1、数控多轴加工数控多轴加工技术特点技术特点一、多轴加工的理解 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。多轴加工的情况可以分为：1、利用多轴数控机床进行三轴以上的联动加工 如：三个直线轴同一个或二个旋转轴的联动加工。这种加工称为：4 4轴联动或5 5轴联动加工。需要五轴联动加工的需要五轴联动加工的某发动机叶轮某发动机叶轮加工叶轮2 2、利用多轴数控机床进行任意两轴或三轴的联动加工。如：1 12 2个直线轴和1 12 2个旋转轴的联动加工需要一个直线轴加一个旋转轴联动加工的需要一个直线轴加一个旋转轴联动加工的柱面凸轮柱面凸轮加工螺旋槽二、多轴加工的目的二、多轴加工的目的1 1、加工
2、复杂形面加工复杂形面2 2、提高加工质量提高加工质量3 3、提高工作效率提高工作效率多轴加工可切削复杂形面多轴加工可切削复杂形面（1）复杂曲面复杂曲面模具形面、叶片形面模具形面、叶片形面 整体叶轮等整体叶轮等 需要五轴联动加工的需要五轴联动加工的发动机第三级大叶片发动机第三级大叶片需要五轴联动加工的需要五轴联动加工的某斜流压气机转子叶轮某斜流压气机转子叶轮需要五轴联动加工的某斜流压气机定子叶轮需要五轴联动加工的某斜流压气机定子叶轮叶片缘头处为非直纹面加工鞋底模具（1 1）利用利用球刀加工时，倾斜刀具轴线后可以提高加工质量和切削效球刀加工时，倾斜刀具轴线后可以提高加工质量和切削效率率接触点切削速
3、度为零接触点切削速度为零接触点切削速度不为零接触点切削速度不为零多轴加工可提高加工质量多轴加工可提高加工质量加工高尔夫球用具（2 2）多轴加工可把点接触改为线接触从而提高加工质量多轴加工可把点接触改为线接触从而提高加工质量球刀的点接触球刀的点接触立铣刀的线接触立铣刀的线接触(3)(3)可以提高变斜角平面质量可以提高变斜角平面质量 多轴加工利用端刃和侧刃切削，使得变斜角平面表面粗糙多轴加工利用端刃和侧刃切削，使得变斜角平面表面粗糙度质量提高度质量提高（4 4）多轴联动加工可以提高叶片加工质量）多轴联动加工可以提高叶片加工质量 三轴加工叶片三轴加工叶片前后缘质量不好前后缘质量不好四轴加工叶片四轴加
4、工叶片前后缘质量较好前后缘质量较好三轴加工叶片三轴加工叶片优点：优点：编程简单、走刀路线比较好控制编程简单、走刀路线比较好控制缺点：缺点：单面加工易变形、叶片边缘质量不好单面加工易变形、叶片边缘质量不好 控制控制五轴加工叶片五轴加工叶片优点：优点：叶片边缘质量好、环绕加工对控制变形有叶片边缘质量好、环绕加工对控制变形有 利、大型叶片可以采用端刃切削提高效率利、大型叶片可以采用端刃切削提高效率缺点：缺点：编程复杂、装夹要求高、设备要求高编程复杂、装夹要求高、设备要求高多轴加工可提高工作效率多轴加工可提高工作效率 充分利用切削速度充分利用切削速度 充分利用刀具直径充分利用刀具直径 例如：可使用大直
5、径面铣刀加工例如：可使用大直径面铣刀加工 可应用宽行加工的方法可应用宽行加工的方法 可改善接触点的切削速度可改善接触点的切削速度可以减小刀具长度，提高刀具强度可以减小刀具长度，提高刀具强度宽行加工方法宽行加工方法曲面零件曲面零件大直径铣刀宽行加工大直径铣刀宽行加工三、多轴加工的特性三、多轴加工的特性1 1、编程复杂（尤其是后处理编程复杂（尤其是后处理）2 2、工艺顺序与三轴不同工艺顺序与三轴不同编程复杂（尤其是后处理编程复杂（尤其是后处理）以以UGUG为例：变轴铣、变轴轮廓铣、变轴顺序铣、固定轴曲面轮廓铣等为例：变轴铣、变轴轮廓铣、变轴顺序铣、固定轴曲面轮廓铣等 后置处理当中要考虑刀具的长度，
6、机床的结构、工装夹具的尺寸关系以及工件的安装位置后置处理当中要考虑刀具的长度，机床的结构、工装夹具的尺寸关系以及工件的安装位置等等工艺顺序与三轴不同工艺顺序与三轴不同三轴加工三轴加工建模建模生成轨迹生成轨迹生成代码生成代码装夹零件装夹零件找正找正建立工件坐标建立工件坐标系系加工加工五轴加工五轴加工建模建模生成轨迹生成轨迹装夹零件装夹零件找正找正建立工件坐标系建立工件坐标系根据原点坐标生成代码生成代码加工加工多轴加工中多轴加工中工件定位与机床部件的关系工件定位与机床部件的关系1 1、了解机床各部件之间的位置关系、了解机床各部件之间的位置关系2 2、确定工件坐标系原点与旋转轴的位置关系、确定工件坐
7、标系原点与旋转轴的位置关系3 3、了解刀尖点或刀心点与旋转轴的位置关系、了解刀尖点或刀心点与旋转轴的位置关系例如：例如：Mikron WF-74chMikron WF-74ch工作台面距离工作台面距离A A轴线轴线125mm125mm工作台旋转轴线工作台旋转轴线C C轴距离轴距离A A轴线轴线165mm165mm在在UGUG中的第四轴配置就应该这样设置数据中的第四轴配置就应该这样设置数据 Y Y向偏置165165Z Z向偏置-125-125最小角度-20-20 最大角度45 45 最大角度359.999 359.999 最小角度-359.999-359.999 Y Y向偏置-165-165Z
8、Z向偏置125125双摆头的五轴机床：双摆头的五轴机床：刀尖点或者刀心点距离刀尖点或者刀心点距离B B轴的长度。轴的长度。DMGDMG机床：机床：刀尖点或者刀心点的位置刀尖点或者刀心点的位置转台中心的位置转台中心到零件坐标系原点的距离是多少？四、多轴加工所用的设备四、多轴加工所用的设备机床类型：机床类型：1 1、四轴卧式加工中心、四轴卧式加工中心 ：带旋转工作台，：带旋转工作台，B B轴轴2 2、任意五轴联动加工中心：、任意五轴联动加工中心：双摆头、双摆台、一摆头一摆台双摆头、双摆台、一摆头一摆台3 3、车削中心或车铣复合机床：、车削中心或车铣复合机床：车床有车床有C C轴、有轴、有C C轴和
9、轴和Y Y轴、有轴、有C C、Y Y和和B B轴轴五轴带双摆头五轴带双摆台五轴带一摆头、一摆台4 4、立式加工中心、立式加工中心 加单数控转台（加单数控转台（3+13+1形式）形式）5 5、立式加工中心、立式加工中心 加双数控转台（加双数控转台（3+23+2形式）形式）五、多轴的点位加工五、多轴的点位加工镗孔、钻孔、铰孔、调头镗孔镗孔、钻孔、铰孔、调头镗孔钻平行于钻平行于X-YX-Y平面的孔平面的孔需要利用一次三角函数进行计算需要利用一次三角函数进行计算钻空间斜孔需要利用二次或多次三角函数进行计算钻空间斜孔需要利用二次或多次三角函数进行计算对于操作者而言必须熟练掌握的是：对于操作者而言必须熟练
10、掌握的是：1 1）平面三角函数）平面三角函数2 2）平面解析几何）平面解析几何3 3）代数）代数六、多轴的槽类加工六、多轴的槽类加工1 1、柱面槽、柱面槽2 2、柱面凸轮、柱面凸轮 简单的柱面槽和圆柱凸轮槽的加工也可以利用二轴或三轴简单的柱面槽和圆柱凸轮槽的加工也可以利用二轴或三轴编程软件进行编程。编程软件进行编程。步骤如下：步骤如下：1 1、把弧长展开设为、把弧长展开设为X X坐标值坐标值2 2、把导程设为、把导程设为Y Y坐标值坐标值3 3、利用软件对转变后的、利用软件对转变后的X-YX-Y平面曲线进行插值运算，最后生平面曲线进行插值运算，最后生成成X-YX-Y平面内的加工代码平面内的加工
11、代码4 4、把、把X X值（弧长）转换成角度值值（弧长）转换成角度值弧长转换为角度的公式：弧长转换为角度的公式：l-弧长弧长 R-圆柱最大半径圆柱最大半径 如果插值点非常多，则可利用如果插值点非常多，则可利用Excel文件进行处理。文件进行处理。七、多轴的曲面加工七、多轴的曲面加工1 1、曲面类型、曲面类型叶片、叶轮加工、曲面、变斜角直纹面等叶片、叶轮加工、曲面、变斜角直纹面等叶片曲面变斜角直纹面2 2、多轴加工的刀具用法、多轴加工的刀具用法立铣刀端刃加工立铣刀端刃加工 变轴铣变轴铣立铣刀侧刃加工立铣刀侧刃加工 顺序铣顺序铣球刀球刀 避免干涉避免干涉面铣刀端刃加工面铣刀端刃加工 宽行加工宽行加
12、工八、多轴加工的工艺安排八、多轴加工的工艺安排1 1、粗加工的工艺安排原则、粗加工的工艺安排原则（1 1）尽可能地用平面加工或者三轴加工去除大余量）尽可能地用平面加工或者三轴加工去除大余量 切削效率高，可预见结果切削效率高，可预见结果（2 2）分层加工，留够精加工余量）分层加工，留够精加工余量 使加工产生的内应力均衡防止变形过大使加工产生的内应力均衡防止变形过大（3 3）对于难加工材料或者窄缝的去粗可采用插铣）对于难加工材料或者窄缝的去粗可采用插铣2 2、半精加工的工艺安排原则、半精加工的工艺安排原则（1 1）给精加工留下均匀的较小的余量）给精加工留下均匀的较小的余量（2 2）给精加工留有足够
13、的刚性）给精加工留有足够的刚性3 3、精加工的工艺安排原则、精加工的工艺安排原则（1 1）分区域精加工）分区域精加工 从浅到深，从上到下，从叶盆叶背到轮毂，从浅到深，从上到下，从叶盆叶背到轮毂，“水落石出水落石出”（2 2）曲面）曲面清根清根曲面曲面 切忌底面余量过大造成清根时过切切忌底面余量过大造成清根时过切九、典型零件多轴加工九、典型零件多轴加工工艺路线分析工艺路线分析1 1、斜筋结构件的加工、斜筋结构件的加工加工步骤：加工步骤：（1 1）粗加工型腔粗加工型腔 用平面轮廓加工的方法加工型腔用平面轮廓加工的方法加工型腔 UGUG用型腔铣。用型腔铣。CAXACAXA用区域式粗加工用区域式粗加工
14、2 2）半精加工半精加工 用变轴顺序铣分多刀次加工斜筋型腔用变轴顺序铣分多刀次加工斜筋型腔（3 3）精加工精加工 用变轴顺序铣一刀次精加工斜筋型腔用变轴顺序铣一刀次精加工斜筋型腔例题之一：具有拔模斜度的井字凹槽例题之一：具有拔模斜度的井字凹槽CAXA和UG的建模CAXA和UG的加工轨迹Vericut仿真模型例题之二：柱面凸轮凹槽例题之二：柱面凸轮凹槽2 2、普通柱面凸轮的加工、普通柱面凸轮的加工 槽宽槽宽20mm 20mm 槽深槽深20mm20mm加工步骤：加工步骤：（1 1）粗加工柱面槽粗加工柱面槽 用用1818立铣刀分多刀次粗加工柱面槽立铣刀分多刀次粗加工柱面槽（2 2）精加工柱面槽精加
15、工柱面槽 用用2020立铣刀立铣刀一刀次精加工柱面槽一刀次精加工柱面槽（3 3）清根清根 用用1818 T T型清根刀槽底清根型清根刀槽底清根如果槽宽为如果槽宽为45 mm45 mm柱面槽柱面槽加工步骤：加工步骤：（1 1）粗加工柱面槽）粗加工柱面槽 用用2020立铣刀分多刀次上下粗加工柱面槽立铣刀分多刀次上下粗加工柱面槽（2 2）精加工柱面槽）精加工柱面槽 用用4545立铣刀立铣刀一刀次精加工柱面槽一刀次精加工柱面槽注意：编程时要为注意：编程时要为2020立铣刀编立铣刀编出三条粗加工轨迹程序。即：出三条粗加工轨迹程序。即：上、中、下三条线，并在槽边留出上、中、下三条线，并在槽边留出0.5 m
16、m0.5 mm的精加工余量。的精加工余量。加工步骤：加工步骤：（1）粗加工）粗加工 三轴粗加工，并留余量单边三轴粗加工，并留余量单边4mm（2）半精加）半精加 变轴曲面轮廓铣变轴曲面轮廓铣 上上1/3部分余量部分余量0.5mm 中中1/3部分余量部分余量1mm 下下1/3部分余量部分余量2mm 底座底座1mm余量余量例题之三：单叶片的加工例题之三：单叶片的加工（3 3）精加工叶顶部分和上）精加工叶顶部分和上1/31/3部分，余量部分，余量0mm0mm（4 4）半精加工）半精加工 中中1/31/3部分余量部分余量0.5mm0.5mm 下下1/31/3部分余量部分余量1mm1mm 底座底座0.5m
17、m0.5mm（5 5）精加工中）精加工中1/31/3部分，余量部分，余量0mm0mm 精加工底座，余量精加工底座，余量0mm0mm（6 6）半精加工下）半精加工下1/31/3部分，余量部分，余量0.5mm0.5mm（7 7）精加工下）精加工下1/31/3部分部分（8 8）清根）清根例题之四：叶轮的加工例题之四：叶轮的加工工艺步骤：工艺步骤：（1）装夹与定位）装夹与定位（2）开槽和扩槽）开槽和扩槽 3键槽刀、键槽刀、3球刀球刀注意：注意：1）如果叶片之间的流道很窄，材料又不好加工，则可以采用）如果叶片之间的流道很窄，材料又不好加工，则可以采用插铣的方法插铣的方法2）开槽和扩槽未必一次到底。根据情
18、况可以分步骤完成。即）开槽和扩槽未必一次到底。根据情况可以分步骤完成。即开到一定深度先做半精加工，然后再继续开槽开到一定深度先做半精加工，然后再继续开槽基于基于UGUG的开槽方式的开槽方式 刀轴矢量方向刀轴矢量方向 为了使开槽加工时，刀具不会与叶片曲为了使开槽加工时，刀具不会与叶片曲面发生干涉，刀轴矢量应为气流通道两侧面发生干涉，刀轴矢量应为气流通道两侧叶片曲面的矢量和叶片曲面的矢量和。基于的刀轨动态仿真基于的刀轨动态仿真变轴铣方式变轴铣方式扩槽加工扩槽加工UGUG仿真结果仿真结果（3 3）半精加工）半精加工 半精加工有两种走刀路线半精加工有两种走刀路线 。1 1）在两个叶片之中进行区域）在两
19、个叶片之中进行区域式加工式加工 叶片叶片叶片2 2）对一个叶片环绕加工）对一个叶片环绕加工叶片轨迹（3 3）精加工）精加工1 1）精加工叶背）精加工叶背2 2）精加工叶盆）精加工叶盆3 3）精加工轮毂）精加工轮毂注意：对于长叶片而言环绕加工比较合适。主要是控制变形。注意：对于长叶片而言环绕加工比较合适。主要是控制变形。（4 4）清根）清根 清根是叶片、叶轮加工的难点之一。清根是叶片、叶轮加工的难点之一。经常出现的问题是过切和抬刀经常出现的问题是过切和抬刀 解决的方法是：解决的方法是：1 1）光顺根部曲面）光顺根部曲面 2 2）优化程序）优化程序 3 3）合理安排粗精加工工序）合理安排粗精加工工序 4 4）合理选择切削刀具）合理选择切削刀具十、多轴加工时软件的后处理十、多轴加工时软件的后处理后置处理文件名说明单位选择：英寸/毫米机床类型：铣床、车床、线切割铣床种类五轴带双摆头五轴带双摆台五轴带一摆头一摆台控制系统选择系统默认为：FANUC16MUG库中提供的各种控制系统十一、多轴加工仿真技术的优点十一、多轴加工仿真技术的优点1 1、节省时间，提高效率、节省时间，提高效率2 2、判别干涉、欠切、过切、判别干涉、欠切、过切3 3、优化加工程序、优化加工程序
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