M129
M128指令是刀尖跟随功能      M129指令是取消刀尖跟随功能
M129在多轴加工中换刀前各轴复位操作，换刀后再执行M128
M126 /M127
M126指令旋转轴短路径运动     M127指令取消旋转轴短路径运动
.pmopt    PMPost 4.5.01后处理器,可再编辑后处理文件。
.opt      DuctPost1516后处理

茶壹杯

原来是个沙发~~

夜行侠

收藏，顶

shijiamoni

:em26:

tangjk

从哪COPY来的。

刘志文

我的机是三轴的！:em17:

szcjl

收藏，:em15: 收藏，:em00:

lyw888

不错，以后慢慢看

huohuo

好帖啊！

szcjl

再次进来学习学习:em15:

胖飞飞

谢谢楼主分享

人生感悟

好贴！:em26:

tlczd

好帖啊！:em26:

Q729990908

:loveliness:

Wisdon

有书吗？

zihe98

谢谢分享

Q729990908

自己打印出来就是书了