蘇玉權(quán)

（廣東省湛江市技師學(xué)院，廣東 湛江 524037）

零件加工在工業(yè)生產(chǎn)中有著悠久的歷史。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，零件的加工精度要求越來越高，生產(chǎn)周期越來越短。從最早期的手動銑床的加工發(fā)展到數(shù)控銑床的加工；到加工中心的出現(xiàn)；然后到五軸加工中心的推出，讓我們的加工手段越來越豐富。

但是目前國內(nèi)還有很多的加工企業(yè)在進(jìn)行多面體零件加工時(shí)仍然用傳統(tǒng)的多次裝夾來完成加工，這樣的加工方式使零件的生產(chǎn)周期過長，對某些部位的加工精度無法控制，所以國內(nèi)的生產(chǎn)企業(yè)如果不能突破此瓶頸，那么就很難適應(yīng)國際市場的需要，最終會被市場淘汰。而為了滿足國內(nèi)加工行業(yè)的發(fā)展和變化，機(jī)床制造商有針對性的推出了多種五軸機(jī)床。

1 多軸機(jī)床結(jié)構(gòu)與應(yīng)用特點(diǎn)

1.1 五軸機(jī)床結(jié)構(gòu)

五軸機(jī)床由X、Y、Z三個(gè)直線軸以及圍繞各自回轉(zhuǎn)的軸（A、B、C）組合而成。五軸加工按坐標(biāo)運(yùn)動的關(guān)系分為五面加工、五軸定位加工和五軸同步輪廓加工。

（1）五面加工。依照立方體法則，工件加工位置處于各基準(zhǔn)面上，使它在一個(gè)工序里完成其五面的加工，主要用于箱體的加工。

（2）五軸定位加工（3+2軸定位加工）。這是運(yùn)用五面加工、多角度特點(diǎn)和工作部件平面的組合。兩組平臺旋轉(zhuǎn)，軸只利用于定位工件的位置。主軸是永遠(yuǎn)是垂直方向，主要用于零件的鉆、攻、鏜、銑。

（3）五軸同步輪廓加工。機(jī)床可以完成五方位的定位外，還可以實(shí)現(xiàn)五坐標(biāo)聯(lián)動輸出。目前，主要用來加工葉輪、渦輪、蝸桿、螺旋槳等異形零件。

1.2 五軸機(jī)床加工特點(diǎn)

現(xiàn)階段，無論是五軸聯(lián)動機(jī)床還是五面體加工機(jī)床（俗稱3+2軸機(jī)床），都可以通過A、B、C三個(gè)附件軸中的兩個(gè)軸互相協(xié)作從而進(jìn)行除了裝夾面以外的五個(gè)基礎(chǔ)面進(jìn)行加工。五軸機(jī)床的產(chǎn)生，使對專用夾具的需求程度大大降低，對成型工具的依賴性也直線下降。導(dǎo)致產(chǎn)品的生產(chǎn)速度大大提高，從而降低成本，對企業(yè)產(chǎn)生較大的競爭力。五軸機(jī)床加工與三軸機(jī)床加工的優(yōu)越性對比如下。

（1）在銑削加工時(shí)，傳統(tǒng)的三軸機(jī)床加工當(dāng)遇到倒扣面時(shí)運(yùn)用傳統(tǒng)的裝夾方式是：使用專用夾具裝夾，這樣的加工方式會由于多次裝夾而引起誤差的累積。而使用五軸機(jī)床，可以通過機(jī)床的主軸頭擺動或者工作臺的擺動而達(dá)到最好的加工效果。這樣，使用最簡單的裝夾就能加工出復(fù)雜的零件。并且，加工效率有大幅度的提高，如圖1所示。

圖1 銑削加工

（2）在進(jìn)行傾斜面加工時(shí)，三軸機(jī)床的常規(guī)做法是：采用層切的方式，使用這樣的加工方式，加工效率非常低。當(dāng)產(chǎn)品的批量較大時(shí)，很多的企業(yè)都會采用成型刀具。這樣生產(chǎn)效率會有很大的提高，然而，刀具的成本也會大幅度地升高，生產(chǎn)成本也隨之提高了。但是，運(yùn)用五軸機(jī)床加工，可以使用普通的刀具進(jìn)行任何形狀的加工，既能降低刀具的成本，提高生產(chǎn)效率，還能提高產(chǎn)品的利潤，如圖2所示。

圖2 斜面加工

2 UG多軸加工編程軟件

五軸機(jī)床要充分發(fā)揮其性能，還需要一個(gè)優(yōu)秀的CAD/CAM軟件控制。UG軟件起源于美國麥道飛機(jī)公司，它是從二維繪圖、數(shù)控加工編程、曲面造型等功能發(fā)展起來的軟件。20世紀(jì)90年代初，美國通用汽車公司選中UG作為全公司的CAD/CAM/CIM主導(dǎo)系統(tǒng)，這進(jìn)一步推動了UG的發(fā)展。UG現(xiàn)由德國Siemens公司收購，最新版本是Siemens NX12.0。該軟件不但在CAD/CAE占有半壁江山，在CAM方面更是行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)地位。特別在多軸加工方面有豐富、靈活的加工策略與刀軸控制。下面簡單介紹一下我院使用Siemens NX12（CAD/CAM）軟件配合吉特邁公司的五軸機(jī)床DMU60 MONOBLOCK進(jìn)行加工。下面以銑刀盤加工作為例子，如圖3所示。

圖3 銑刀盤產(chǎn)品圖

（1）分析的零件結(jié)構(gòu)與技術(shù)要求。①用途：主要用于銑削較大面積的平面以及粗、精銑各種平面，剛性好，能同時(shí)多刀齒切削，工作平穩(wěn)。②結(jié)構(gòu)：中間帶孔的可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片端銑刀，其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，整體外形呈圓柱形，前端面呈下凹的圓錐面，最大直徑為117mm，最小直徑為32mm,零件總高度為50mm,前部均勻分布厚度為52mm的6個(gè)鑲刀位，用于安裝刀粒。③技術(shù)要求：根據(jù)盤銑刀的用途與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析，該零件的關(guān)鍵精度在于6個(gè)鑲刀位置。為了保證該其精度要求，選用五軸加工中心一次成型。

（2）加工工藝規(guī)劃：下料、車削、銑削（五軸加工中心）

（3）五軸機(jī)床上工件裝夾：將三爪卡盤用壓板壓緊在五軸加工中心工作臺上，將已車削部分夾緊，如圖4所示。

圖4 工件安裝

3 編寫數(shù)控加工程序

3.1 端銑刀尾部的粗加工編程

創(chuàng)建加工工序，單擊“創(chuàng)建工序”進(jìn)入創(chuàng)建工序環(huán)境，在“類型”下拉對話框中選擇“mill-contou”，然后確定進(jìn)入編寫【型腔銑】環(huán)境進(jìn)行參數(shù)設(shè)置（包括加工對象、刀具、余量、進(jìn)給等參數(shù)），設(shè)置完后生成粗加工刀路，如圖5所示。

圖5 生成刀路

3.2 精加工鑲刀位

在建模模式下進(jìn)入草圖，在刀盤鑲刀位置創(chuàng)建一個(gè)矩形限制加工范圍，創(chuàng)建加工工序，進(jìn)入創(chuàng)建工序環(huán)境“類型”中選擇“mill-planar”，然后進(jìn)入【平面輪廓銑】，進(jìn)行參數(shù)（曲線邊界、指定底面、刀軸、刀具、余量）等參數(shù)，生成刀軌如圖6所示。

圖6 定位刀軌

3.3 精加工避空位

利用“注塑模工具”中的“擴(kuò)大曲面”命令，將避空位曲面放大，創(chuàng)建加工工序，進(jìn)入創(chuàng)建工序環(huán)境“類型”中選擇“mill-multi-axis”，進(jìn)入【可變輪廓銑】環(huán)境，設(shè)置（驅(qū)動方法、驅(qū)動幾何體、投影矢量）等參數(shù)，生成加工刀路。然后把刀路進(jìn)行陣列，如圖7所示。

圖7 避空位刀軌

3.4 使用VERICUT仿真軟件中驗(yàn)證程序

將已編寫的加工程序進(jìn)行優(yōu)化，然后通過后處理器生成NC代碼，在多軸設(shè)備進(jìn)行實(shí)際加工前必須使用VERICUT軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證，確定程序無碰撞等問題后方可進(jìn)行刀盤的實(shí)際切削加工，實(shí)際加工結(jié)果如圖8所示。

圖8 加工零件完成圖

4 結(jié)語

為了減少包括空轉(zhuǎn)測試零件加工程序或首件加工調(diào)試的調(diào)整時(shí)間，CAD/CAM軟件模擬不失為一種有效工具。很多模擬軟件具有檢測編程錯(cuò)誤，機(jī)床、刀具、夾具和零件之間的沖突，優(yōu)化刀具長度與行程等功能。因此，五鈾加工得到了廣泛應(yīng)用。