姜賢良

摘 要：多面體類零件在汽車、農(nóng)用機(jī)械等設(shè)備中經(jīng)常用到。多面體加工一般是用刨削或銑削的方式，但由于存在分度操作，切削不連續(xù)，所以用這兩種加工方式就有效率低等不足，不適于大批量生產(chǎn)。傳統(tǒng)的車床，由于只有工件作旋轉(zhuǎn)運動，刀具作進(jìn)給運動，其刀刃在工件上的軌跡只能是圓或螺旋線，所以不能用于加工多面體，文中重點就多面體零件五軸定位加工進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：五軸定位;多面體;運動合成

加工多面體零件，常用的方法為銑削和刨削加工，在此類機(jī)床上若采用分度機(jī)構(gòu)進(jìn)行多邊形加工，就涉及到分度精度、間歇傳動、加工效率、分度工裝調(diào)整等具體的因素。本文介紹了一種五軸定位加工原理，并以多面體為例討論了該機(jī)床在車削加工多邊形時誤差產(chǎn)生的機(jī)理，提出了減小加工誤差的方法。本試驗加工設(shè)備為哈斯VF5五軸數(shù)控加工中心，該機(jī)床為雙轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)，X軸行程965mm，Y軸行程660mm，Z軸行程635mm，A軸旋轉(zhuǎn)角度范圍±120°，B軸360°，主軸最高轉(zhuǎn)速8000r/min，可以滿足零件的加工需求。

1.五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床概述

五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床是一種科技含量高、精密度高專門用于加工復(fù)雜曲面的機(jī)床，這種機(jī)床系統(tǒng)對一個國家的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫(yī)療設(shè)備等等行業(yè)有著舉足輕重的影響力。 目前，五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)是解決葉輪、葉片、船用螺旋槳、重型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、大型柴油機(jī)曲軸等等加工的唯一手段。五軸聯(lián)動加工中心有高效率、高精度的特點，工件一次裝夾就可完成五面體的加工。若配以五軸聯(lián)動的高檔數(shù)控系統(tǒng)，還可以對復(fù)雜的空間曲面進(jìn)行高精度加工，更能夠適應(yīng)像汽車零部件、飛機(jī)結(jié)構(gòu)件等現(xiàn)代模具的加工。立式五軸加工中心的回轉(zhuǎn)軸有兩種方式，一種是工作臺回轉(zhuǎn)軸，設(shè)置在床身上的工作臺可以環(huán)繞X軸回轉(zhuǎn)，定義為A軸，A軸一般工作范圍+30度至-120度。

2.加工工藝分析

零件有6個斜面和6個側(cè)面，面上分布有孔、槽等特征，如果在三軸數(shù)控銑床上進(jìn)行加工，需要設(shè)計夾具，并進(jìn)行多次裝夾，而在五軸機(jī)床上，配合A、B軸的旋轉(zhuǎn)，可使刀具主軸始終垂直于被加工平面，一次裝夾就可完成所有待加工面的操作。使用帶有雙轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)的哈斯五軸加工中心加工多面體零件時，實質(zhì)是定位加工，在切削時，旋轉(zhuǎn)軸是鎖住的，在一個面加工完畢后，解鎖旋轉(zhuǎn)軸，然后旋轉(zhuǎn)給定角度，并再次鎖住旋轉(zhuǎn)軸，進(jìn)行下一個平面的加工。五軸機(jī)床是精密設(shè)備，為了提高設(shè)備壽命和保證加工精度，初期粗加工可在普通機(jī)床上進(jìn)行，然后在五軸機(jī)床上進(jìn)行后續(xù)加工。

3.數(shù)控編程設(shè)計

3.1編程坐標(biāo)系確定

在使用五軸機(jī)床加工時，必須考慮零件在機(jī)床上面的裝夾方式，如果裝夾方式發(fā)生改變，必須重新生成加工程序。對于雙轉(zhuǎn)臺五軸數(shù)控加工中心來說，數(shù)控程序的零點應(yīng)與旋轉(zhuǎn)軸交點保持確定關(guān)系，在此例中，兩點是重合的。零件的設(shè)計原點在底面的中心，因此在編程前應(yīng)使用軟件的“平移”命令，使零件和G54原點保持正確的關(guān)系。哈斯VF5機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸交點在B軸轉(zhuǎn)臺上方一固定距離，編程前必須找到該點的精確位置，否則會帶來很大的加工誤差。加工試驗中，按圖1所示方式裝夾零件所用毛坯，圖中也指明了編程原點（G54）的位置。

3.2構(gòu)造加工輔助幾何元素

在實際加工前，利用Vericut軟件進(jìn)行模擬加工。該軟件能實現(xiàn)真正的G代碼仿真，可以進(jìn)行碰撞、過切檢查。Vericut利用數(shù)學(xué)方法從模型上減去切除材料，所以軟件始終對切深、切寬以及材料的切除量進(jìn)行精確控制，所以它不但可以檢查程序錯誤，還能優(yōu)化切削參數(shù)。程序經(jīng)過仿真驗證，就可以在哈斯機(jī)床上進(jìn)行切削。為了在生成刀具路徑時方便選擇線鏈和面，需提前構(gòu)造輔助幾何元素。使用“Create-Surface-From Solid”命令，并選擇零件的傾斜面，創(chuàng)建曲面;接著使用“Create-Surface-Fill Hole”填充面上的孔，作為粗加工時選擇的曲面;接著在相應(yīng)的構(gòu)建平面（CPlane）上，創(chuàng)建輔助圓弧和直線。這些圓和直線用作粗精加工斜面、斜孔需要選擇的線鏈。

3.3五軸定位加工刀具路徑的生成

因為零件上的特征是沿圓周均勻分布的，因此可首先完成其中一個平面的粗精加工刀路，然后通過旋轉(zhuǎn)刀具路徑的方法，得到其余平面的刀具路徑。啟動“視圖管理器（View Manager”，創(chuàng)建其中一個傾斜平面的局部坐標(biāo)系，該坐標(biāo)系最好創(chuàng)建在零件表面，并設(shè)置平面的外法線方向為Z軸的正方向。首先點擊“Geometry”命令按鈕，接著選擇傾斜面上兩條直線，，這樣就可創(chuàng)建一個視圖，將該視圖命名為“30Degeeview”，并將刀具平面和原點以及當(dāng)前構(gòu)建平面和原點均設(shè)定在“30Degreeview”，在“視圖管理器”對話框中將“Work offset#”設(shè)置為“0”，代表G54，在“Origin”設(shè)置區(qū)域，不要選擇“Enable original”，同時將原點設(shè)置為（0，0，0），這樣就可以在局部坐標(biāo)系中按照三軸加工的方法生成加工刀具路徑，同時保證后處理輸出的加工代碼是在G54下面的，為按此方法生成的斜面和斜孔的精加工刀路。

4.結(jié)束語

本文提出五軸定位加工多面體的方法，具有廣泛的實用性，它不僅可以用來車削偶數(shù)面的多面體，還可以用來車削奇數(shù)面的多面體。通過對多面體數(shù)控編程進(jìn)行了詳細(xì)的分析，在加工正多面體零件時，只需一次裝夾即可完成其所有側(cè)面的車削加工。由于傳動比是可控的，故只要改變傳動比和初位角，就可以加工多個平面，有利于加工的復(fù)合化，使得加工效率有了顯著提高。拓展了車削的范圍。傳統(tǒng)的車削機(jī)床只能加工回轉(zhuǎn)面，而本文采用的五軸定位加工方法可以用來車削加工平面甚至更復(fù)雜的型面。

參考文獻(xiàn)：

[1]項占琴，正多棱柱體的近似車削加工[J]，機(jī)械加工，2014

[2]鄔義杰，多面軸的幾何設(shè)計和數(shù)控加工[J]，中國機(jī)械工程，2013endprint

摘 要：多面體類零件在汽車、農(nóng)用機(jī)械等設(shè)備中經(jīng)常用到。多面體加工一般是用刨削或銑削的方式，但由于存在分度操作，切削不連續(xù)，所以用這兩種加工方式就有效率低等不足，不適于大批量生產(chǎn)。傳統(tǒng)的車床，由于只有工件作旋轉(zhuǎn)運動，刀具作進(jìn)給運動，其刀刃在工件上的軌跡只能是圓或螺旋線，所以不能用于加工多面體，文中重點就多面體零件五軸定位加工進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：五軸定位;多面體;運動合成

加工多面體零件，常用的方法為銑削和刨削加工，在此類機(jī)床上若采用分度機(jī)構(gòu)進(jìn)行多邊形加工，就涉及到分度精度、間歇傳動、加工效率、分度工裝調(diào)整等具體的因素。本文介紹了一種五軸定位加工原理，并以多面體為例討論了該機(jī)床在車削加工多邊形時誤差產(chǎn)生的機(jī)理，提出了減小加工誤差的方法。本試驗加工設(shè)備為哈斯VF5五軸數(shù)控加工中心，該機(jī)床為雙轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)，X軸行程965mm，Y軸行程660mm，Z軸行程635mm，A軸旋轉(zhuǎn)角度范圍±120°，B軸360°，主軸最高轉(zhuǎn)速8000r/min，可以滿足零件的加工需求。

1.五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床概述

五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床是一種科技含量高、精密度高專門用于加工復(fù)雜曲面的機(jī)床，這種機(jī)床系統(tǒng)對一個國家的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫(yī)療設(shè)備等等行業(yè)有著舉足輕重的影響力。 目前，五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)是解決葉輪、葉片、船用螺旋槳、重型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、大型柴油機(jī)曲軸等等加工的唯一手段。五軸聯(lián)動加工中心有高效率、高精度的特點，工件一次裝夾就可完成五面體的加工。若配以五軸聯(lián)動的高檔數(shù)控系統(tǒng)，還可以對復(fù)雜的空間曲面進(jìn)行高精度加工，更能夠適應(yīng)像汽車零部件、飛機(jī)結(jié)構(gòu)件等現(xiàn)代模具的加工。立式五軸加工中心的回轉(zhuǎn)軸有兩種方式，一種是工作臺回轉(zhuǎn)軸，設(shè)置在床身上的工作臺可以環(huán)繞X軸回轉(zhuǎn)，定義為A軸，A軸一般工作范圍+30度至-120度。

2.加工工藝分析

零件有6個斜面和6個側(cè)面，面上分布有孔、槽等特征，如果在三軸數(shù)控銑床上進(jìn)行加工，需要設(shè)計夾具，并進(jìn)行多次裝夾，而在五軸機(jī)床上，配合A、B軸的旋轉(zhuǎn)，可使刀具主軸始終垂直于被加工平面，一次裝夾就可完成所有待加工面的操作。使用帶有雙轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)的哈斯五軸加工中心加工多面體零件時，實質(zhì)是定位加工，在切削時，旋轉(zhuǎn)軸是鎖住的，在一個面加工完畢后，解鎖旋轉(zhuǎn)軸，然后旋轉(zhuǎn)給定角度，并再次鎖住旋轉(zhuǎn)軸，進(jìn)行下一個平面的加工。五軸機(jī)床是精密設(shè)備，為了提高設(shè)備壽命和保證加工精度，初期粗加工可在普通機(jī)床上進(jìn)行，然后在五軸機(jī)床上進(jìn)行后續(xù)加工。

3.數(shù)控編程設(shè)計

3.1編程坐標(biāo)系確定

在使用五軸機(jī)床加工時，必須考慮零件在機(jī)床上面的裝夾方式，如果裝夾方式發(fā)生改變，必須重新生成加工程序。對于雙轉(zhuǎn)臺五軸數(shù)控加工中心來說，數(shù)控程序的零點應(yīng)與旋轉(zhuǎn)軸交點保持確定關(guān)系，在此例中，兩點是重合的。零件的設(shè)計原點在底面的中心，因此在編程前應(yīng)使用軟件的“平移”命令，使零件和G54原點保持正確的關(guān)系。哈斯VF5機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸交點在B軸轉(zhuǎn)臺上方一固定距離，編程前必須找到該點的精確位置，否則會帶來很大的加工誤差。加工試驗中，按圖1所示方式裝夾零件所用毛坯，圖中也指明了編程原點（G54）的位置。

3.2構(gòu)造加工輔助幾何元素

在實際加工前，利用Vericut軟件進(jìn)行模擬加工。該軟件能實現(xiàn)真正的G代碼仿真，可以進(jìn)行碰撞、過切檢查。Vericut利用數(shù)學(xué)方法從模型上減去切除材料，所以軟件始終對切深、切寬以及材料的切除量進(jìn)行精確控制，所以它不但可以檢查程序錯誤，還能優(yōu)化切削參數(shù)。程序經(jīng)過仿真驗證，就可以在哈斯機(jī)床上進(jìn)行切削。為了在生成刀具路徑時方便選擇線鏈和面，需提前構(gòu)造輔助幾何元素。使用“Create-Surface-From Solid”命令，并選擇零件的傾斜面，創(chuàng)建曲面;接著使用“Create-Surface-Fill Hole”填充面上的孔，作為粗加工時選擇的曲面;接著在相應(yīng)的構(gòu)建平面（CPlane）上，創(chuàng)建輔助圓弧和直線。這些圓和直線用作粗精加工斜面、斜孔需要選擇的線鏈。

3.3五軸定位加工刀具路徑的生成

因為零件上的特征是沿圓周均勻分布的，因此可首先完成其中一個平面的粗精加工刀路，然后通過旋轉(zhuǎn)刀具路徑的方法，得到其余平面的刀具路徑。啟動“視圖管理器（View Manager”，創(chuàng)建其中一個傾斜平面的局部坐標(biāo)系，該坐標(biāo)系最好創(chuàng)建在零件表面，并設(shè)置平面的外法線方向為Z軸的正方向。首先點擊“Geometry”命令按鈕，接著選擇傾斜面上兩條直線，，這樣就可創(chuàng)建一個視圖，將該視圖命名為“30Degeeview”，并將刀具平面和原點以及當(dāng)前構(gòu)建平面和原點均設(shè)定在“30Degreeview”，在“視圖管理器”對話框中將“Work offset#”設(shè)置為“0”，代表G54，在“Origin”設(shè)置區(qū)域，不要選擇“Enable original”，同時將原點設(shè)置為（0，0，0），這樣就可以在局部坐標(biāo)系中按照三軸加工的方法生成加工刀具路徑，同時保證后處理輸出的加工代碼是在G54下面的，為按此方法生成的斜面和斜孔的精加工刀路。

4.結(jié)束語

本文提出五軸定位加工多面體的方法，具有廣泛的實用性，它不僅可以用來車削偶數(shù)面的多面體，還可以用來車削奇數(shù)面的多面體。通過對多面體數(shù)控編程進(jìn)行了詳細(xì)的分析，在加工正多面體零件時，只需一次裝夾即可完成其所有側(cè)面的車削加工。由于傳動比是可控的，故只要改變傳動比和初位角，就可以加工多個平面，有利于加工的復(fù)合化，使得加工效率有了顯著提高。拓展了車削的范圍。傳統(tǒng)的車削機(jī)床只能加工回轉(zhuǎn)面，而本文采用的五軸定位加工方法可以用來車削加工平面甚至更復(fù)雜的型面。

參考文獻(xiàn)：

[1]項占琴，正多棱柱體的近似車削加工[J]，機(jī)械加工，2014

[2]鄔義杰，多面軸的幾何設(shè)計和數(shù)控加工[J]，中國機(jī)械工程，2013endprint

摘 要：多面體類零件在汽車、農(nóng)用機(jī)械等設(shè)備中經(jīng)常用到。多面體加工一般是用刨削或銑削的方式，但由于存在分度操作，切削不連續(xù)，所以用這兩種加工方式就有效率低等不足，不適于大批量生產(chǎn)。傳統(tǒng)的車床，由于只有工件作旋轉(zhuǎn)運動，刀具作進(jìn)給運動，其刀刃在工件上的軌跡只能是圓或螺旋線，所以不能用于加工多面體，文中重點就多面體零件五軸定位加工進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：五軸定位;多面體;運動合成

加工多面體零件，常用的方法為銑削和刨削加工，在此類機(jī)床上若采用分度機(jī)構(gòu)進(jìn)行多邊形加工，就涉及到分度精度、間歇傳動、加工效率、分度工裝調(diào)整等具體的因素。本文介紹了一種五軸定位加工原理，并以多面體為例討論了該機(jī)床在車削加工多邊形時誤差產(chǎn)生的機(jī)理，提出了減小加工誤差的方法。本試驗加工設(shè)備為哈斯VF5五軸數(shù)控加工中心，該機(jī)床為雙轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)，X軸行程965mm，Y軸行程660mm，Z軸行程635mm，A軸旋轉(zhuǎn)角度范圍±120°，B軸360°，主軸最高轉(zhuǎn)速8000r/min，可以滿足零件的加工需求。

1.五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床概述

五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床是一種科技含量高、精密度高專門用于加工復(fù)雜曲面的機(jī)床，這種機(jī)床系統(tǒng)對一個國家的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫(yī)療設(shè)備等等行業(yè)有著舉足輕重的影響力。 目前，五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)是解決葉輪、葉片、船用螺旋槳、重型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、大型柴油機(jī)曲軸等等加工的唯一手段。五軸聯(lián)動加工中心有高效率、高精度的特點，工件一次裝夾就可完成五面體的加工。若配以五軸聯(lián)動的高檔數(shù)控系統(tǒng)，還可以對復(fù)雜的空間曲面進(jìn)行高精度加工，更能夠適應(yīng)像汽車零部件、飛機(jī)結(jié)構(gòu)件等現(xiàn)代模具的加工。立式五軸加工中心的回轉(zhuǎn)軸有兩種方式，一種是工作臺回轉(zhuǎn)軸，設(shè)置在床身上的工作臺可以環(huán)繞X軸回轉(zhuǎn)，定義為A軸，A軸一般工作范圍+30度至-120度。

2.加工工藝分析

零件有6個斜面和6個側(cè)面，面上分布有孔、槽等特征，如果在三軸數(shù)控銑床上進(jìn)行加工，需要設(shè)計夾具，并進(jìn)行多次裝夾，而在五軸機(jī)床上，配合A、B軸的旋轉(zhuǎn)，可使刀具主軸始終垂直于被加工平面，一次裝夾就可完成所有待加工面的操作。使用帶有雙轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)的哈斯五軸加工中心加工多面體零件時，實質(zhì)是定位加工，在切削時，旋轉(zhuǎn)軸是鎖住的，在一個面加工完畢后，解鎖旋轉(zhuǎn)軸，然后旋轉(zhuǎn)給定角度，并再次鎖住旋轉(zhuǎn)軸，進(jìn)行下一個平面的加工。五軸機(jī)床是精密設(shè)備，為了提高設(shè)備壽命和保證加工精度，初期粗加工可在普通機(jī)床上進(jìn)行，然后在五軸機(jī)床上進(jìn)行后續(xù)加工。

3.數(shù)控編程設(shè)計

3.1編程坐標(biāo)系確定

在使用五軸機(jī)床加工時，必須考慮零件在機(jī)床上面的裝夾方式，如果裝夾方式發(fā)生改變，必須重新生成加工程序。對于雙轉(zhuǎn)臺五軸數(shù)控加工中心來說，數(shù)控程序的零點應(yīng)與旋轉(zhuǎn)軸交點保持確定關(guān)系，在此例中，兩點是重合的。零件的設(shè)計原點在底面的中心，因此在編程前應(yīng)使用軟件的“平移”命令，使零件和G54原點保持正確的關(guān)系。哈斯VF5機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸交點在B軸轉(zhuǎn)臺上方一固定距離，編程前必須找到該點的精確位置，否則會帶來很大的加工誤差。加工試驗中，按圖1所示方式裝夾零件所用毛坯，圖中也指明了編程原點（G54）的位置。

3.2構(gòu)造加工輔助幾何元素

在實際加工前，利用Vericut軟件進(jìn)行模擬加工。該軟件能實現(xiàn)真正的G代碼仿真，可以進(jìn)行碰撞、過切檢查。Vericut利用數(shù)學(xué)方法從模型上減去切除材料，所以軟件始終對切深、切寬以及材料的切除量進(jìn)行精確控制，所以它不但可以檢查程序錯誤，還能優(yōu)化切削參數(shù)。程序經(jīng)過仿真驗證，就可以在哈斯機(jī)床上進(jìn)行切削。為了在生成刀具路徑時方便選擇線鏈和面，需提前構(gòu)造輔助幾何元素。使用“Create-Surface-From Solid”命令，并選擇零件的傾斜面，創(chuàng)建曲面;接著使用“Create-Surface-Fill Hole”填充面上的孔，作為粗加工時選擇的曲面;接著在相應(yīng)的構(gòu)建平面（CPlane）上，創(chuàng)建輔助圓弧和直線。這些圓和直線用作粗精加工斜面、斜孔需要選擇的線鏈。

3.3五軸定位加工刀具路徑的生成

因為零件上的特征是沿圓周均勻分布的，因此可首先完成其中一個平面的粗精加工刀路，然后通過旋轉(zhuǎn)刀具路徑的方法，得到其余平面的刀具路徑。啟動“視圖管理器（View Manager”，創(chuàng)建其中一個傾斜平面的局部坐標(biāo)系，該坐標(biāo)系最好創(chuàng)建在零件表面，并設(shè)置平面的外法線方向為Z軸的正方向。首先點擊“Geometry”命令按鈕，接著選擇傾斜面上兩條直線，，這樣就可創(chuàng)建一個視圖，將該視圖命名為“30Degeeview”，并將刀具平面和原點以及當(dāng)前構(gòu)建平面和原點均設(shè)定在“30Degreeview”，在“視圖管理器”對話框中將“Work offset#”設(shè)置為“0”，代表G54，在“Origin”設(shè)置區(qū)域，不要選擇“Enable original”，同時將原點設(shè)置為（0，0，0），這樣就可以在局部坐標(biāo)系中按照三軸加工的方法生成加工刀具路徑，同時保證后處理輸出的加工代碼是在G54下面的，為按此方法生成的斜面和斜孔的精加工刀路。

4.結(jié)束語

本文提出五軸定位加工多面體的方法，具有廣泛的實用性，它不僅可以用來車削偶數(shù)面的多面體，還可以用來車削奇數(shù)面的多面體。通過對多面體數(shù)控編程進(jìn)行了詳細(xì)的分析，在加工正多面體零件時，只需一次裝夾即可完成其所有側(cè)面的車削加工。由于傳動比是可控的，故只要改變傳動比和初位角，就可以加工多個平面，有利于加工的復(fù)合化，使得加工效率有了顯著提高。拓展了車削的范圍。傳統(tǒng)的車削機(jī)床只能加工回轉(zhuǎn)面，而本文采用的五軸定位加工方法可以用來車削加工平面甚至更復(fù)雜的型面。

參考文獻(xiàn)：

[1]項占琴，正多棱柱體的近似車削加工[J]，機(jī)械加工，2014

[2]鄔義杰，多面軸的幾何設(shè)計和數(shù)控加工[J]，中國機(jī)械工程，2013endprint