五轴加工中心培训

五轴加工中心培训（精选8篇）

五轴加工中心培训 篇1

实验五轴加工中心

实验五轴加工中心顾名思义就是用于实验用的一种五轴加工中心也叫数控机床，可以是教学实验室，可以是企业开发新产品中心等。

现在在高校实训室慢慢被接受的一种实验设备---数控机床，特别是五轴机床，可以异性加工。

随着工业技术更新速度的加快，数控技术在现代工业中的应用越来越广泛，对数控技术应用型人才的需求不断增加。特别是能完成五轴加工等一些数控专业应用人才的需求十分紧迫。星辉数控设计研发和制造的E8 小型龙门五轴加工中心，占地面积小，系统易操作，非常灵活，设备可以五轴联动，针对三维加工及研究很有帮助，提供给广大大专院校、职业学校、创客和DIY爱好者实验使用。

在职业技术院校中，基于教学型五轴联动机床的教学模式，学习者不仅能够建设性地投入到课程中，而且有助于将知识转换为实践，进而不断提高实践能力。通过在教学中的实践，收到很好的效果。

为什么要使用五轴联动机床来加工呢？因为零件的形状很不规则需要从多方位去计算其运行坐标轨迹，所以通常用人工编程方式就完成不了程序的编制工作，这个时候就要借助于计算机软件编程了，也就是通过软件来人工绘制加工零件图形，然后让软件自动生成加工程序再输入进控制系统进行加工的，这是五轴数控机床的优势，也是发展的需要。

五轴加工中心培训 篇2

随着机械制造业的发展及自动化程度的提高, 弧面凸轮分度机构作为自动机械中实现高速、高精度间歇分度运动的新型传动装置, 需求量日益增大。弧面凸轮作为这种分度机构的核心零件, 由于其工作廓面具有空间不可展性, 且形状复杂, 使得设计与加工制造相对比较困难, 在一定程度上限制了它的发展。所以, 提高弧面凸轮的设计水平与加工品质是十分重要的, 而计算机技术的应用以及先进加工方法的出现为开展这项研究提供了条件。

目前弧面凸轮的加工多采用等价加工的方法, 等价加工理论上可以准确加工出弧面凸轮的复杂廓面, 但因不可避免的刀具磨损而出现误差, 只能进入修形、研磨工序, 凸轮廓面的不可展性给修形造成了极大的难度, 并造成了凸轮的不可互换性。圆柱滚子从动件对误差十分敏感, 误差使机构的啮合在边缘接触、点接触与线接触之间交替进行, 机构的动态性能很差, 寿命难以保证, 同时也满足不了机构高速、高精度的要求。在实际加工中经常遇到等价加工无法解决的情况:1) 刀库中刀具有限, 不一定有等价刀具可选;2) 加工时不可避免的磨损, 造成刀具半径发生变化;3) 对于从动件滚子半径较大的空间凸轮, 制造等价刀具不现实。由于弧面凸轮分度机构属于非标准机械产品, 一般是单件小批量生产, 制造等价刀具就意味着延长生产周期, 提高生产成本。这与现代制造快速响应市场需要、低成本制造的特点是不相适应的。

基于以上对弧面凸轮国内外研究现状的分析, 以弧面凸轮为对象, 对弧面凸轮分度机构的几何结构设计和动力学进行了研究, 根据空间啮合理论, 建立了弧面凸轮的廓面模型。以Unigraphics NX 4.0为平台, 建立了弧面凸轮啮合单体的三维CAD模型, 同时进行了装配和运动仿真, 提出了一种利用五轴联动加工中心加工弧面凸轮的方法, 并进行了凸轮的加工试验。

1 弧面凸轮CAD模型的建立

1.1 基本设计参数

文中作为实例所用的弧面凸轮根据企业的要求进行设计, 其主要运动参数如表1所示:

弧面凸轮的曲线型式为A型, 滚子直径为14mm, 中心距C=80mm, 凸轮分度圆半径为40mm, 分度盘分度圆半径为40mm, 滚子宽度b=13.7mm, 滚子与凸轮根部间隙e=6mm , 凸轮弧顶圆半径为40mm, 许用压力角[α]=50°, 分度机构具体几何尺寸如图1所示。

凸轮压力角的验算:

根据公式undefined可得:

undefined

凸轮的压力角小于许用压力角, 所以凸轮结构尺寸符合条件。

1.2 理论廓面的建模

自由曲面造型是现代产品设计的重要实现手段, 同时, 曲面造型也是三维造型中的难点。UG NX4.0软件提供了十分强大的曲面造型功能, 常用的曲面命令主要有直纹、通过曲线组、通过曲线网格以及扫略。

由于理论廓面属于直纹面, 将直纹面参数化, 可以较为方便和深入地讨论其几何属性由直线运动所产生的曲面。并且在数控加工中, 直纹面可用于控制加工刀具轴的方向, 在误差允许的范围内, 侧铣可以大大提高加工效率。所以在本文中采用直纹方式建立弧面凸轮的理论廓面模型。

表达式是一个功能强大的工具, 可以使UG实现参数化设计。运用表达式, 可十分简便地对模型进行编辑;同时, 通过更改控制某一特定参数的表达式, 可以改变一实体模型的特征尺寸或对其重新定位。表达式可分为3种类型:数学表达式、条件表达式、几何表达式。

在创建表达式时必须注意以下几点:

1) 表达式左侧必须是一个简单变量, 等式右侧是一个数学语句或一条件语句。

2) 所有表达式均有一个值 (实数或整数) , 该值被赋给表达式的左侧变量。

3) 表达式等式的右侧可认是含有变量、数字、运算符和符号的组合或常数。

4) 用于表达式等式右侧中的每一个变量, 必须作为一个表达式名字出现在某处。

根据滚子基准曲面的解析表达式, 设定表达式的变量, 并进行边界约束, 其分度段的约束表达式如下:

Pi=pi ()

t=1

x4t=38* (cos (-15+30/7.14159265359* (3.14159265359*0.125*t-0.25* (sin (0.5*180*t) ) ) ) ) * (cos (9*t) ) -80* (cos (9*t) )

x5t=38* (cos (-15+30/7.14159265359* (2+3.14159265359* (6*t+1) *0.125-2.25* (sin (180* (1+2*t) /2) ) ) ) ) * (cos (54*t+9) ) -80* (cos (54*t+9) )

x6t=38* (cos (-15+30/7.14159265359* (4+3.14159265359*0.125* (t+7) -0.25* (sin (180* (7+t) /2) ) ) ) ) * (cos (9*t+63) ) -80* (cos (9*t+63) )

x44t=60* (cos (-15+30/7.14159265359* (3.14159265359*0.125*t-0.25* (sin (0.5*180*t) ) ) ) ) * (cos (9*t) ) -80* (cos (9*t) )

x55t=60* (cos (-15+30/7.14159265359* (2+3.14159265359* (6*t+1) *0.125-2.25* (sin (180* (1+2*t) /2) ) ) ) ) * (cos (54*t+9) ) -80* (cos (54*t+9) )

x66t=60* (cos (-15+30/7.14159265359* (4+3.14159265359*0.125* (t+7) -0.25* (sin (180* (7+t) /2) ) ) ) ) * (cos (9*t+63) ) -80* (cos (9*t+63) )

y4t=-38* (cos (-15+30/7.14159265359* (3.14159265359*0.125*t-0.25* (sin (0.5*180*t) ) ) ) ) * (sin (9*t) ) +80* (sin (9*t) )

y5t=-38* (cos (-15+30/7.14159265359* (2+3.14159265359* (6*t+1) *0.125-2.25* (sin (180* (1+2*t) /2) ) ) ) ) * (sin (54*t+9) ) +80* (sin (54*t+9) )

y6t=-38* (cos (-15+30/7.14159265359* (4+3.14159265359*0.125* (t+7) -0.25* (sin (180* (7+t) /2) ) ) ) ) * (sin (9*t+63) ) +80* (sin (9*t+63) )

y44t=-60* (cos (-15+30/7.14159265359* (3.14159265359*0.125*t-0.25* (sin (0.5*180*t) ) ) ) ) * (sin (9*t) ) +80* (sin (9*t) )

y55t=-60* (cos (-15+30/7.14159265359* (2+3.14159265359* (6*t+1) *0.125-2.25* (sin (180* (1+2*t) /2) ) ) ) ) * (sin (54*t+9) ) +80* (sin (54*t+9) )

y66t=-60* (cos (-15+30/7.14159265359* (4+3.14159265359*0.125* (t+7) -0.25* (sin (180* (7+t) /2) ) ) ) ) * (sin (9*t+63) ) +80* (sin (9*t+63) )

z4t=-38* (sin (-15+30/7.14159265359* (3.14159265359*0.125*t-0.25* (sin (0.5*180*t) ) ) ) )

z5t=-38* (sin (-15+30/7.14159265359* (2+3.14159265359* (6*t+1) *0.125-2.25* (sin (180* (1+2*t) /2) ) ) ) )

z6t=-38* (sin (-15+30/7.14159265359* (4+3.14159265359*0.125* (t+7) -0.25* (sin (180* (7+t) /2) ) ) ) )

z44t=-60* (sin (-15+30/7.14159265359* (3.14159265359*0.125*t-0.25* (sin (0.5*180*t) ) ) ) )

z55t=-60* (sin (-15+30/7.14159265359* (2+3.14159265359* (6*t+1) *0.125-2.25* (sin (180* (1+2*t) /2) ) ) ) )

z66t=-60* (sin (-15+30/7.14159265359* (4+3.14159265359*0.125* (t+7) -0.25* (sin (180* t) /2) ) ) ) )

同理可得理论廓面各段的约束表达式, 利用UG NX的规律曲线命令绘制滚子两端点在空间的运动轨迹曲线, 如图2所示为等直径刀具刀尖轨迹, 也就是分度盘滚子加上安全间隙后中心点的轨迹, 同样可以得到滚子中心线上另外一点的轨迹。最后以滚子中心线为母线, 以轨迹线为引导线建立理论廓面的直纹面。

1.3 弧面凸轮实体建模

根据前述的弧面凸轮实体建模的设计思路, 在进行弧面凸轮实体模型的建立前, 应首先根据凸轮的结构尺寸 (图1) 建立凸轮毛坯, 在UG环境下建立如图3所示的毛坯。

在理论廓面上建立等距偏置面, 可以采用偏置面命令, 也可用片体加厚命令增厚片体, 从而直接建立实体, 不管是哪一种建模方式, 偏置面和增厚片体与原基础曲面相关联, 当原始曲面编辑修改后, 实体模型自动更新。

最后, 用获得的廓面实体与毛坯实体作布尔运算, 便可以得到精确的弧面凸轮实体模型 (图4) 。

2 弧面凸轮的装配与运动仿真

2.1 装配与运动仿真

利用UG提供的自底向上的装配建模方法建立装配模型。在进行弧面凸轮分度机构啮合单体的装配前, 需要对分度盘进行建模 (图5) 。打开分度盘的几何模型, 进入装配环境, 添加一个新组件弧面凸轮, 建立二者之间的一种链接关系, 利用配对组件命令将两个组件之间的位置关系进行约束, 在进行约束关系后的组件之间存在关联关系, 当一个组件移动时, 有约束关系的组件随之移动, 部件之间始终保持相对位置, 而且约束的尺寸值还可以灵活修改, 真正实现装配级的参数化。装配图如图5所示。

2.2 运动分析方案的创建

1) 创建连杆:UG可在运动机构中创建代表运动件的连杆。

2) 创建运动副:UG可创建约束连杆运动的运动副。在某些情况下, 可同时创建其他的运动约束特征, 如弹簧、阻尼、弹性衬套和接触。

3) 定义运动驱动:运动驱动驱动机构的运动。每个运动副可包含下列5种可能的运动驱动中的一种:无运动驱动、运动函数、恒定驱动、简谐运动驱动和关节运动驱动。

按照上述步骤创建弧面凸轮分度机构的运动分析, 其运动仿真如图6所示。

图6表明弧面凸轮分度机构可以正常运行, 说明凸轮与滚子之间不存在干涉, 从另一方面也说明了模型的精度是可靠的, 建模的方法是正确的。

运动导航器用于创建和管理分析方案的部件文件。

在本例中导航器窗口只显示一个节点, 该节点代表进入运动分析模块前的装配主模型, 当有多个运动分析方案时, 导航器窗口会显示多个节点。图7为本例的运动导航器。

3 弧面凸轮的加工工艺及过程

3.1 加工设备

本文采用的加工设备即为德国DMG公司生产的高速五轴联动加工中心 (DMU 70 eVolution) , 该设备的突出优点是可以实现一次装夹, 5面加工、5轴定位、5轴联动加工, 不仅减少了夹具成本, 而且提高了加工精度。另外, 该设备还可以进行高速切削加工。

3.2 毛坯准备及装夹方案

弧面凸轮的毛坯为凹鼓形, 在加工凸轮廓面之前加工弧顶面, 减小廓面加工量, 有利于提高精度;加工时的定位面为凸轮的轴孔和端面, 必须预先精加工。毛坯的外轮廓半径即为凸轮的顶圆弧半径, 凸轮毛坯的宽度等于凸轮的宽度, 凸轮的轴孔直径根据凸轮尺寸选取, 毛坯的具体尺寸可由图1得出, 图3所示为弧面凸轮毛坯。

图8所示为在五轴联动加工中心上加工凸轮的装夹示意图。加工时, 将工作台置为垂直方向, 凸轮用芯轴固定在工作台上, 芯轴与工作台回转中心同轴。

3.3 加工方案

1) 弧面凸轮参数:

右旋凸轮, 分度角72°, A型凸轮, 滚子直径r=14mm, 中心距C=80mm, 凸轮分度圆半径40mm, 分度盘分度圆半径40mm, 分度盘运动规律为修正正弦加速度规律:

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2) 加工参数:

粗加工时去除大部分余量, 选用直径为12mm的四齿端铣刀, 切削速度v=150m/min, 主轴转速n=3980r/min, 每齿进给量f=0.04mm, 进给量vf=318mm/min, 刀具总是以5°倾角, 以螺旋或倾斜方式进入工件材料, 径向进给量为7%刀具直径, 深度进给量为4%刀具直径。半精加工、精加工时必须采用球头铣刀, 否则在加工中会产生干涉, 切除已加工表面, 选用r=5.949mm的四齿球头铣刀, 切削速度v=200m/min, 主轴转速n=5307r/min, 每齿进给量f=0.02mm, 进给量vf=424mm/min。

3) 刀具控制方法:

凸轮毛坯以φ做匀速回转运动;

刀具中心联动坐标为:

加工槽的上表面时,

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加工槽的下表面时,

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式中:f (t) 为曲线方程。

4) 加工过程:

本试验凸轮材料选用40Cr, 采用高速加工工艺, 整个过程为:车顶圆—粗铣槽—半精铣槽—精铣槽—渗氮—抛光—检验。

将事先编制好的数控程序导入数控系统, 即可对弧面凸轮进行加工, 精铣后的工件进行渗氮处理、抛光加工, 即可检验、装配。现场加工如图9所示。

图10所示为在五轴联动加工中心上加工出的弧面凸轮。由于采用球头刀加工, 在槽的底部会形成一个刀具半径的圆弧底, 该缺陷不会影响凸轮的正常使用。弧面凸轮作为分度机构最为关键的部件, 其工作廓面加工品质的好坏直接影响着分度机构的分度精度、运转的平稳性、结构的紧凑性、噪声的高低及使用寿命, 所以弧面凸轮廓面品质的检测是对其加工品质进行评定的一个重要环节, 但是由于弧面凸轮的工作廓面具有不可展性, 无法采用常规仪器进行检测, 缺少有效的检测方法和误差计算方法, 目前还是一个薄弱环节。一般的做法是将弧面凸轮分度机构装配起来, 通过跑合检验分度箱是否能达到相应的要求, 并进行相应的调整。

图11所示为将加工后的弧面凸轮与其他部件装配起来的弧面凸轮分度箱, 实践证明, 利用五轴联动加工中心, 改进走刀方式, 采用高速铣削, 精加工凸轮廓面, 加工后的弧面凸轮经过检验装配, 分度箱能够达到相应的技术要求。该工艺的主要特点是加工的适应性强, 适用范围广, 可以加工各种尺寸参数的凸轮, 并且能够进一步提高加工精度和零件的互换性。

摘要：利弧面凸轮分度机构作为自动机械中实现高速、高精度间歇分度运动的新型传动装置, 被公认为目前最理想的分度机构, 需求量日益增大。但是由于弧面凸轮廓面形状复杂, 且为空间不可展曲面, 使得其设计与加工比较困难。借助Un igraph ics NX 4.0软件实现了弧面凸轮的参数化设计, 简化了设计过程, 并提出了一种利用五轴联动加工中心加工弧面凸轮的方法。结合实验室的五轴联动加工中心, 对弧面凸轮进行加工试验, 验证了加工方法的正确性。

五轴龙门加工中心的研究 篇3

关键词：五轴龙门加工中心 横梁 进给系统 底座和工作台 滑枕滑架 主轴的研究

中图分类号：TG502 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（a）-0068-01

机床是制造各种机械的机器，机床工业科技水平的高低，是一个时代新技术综合发展水平高低的重要标志。现在机械行业是国民经济的重要支柱产业，随着社会发展进步，人们越来越重视机床的加工效率，这就要求机床行业必须努力提高机床的通用性及多用性。五轴龙门加工中心就是我公司为满足市场需求研发的一台高效率高通用性的设备。该台设备研制的成功，在提高生产效率的同时，提高加工精度，节约生产成本，减少人力浪费，可替代同类产品的进口，使我国的高端装备制造业上升到的一个新的水平，缩短与国外相关技术的差距。

1 主要研究内容

五轴龙门加工中心是借鉴国内外龙门加工中心机床的先进特点，自行研制的新一代工作台移动定梁式龙门加工中心。X轴行程为4200 mm，Y轴行程2800 mm，Z轴行程为1000 mm。本机床适用于汽车、建筑机械、工程机械中的3800 mm×2400 mm×600 mm箱体类零件的粗、精加工。控制系统配置为西门子840DSL数控系统，配有彩色液晶中文显示器，其测量过程实现全数控，并具有非常好的人机界面，高稳定性和高可靠性，操作方便。X、Y、Z轴均采用数字式交流伺服系统，可实现坐标轴联动加工，可进行直线和圆弧插补等操作，零件在工作台上一次装夹后可自动完成铣、镗、钻、扩、攻丝、曲面等多种工序的加工。

机床横梁、立柱、底座、滑枕、滑架、工作台为具有良好吸震性和精度保持性，均采用高强度铸铁材料铸造成形。主轴组件利用动态平衡校正设备，直接校正主轴动态平衡，避免主轴在高转速运转时产生共振现象，以确保最佳的加工精度。主轴采用智能控制恒温冷却系统，分别对主轴前轴承、主轴后轴承等进行强制恒温冷却，控制主轴滑枕部分的温升，抑制主轴的热变形。三个进给坐标中，各坐标轴全部采用高精度圆柱滚子直线滚动导轨，采用C3级高精度滚珠丝杠，快移速度X、Y、Z坐标轴均可达20 m/min。

1.1 横梁的研究

由于滑架和滑枕以及横梁本身的重量都会使横梁安装在立柱上后产生向下的弯曲现象，相同截面下横梁越长弯曲现象越明显。这样就会使Y轴直线导轨不再平行于工作台的表面，影响机床的加工精度，为了避免上面现象的产生，我们采取以下的方法来解决，横梁上良好的型腔布筋结构是横梁刚性的可靠保证，也是解决横梁弯曲的关键，我们采用合理布置筋板的位置以及V型筋的布置方式来保证横梁的刚性。在横截面积一定的情况下，最大限度的增大空腔面积，减小筋板厚度，降低横梁的总体重量，也可以进一步降低横梁重量对其弯曲的影响；在加工横梁导轨面时，为了防止横梁安装后向下凹，可以将横梁加工成稍微向上凸的形状；也就是说，按照横梁变形的相反方向加工横梁上的导轨安装基面，这也是解决横梁弯曲的关键。

1.2 进给系统的研究

龙门加工中心运动部件进给系统的传动方式常见为滚珠丝杠副传动和齿轮齿条传动。因滚珠丝杠副传动精度好，运动速度快，定位、重复定位精度高，而齿轮齿条传动结构较复杂，所以我们选用滚珠丝杠副的传动方式。

滚珠丝杠传动部分采用“固定—固定”的形式。此种安装方式使丝杠一般不会受压，丝杆稳定性高，使传动系统有较高轴向刚度和临界转速，使驱动部件实现了高的运动速度。伺服电机通过联轴器、精密减速机将电机驱动扭矩放大后传导给滚珠丝杠，使丝杠旋转来带动丝杠螺母作往复运动，从而实现滚珠丝杠大驱动力传动。我们选用丝杠专用角接触轴承安装在丝杠支撑上，该轴承能承受较大的轴向力，也就保证了驱动系统具有高刚性。此外，通过锁紧螺母、丝杠轴承和隔套以及滚珠丝杠固定支架可以实现对滚珠丝杠的预拉伸，来消除滚珠丝杠热变形对传动精度的影响，获得了高速传动下的高的传动精度。

1.3 底座和工作台的研究

在底座和工作台之间采用的是两根重载的滚柱直线导轨，并且每根导轨上安装有4个超重负荷的重型滑块。这种直线导轨的动静摩擦力小，使工作台运动时具有高灵敏度，做到高速时振动小，低速时无爬行，并且具有定位精度高，伺服驱动性能优等特点；同时该直线导轨承载能力大，切削抗振动性能好，可以改善机床性能特性，提高机床的精度和精度稳定性及机床的使用寿命。

为避免工作台滚珠丝杠因为两端支撑距离过远本身自重使丝杠中部向下产生挠曲而影响使用，为保证工作台的运动平稳，对滚珠丝杠增加浮动支撑机构。在丝杠螺母未处于浮动丝杠浮动机构位置时，有支撑辊直接支撑丝杠，而当丝杠螺母通过丝杠浮动支撑机构时，在工作台下部设置限位块和滚动支撑装置配合，将丝杠浮动支撑机构整体下压，便于丝杠螺母通过，此时滚动支撑装置和工作台下部设置的限位块配合支撑丝杠，实现丝杠工作过程的全程浮动支撑。（注：该机构已申请专利 证书号：ZL 2012 2 0497986.4）

1.4 滑枕滑架研究

滑枕与滑架采用了铸造滑台式结构；滑枕与滑架之间采用滑动导轨副，即铸铁-贴塑磨擦副，这样可以保证加工时切削平稳，特别适用于主轴强力铣削，大孔镗削加工。

设计滑枕时，采用空箱结构形式，内部可以装入采用高刚性、大直径主轴部件总成、宽幅调速交流伺服主轴电机+变速箱的主传动系统。为了实现滑枕20m/min的快速移动，滑枕部件上安装有双液压缸的平衡机构，压力油通过进口的优质平衡阀组作用在平衡油缸上来平衡滑枕及其内部部件的重量，这样做既能保证滑枕主轴箱运动的稳定性、靈活性以及快速响应速度，又大大降低了这部分部件对Z轴驱动电机性能的要求。

1.5 主轴的研究

五轴龙门加工中心主轴最高转速为18000 n/min，为保证该主轴高的转速及高的刚度，我们特采用高速角接触球轴承，并以前四后二的形式进行配置。考虑到主轴高速旋转的温升问题，采用智能恒温冷却系统对其进行了充分的冷却。此外，为保证主轴高速切削时的平稳性和良好的吸震性，采用主轴箱与滑枕一体式的结构形式，直接集成在滑枕上。

在主轴抓刀部分的设计上，采用传统的设计形式，即主轴内部的蝶形弹簧以拉紧力通过四瓣爪式拉刀机构作用在刀柄的拉钉上，使刀具与主轴锥孔紧密配合来实现抓拉动作。主轴松刀是采用液压油缸动作时碟形弹簧推动拉刀机构来实现的。

2 结论

通过设计计算以及产品的试生产及装配调试，该五龙门加工中心基本上能够满足当初的设计研发要求，现在已经形成批量产品，基本上满足了用户的使用要求。该机床目前在用户处使用效果良好，传动速度较快，运动较平稳，并保证了良好的定位精度和重复定位精度，具有较高的加工效率。

参考文献

[1]袁国梁.国产龙门加工中心和数控龙门镗铣床的现状及发展[M].2006.

[2]王爱玲，白恩远.现代数控机床[M].北京：国防工业出版社，2003.

[3]南京工艺装备制造有限公司滚珠丝杠样本.2013.

五轴加工中心培训 篇4

CAD/CAM技术在国内众多企业已有广泛的应用,并具备相对较高的`应用水平,而提高CAD/cAM更深层次的应用将更多地依赖软件提供的技术以及软件新的功能来进行真正意义的高速高效加工.

作 者：翟万略 Zhai Wanlue 作者单位：英国Delcam(中国)有限公司刊 名：航空制造技术 ISTIC英文刊名：AERONAUTICAL MANUFACTURING TECHNOLOGY年，卷(期)：2008“”(14)分类号：V2关键词：

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五轴加工中心培训 篇5

数控机床是装备制造业的基础,现阶段五轴加工中心仍然是数控机床行业的主流,国外五轴加工中心的技术已很成熟,国内四轴加工中心技术比较成熟,五轴加工中心技术也取得了较大的进步,但是高精度五轴加工中心基本上还是购买国外整机或关键功能部件进行组装,尤其是摆动主轴头部件。提升摆动主轴头等关键功能部件的技术水平对国内五轴加工中心的发展具有重要作用。

伺服电机通过蜗轮蜗杆副减速器驱动主轴摆动是一种应用广泛的主轴摆动方式,可实现大扭矩传动,而且传动平稳,结构紧凑,但是蜗轮蜗杆副不可避免的存在传动间隙,导致摆动伺服系统迟滞、震荡,严重影响机床的精度,对此,研究人员进行了大量的研究。

文献[1]详细介绍了在蜗轮蜗杆副中常用的双导程蜗杆传动、双蜗杆传动和分体蜗杆传动等机械消隙方法。三种方法都需要手动调节蜗轮蜗杆副的传动间隙,通过磨垫片或调整螺母使蜗杆轴向移动靠紧蜗轮齿面以减少传动间隙,调整繁琐。文献[2]提出采用无侧隙双滚子包络环面蜗杆传动实现无侧隙高精度传动,但是双滚子包络环面蜗杆设计复杂、加工质量和蜗杆传动副的装配精度要求都较高。机械方法可有效减小传动间隙,但是结构复杂,而且无法完全消除间隙,目前在高性能的传动系统中,常使用双电机驱动方式,通过对同一驱动轴施加大小相等、方向相反的消隙转矩达到消除传动间隙的目的[3~5],但是蜗轮蜗杆副能够自锁,无法通过施加反向力矩消除传动间隙。

本文在分析文献[3~5]所提出的双电机驱动消隙方法以及双蜗杆传动机械消隙方法原理的基础上,提出双电机驱动+双蜗轮蜗杆副的主轴摆动消隙方法,通过转角控制而不是力矩控制消除传动间隙,避开蜗轮蜗杆副自锁特性的影响,提高摆动主轴头的摆动精度。通过建立双电机驱动+双蜗轮蜗杆副消隙方法的数学模型并进行仿真分析,验证了该方法的正确性和可行性,结果表明该方案可有效消除主轴摆动的传动间隙。

1 消隙原理

双电机驱动+双蜗轮蜗杆副消隙方法原理如图1所示。主轴左、右侧各设一套性能相同的伺服电机以及蜗轮蜗杆副,伺服电机通过联轴器联接蜗杆,经蜗轮蜗杆副减速后驱动主轴摆动。左侧蜗杆紧靠左侧蜗轮正向旋转的齿面,右侧蜗杆紧靠右侧蜗轮反向旋转的齿面,消除传动间隙;工作过程中,需要正向驱动力矩时,左侧伺服电机驱动主轴摆动,右侧伺服电机随动,需要反向驱动力矩时,右侧伺服电机驱动主轴摆动,左侧伺服电机随动,无论主轴正向或反向摆动,随动的电机要求与主动电机同步协调,确保不因蜗轮蜗杆副的自锁特性导致电机卡死。

2 消隙方法建模

2.1 系统动力学模型

在忽略各部件阻尼特性的前提下,图1所示双电机驱动+双蜗轮蜗杆副消隙方法的动力学模型如图2所示。伺服电机通过联轴器直接驱动蜗轮蜗杆副,联轴器与蜗杆的转动惯量等效到伺服电机一端,使其简化为无质量的弹簧;蜗轮与蜗轮轴的转动惯量等效到电主轴一端,由于涡轮轴短而粗,因此近似认为涡轮轴是刚性的;蜗轮蜗杆副的啮合传动简化为无质量的弹簧和间隙δ。图2中,Jm1,Jm2分别为左、右两伺服电机的等效转动惯量,JL为电主轴端的等效转动惯量;Tm1、Tm2分别为左、右两伺服电机的输入力矩,T01、T02分别为左、右侧蜗杆的传递力矩,TL1、TL2分别为左、右侧蜗轮蜗杆副的啮合力矩;θm1,θm2分别为左、右侧伺服电机的转角;δ为左、右侧蜗轮蜗杆副的传动间隙;θg11、θg21分别为左、右侧蜗杆与伺服电机联接处蜗杆上端的转角,θg12、θg22分别为左、右侧蜗杆与蜗轮啮合处蜗杆下端的转角,θL为主轴摆动的转角;N为蜗轮蜗杆副的传动比;K01,K02分别为左、右侧蜗杆的抗扭刚度系数,K1,K2分别为左、右侧蜗轮蜗杆副的啮合刚度系数。

在工程应用中,主轴头摆动系统常采用交流伺服电机作为驱动元件,交流伺服电机的数学模型比较复杂,在伺服系统的动态研究和仿真过程中通常采用简化形式,即交流伺服电机(AC)简化为直流伺服电机(DC)作为驱动件,系统以旋转编码器作为测量反馈元件。

2.2 转角控制的数学模型

双电机驱动+双蜗轮蜗杆副消隙方法能否实现的关键是对θm1、θm2的控制;工作过程中,要求θm1=θm2,若θm1≠θm2,则左、右侧蜗杆转动不同步,由于蜗轮蜗杆副的自锁特性必然导致电机卡死。本文通过分别控制转角θm1和同步差Dq=θm1-θm2,实现θm1、θm2精确控制,工作过程中θm1=θm2,Δθ=θm1-θm2=0实现同步。θm1、Dq与θm1、θm2的关系如下所示:

式中,Q是转换矩阵,将各电机的控制信号转换成系统的控制信号,系统的控制信号需要通过变换,转化成各电机所需要的控制信号,转化关系如下所示:

Q-1是转换矩阵。

2.3 系统的数学模型

伺服电机的动态方程为:

式中,u、ia、e分别为伺服电机的电压、电流和感应电动势。La为电机电枢电感,Rm为电机电枢电阻,kt为转矩系数,kb为反电动势系数。

伺服电机运动学微分方程为:

伺服电机通过联轴器驱动蜗杆,所以:

左、右侧蜗杆的传递力矩T01、T02为:

又由力矩平衡方程知:

式中,u为蜗轮蜗杆副的传递效率。

由式(5)、(6)、(7)可得:

主轴的运动学微分方程为:

图2中,由于间隙δ的存在,传递力矩TL1和TL2的表达式为:

式中,Δθ1、Δθ2分别为左、右侧蜗轮蜗杆副转角传递的差值,。

2.4 消隙模型结构图

双电机驱动+双蜗轮蜗杆副消隙方法采用半闭环控制方式。消隙方法仿真模型如图3所示,与式(3)、(4)对应的左、右侧伺服电机的数学模型封装于MOTOR模块,该模块以伺服电机的控制信号以及蜗杆的传递力矩T01、T02作为输入,以θm1、θm2作为输出;与式(10)、(11)对应的间隙数学模型是Dead Zone模块;Q、Q1分别对应于转换矩阵Q、Q-1。

3 Matlab仿真分析

为验证双电机驱动+双蜗轮蜗杆副消隙方法的正确性和可行性,采用Matlab/Simulink对消隙方法的数学模型进行仿真分析,电机参数如表1所示。系统其他结构参数如表2所示。

3.1 传动间隙仿真

对单伺服电机通过减速器驱动主轴摆动时,间隙对摆动伺服系统的影响进行仿真,此时,蜗杆与蜗轮正向旋转的齿面啮合,而与蜗轮反向旋转地齿面存在0.1rad的间隙,间隙主要在主轴摆动方向变化时起作用,正弦输入作用下,主轴摆动方向变化较频繁,可更好的验证系统的性能,因此以伺服系统的正弦响应为考察对象,正弦输入信号周期为8s,系统正弦响应如图5所示。

由图4(a)知,在传动间隙的影响下,蜗轮蜗杆副的啮合有冲击震荡,由图4(b)知,传动间隙导致主轴摆动位移偏离系统给定位移,当进给方向反向时,蜗杆与蜗轮脱离啮合,而蜗轮在惯性作用下继续正向旋转,直到蜗轮的反向齿面与蜗杆进入啮合状态,此时主轴实际位移与系统指定位移偏离0.1rad。

3.2 消隙仿真

对图3所示的双电机+双蜗轮蜗杆副消隙方法进行仿真,同样考察正弦信号输入作用下,摆动伺服系统的输出响应,仿真结果如图5所示。

由图5(b)知,采用双电机驱动+双蜗轮蜗杆副消隙方法后,主轴的摆动位移可很好的跟随系统的给定位移,对比图4(a)与图5(a)可知,由传动间隙引起的啮合冲击也得到了很好的抑制,由图5(b)知,主轴摆动的位移为,其加速度为,所以主轴摆动的驱动力与主轴位移方向相反,对比图4(a)可知,在摆动位移为正时,主轴摆动加速度为负值,此时左侧蜗杆与蜗轮产生啮合变形起驱动作用,反之,右侧蜗轮与蜗杆产生啮合变形起驱动作用。

3.3 工作过程仿真

双电机驱动+双蜗轮蜗杆副消隙方案能否实现关键要保证双电机的同步运行,同样考察伺服系统的正弦响应,仿真结果如图6所示。

由图6知,左、右侧伺服电机的输出保持很好的同步性,可有效地避免蜗杆自锁性导致电机卡死。

4 结束语

1)该方法采用电气消隙方法,能够实现消除间隙的自动控制,而且采用半闭环控制方式,系统容易调节,易稳定,而且消隙效果良好。

2)该方法不需要双电机同向或异向驱动,工作过程中只需要保持同速随动,采用直接控制同步差的方法,控制相对准确。传动过程中,一侧电机起驱动作用,一侧电机同速随动而不是异向驱动,能量耗损相对较少。

参考文献

[1]王明海,邓效忠,杨桂香,等.数控机床中消除蜗轮副侧隙的几种结构[J].机械工程师,2009,7:55-56.

[2]王凯,王进戈,邓星桥.无侧隙双滚子包络环面蜗杆传动的啮合性能分析[J].机械传动,2009,6:12-14.

[3]梁任,方强.基于转矩补偿的双电机驱动消隙控制系统[J].机电工程2010,27(4):16-19.

[4]薛汉杰.双电机驱动消隙技术及其在数控设备中的应用[J].航空制造技术,2009,17:84-87.

[5]冯锦平,马文礼,黄金龙.望远镜双电机驱动消齿隙的动力学设计[J].光电工程,2009,36(11):64-69.

[6]陈庆伟,郭毓,胡维礼,等.多电机同步联动的动力学分析与建模[J].东南大学学报(自然科学版),2004,34:135-140.

[7]J.H.BAek,Y.K.KwAk,S.H.Kim.Backlash Estimation of A Seeker Gimbal with Two-Stage Gear.The International Journal Advanced Manufacturing Technology,2003,(21):604-611.

叶片五轴联动加工刀位轨迹的生成 篇6

复杂曲面的多轴联动数控编程是涉及众多领域知识的复杂流程,是数字化仿真及优化的过程。

针对大型混流式叶片各曲面的特点,进行合理的刀位轨迹规划和计算,是使所生成的刀位轨迹无干涉、无碰撞、稳定性好、编程效率高的关键。

由于五轴加工的刀具位置和刀具轴线方向是变化的,因此五轴加工的是由工件坐标系中的刀位点位置矢量和刀具轴线方向矢量组成,刀轴可通过前倾角和倾斜角来控制,于是可根据曲面在切削点处的局部坐标计算出刀位矢量和刀轴矢量。

从加工效率、表面质量和切削工艺性能来看,选择沿叶片造型的参数线作为铣削加工的方向分多次粗铣和一次精铣,然后划分加工区域,定义与机床有关的参数,根据以上所选叶片的加工部位、装夹混流式叶片的刀轨生成定位方式、机床、刀具及切削参数和余量分布情况将叶片分为多个组合面分别进行加工。通过对曲面曲率的分布情况的分析对于不同的区域采用不同的面铣刀。粗加工给出每次加工的余量,精加工采用同一直径的铣刀,根据粗糙度要求给定残余高度,根据具体情况选择切削类型、切削参数、刀轴方向、进退刀方式等参数。但是对于像叶片这样的曲率变化很大而又不均匀的雕塑曲面零件,还要根据情况作大量的刀位编辑,并且必须进一步通过切削仿真做干涉和碰撞检查修改和编辑刀轨。

二、叶片五轴联动数控加工仿真

数控加工仿真通过软件模拟加工环境、刀具路径与材料切除过程来检验加工程序并对其进行优化。在计算机上仿真验证多轴联动加工的刀具轨迹,辅助进行加工刀具干涉检查和机床与叶片的碰撞检查,取代试切削或试加工过程,大大降低了制造成本,缩短研制周期,避免加工设备与叶片和夹具等的碰撞,保证加工过程的安全。加工零件的代码在投入实际的加工之前通常需要进行试切,水轮机叶片是非常复杂的雕塑曲面体,开发利用数控加工仿真技术是其成功采用五轴联动数控加工的关键。在此,我们首先通过电子商务资料库进行工艺系统分析,明确机床系统型号、机床结构形式和尺寸、机床运动原理和机床坐标系统。用三维软件建立机床运动部件和固定部件的实体几何模型,并转换成仿真软件可用的格式,然后建立刀具库,在仿真软件中新建用户文件,设置所用系统,并建立机床运动模型,即部件树,添加各部件的几何模型,并准确定位,最后设置机床参数。接下来将叶片模型变换到加工位置计算出刀具轨迹,再以此轨迹进行叶片切削过程、刀位轨迹和机床运动的三维动态仿真。这样就可以清楚地监控到叶片加工过程中的过切与欠切、刀杆和联接系统与叶片、机床各运动部件与叶片和夹具间的干涉碰撞,从而保证了数控编程的质量,减少了试切的工作量和劳动强度,提高了编程的一次成功率,缩短了产品设计和加工周期,大大提高生产效率。如在数控加工行业进行推广,可产生巨大的经济和社会效益。

三、叶片刀位轨迹的后置处理

后置处理是数控编程的一个重要內容,它将我们前面生成的刀位数据转换成适合具体机床的数据。后处理最基本的两个要素就是刀轨数据和后处理器。我们应首先了解龙门移动式五坐标数控铣镗床的结构、机床配备的附属设备、机床具备的功能及功能实现的方式和机床配备的数控系统,熟悉该系统的编程包括功能代码的组成、含义。然后应用通用后置处理器导向模板,根据以上掌握的知识,开发定制专用后置处理器。然后将已得刀位源文件进行输入转换成可控制机床加工的代码。

以上介绍的大型水轮机叶片的多轴联动编程技术,已用于工程实际大型叶片的数控编程中,实现了大型转轮叶片的五轴联动数控加工的刀位轨迹计算和加工仿真,保证了后续数控加工的质量和效率,已作为大型水轮机叶片五轴联动数控加工的编程工具用于实际生产中。

五轴加工中心培训 篇7

多轴数控机床指在一台机床上除了具有x、y、z直线移动轴外,还具备至少1个以上的旋转轴,并可以联动控制的数控机床。多轴联动数控机床进行加工的优点是:可以实现一次装夹,多工位加工;能使用简单夹具,避免复杂或过渡工装的设计与制造,显著地减少制造的辅助时间;刀具或刀具姿态角可调,避免刀具干涉、欠切或过切,简化刀具形状;实现空间斜孔、复杂型面的简化编程加工;提高加工精度和制造效率,极大地提高经济效益。

最近几年,科学技术的发展突飞猛进,多轴加工技术发展趋于成熟,多轴加工机床也开始渗透到我国的民用工业中,随着人们对产品快速更新换代的要求越来越高,多轴加工机床在制造领域正在体现出越来越明显的优势。

本文利用五轴的数控编程技术,探讨多轴刀路策略及其数控加工工艺,并使用国内优秀CAD/CAM软件CAXA制造工程师,对图1所示的典型五轴零件完成数控加工工艺分析和编程加工。

2 五轴零件的总体工艺分析及工装设计

从图1的零件结构特征分析,关键结构有两个:一是由斜平面组成的顶部五角星,二是6个叶片及其叶片底部曲面组成的叶轮结构。面对这一组合结构,采用传统的3 轴数控加工策略,即使用清根刀路也无法清晰地加工出五角星的斜平面交接边,而采用专用夹具亦需多次装夹和定位,效率低下,且加工质量不佳;而对叶轮结构的加工则完全无能为力。综合以上分析,引入多轴加工思想,刀路设计思路如下:首先以三轴加工策略完成粗加工和规则特征的加工,其次以五轴定向加工策略结合三轴加工策略完成五角星的加工,最后以五轴叶轮加工策略完成叶片及叶片底面的加工。

五轴零件材料为铝,毛坯采用实心圆盘(直径150mm、厚62mm),刀具采用高速钢。数控编程工艺编排按粗加工、半精加工、精加工的顺序进行。粗加工用大刀具快速地加工出工件大致形状,半精加工用较小刀具去除粗加工遗留的大余量,并保留适当余量,精加工根据结构特征采用不同的刀具及工艺分区域加工,保证加工效果和加工精度。基本的工艺过程如表1所示。

零件使用广州数控25i型五轴数控机床完成加工,该机床采用典型的3+2结构,即配置双数控转台,在X、Y、Z三直线轴的基础上增加B、C两旋转轴。数控转台的定位装夹部件是数控转台上的圆盘(放射状均布8条T型槽,中心为准25mm通孔)。

工装夹具需自行设计,夹具采用直径100mm(小于零件直径)、高100mm的圆柱钢件,具体设计如下:(1)圆柱夹具与零件的装夹:圆柱夹具一端面过中心加工出宽16mm的十字凸台,圆盘零件底面过中心加工出宽16mm十字凹槽,夹具十字凸台与零件十字凹槽配合定位,同时圆柱夹具中心加工成阶梯通孔,零件底面中心加工出M12工艺螺纹孔,M12螺栓通过夹具阶梯通孔并锁紧零件;(2)圆柱夹具与数控转台的装夹:夹具另一端面中心加工直径25mm、高10mm圆凸台,与数控转台中心孔配合定位,距此端面10mm的外圆周处加工宽15mm圆周槽,使用T形键和压板压紧夹具圆周槽于数控转台上,完成装夹。

3 五轴零件的子工艺分析及数控编程

使用CAXA进行编制加工刀路之前,首先需完成以下编程准备:(1)造型准备———叶轮曲面的创建,加工轮廓的抽取等等;(2)装夹准备———同上,制作直径小于工件的夹具、在工件底面加工定位槽和攻丝,并安装在数控转台圆盘上。

3.1 顶面光整

工件底面装夹前已经过加工,工装后,为保证零件总高61mm尺寸,首先进行顶面光整加工,测量工件厚度,通过改变降低工件坐标系Z值,完成工件厚度的精度保证。加工过程打开切削液,提高切削顶面的光洁度。综合考虑到后续的整体加工,减少换刀,采用准20平底铣刀进行加工。主要加工参数设置如下:切削速度1400r/min;进给速度800mm/min;下刀速度300mm/min;退刀速度3000mm/min;加工轮廓选取圆柱外圆周;加工行距16mm。刀路轨迹计算如图2所示。

3.2 外圆柱面加工

采用直径为准150的圆盘料作为毛坯,毛坯外径略大于准150,考虑到毛料的不均匀性和外圆柱面的光洁度,外圆柱面的加工分圆周侧向两次加工完成。(1)第一步半精加工外圆柱面,留侧壁余量为0.4mm,分层加工到深度Z-62mm,层深8mm;主要加工参数设置如下:切削速度1400r/min,进给速度800mm/min,下刀速度300mm/min,退刀速度3000mm/min,刀路轨迹计算如图3(a)所示;(2)第二步精加工外圆面,一层加工到位,主要切削参数设置为:切削速度1400r/min,进给速度600mm/min,下刀速度300mm/min,退刀速度3000mm/min。刀路轨迹计算如图3(b)所示。

3.3 整体开粗

五轴零件的基本形状为凸台结构,无凹槽特征,相对环切加工策略,整体开粗采用平行加工策略突现以下优点:刀路规整,折弯少,抬刀少,加工综合效果好。主要加工参数设置如下:切削速度1400r/min,进给速度1200mm/min,加工深度范围为Z-1～Z-47mm,切削层深1.5mm,切削行距16mm,加工余量0.5mm,下刀速度300mm/min,退刀速度3000mm/min,加工对象选择工件整体,限制边选择圆柱外轮廓。刀路轨迹计算如图4所示。

3.4 五角星精加工

五角星由10个侧三角平面组合构成,且平面交界处为锐边连接,不能使用小球刀加工曲面的加工策略,典型的3轴清根刀路亦无法加工到位,而需借助五轴定向加工策略,使用平底铣刀完成加工。首先选择五角星一角的一侧平面建立坐标系,在此坐标系下使用三轴的轮廓铣刀路加工此侧平面,如图5(a)所示,并围绕中心轴(Z轴)进行旋转阵列,可得其它四角同侧平面的刀路轨迹;五角星五角的另一5个同侧平面的刀路轨迹同上操作可得,如图5(b)所示。主要加工参数设置如下:切削速度1400r/min,进给速度600mm/min,下刀速度300mm/min,退刀速度3000mm/min。

3.5 圆球特征精加工

五角星往下拉伸与圆球交接,构成圆球的基本特征,曲面特征既有陡峭面,也存在平缓面。选用等高精加工2刀路较为合适,既可设置深度加工变化的层高,也可设置XY平面的间距,同时对陡峭面和平缓面达到较好的综合加工效果。五角星与圆球交界处曲率半径为3mm,由于加工深度较大,为保证刀具加工时的刚性,故尽可能选用大刀,此处采用R3球刀,主要加工参数设置如下:切削速度3600r/min,进给速度2000mm/min,下刀速度300mm/min,退刀速度3000mm/min,Z向层高0.3mm,最小层高0.1mm,最小XY距离0.05mm,最大投影距离5mm,加工范围为Z-4～Z-36mm。刀路轨迹计算如图6所示。

3.6 圆球底部平面精加工

为得到良好光洁的圆球底部平面,采用尽量大的平底刀是合理的选择,故此处不采用3.5节中的球头刀同时加工,而增加新的轮廓铣刀路,选用平底刀加工。在软件中通过测量,圆球底部平面宽度为8～9mm之间,为保证加工过程的刀具刚性,选择准8平底刀。使用空间曲线功能构建圆球底部平面的外圆轮廓边和内圆轮廓边,首先使用轮廓铣精加工刀路沿内圆轮廓加工,如图7(a)刀路所示,其次使用轮廓铣加工刀路沿外圆轮廓加工,如图7(b)刀路所示,达到加工效果,主要加工参数设置如下:切削速度2400r/min;进给速度600mm/min;下刀速度200mm/min,退刀速度3000mm/min。

3.7 叶轮精加工

叶轮特征包括叶片和叶轮底面特征。为简化曲面处理和刀路运算,将叶轮底面、叶片和叶片顶部分开加工。

(1)叶轮底面精加工,整体粗加工以后,叶片左侧呈外凸状,余量较小,叶片右侧呈内凹状,余量较大,故加工叶轮底面时应从叶轮底面右侧(即叶片左侧边)进刀,避免首先切入零件大余量处影响切削质量,严重时甚至断刀。主要加工参数设置如下:切削速度3600r/min,进给速度1500mm/min,下刀速度200mm/min,退刀速度3000mm/min,叶轮装卡方式为Z轴向上,分度角为60°,底面上下部延伸量分别为3mm,最大步长为0.3mm,最大行距0.3mm,走刀方式为往复,进给方向为从右到左,选择底面优先,取消叶片选项。刀路轨迹计算如图8所示。继而将刀路绕中心轴(Z轴)旋转阵列5份,即可得其余5个叶轮底面的加工刀路。

(2)叶片顶面精加工:叶片顶面精加工无需五轴加工策略,使用三轴加工策略即可,在此选择参数线精加工刀路。由于该刀路受曲面边的限制,需在顶部曲面四周做2mm的延伸,以保证加工到位。主要加工参数设置如下:切削速度3600r/min,进给速度2000mm/min,下刀速度300mm/min,退刀速度3000mm/min,行距0.3mm,切削方向沿顶面由下往上。刀路轨迹计算轨迹如图9所示。继而将刀路绕中心轴(Z轴)旋转阵列5份,即可得其余5个叶轮顶面的加工刀路。

(3)叶片侧面精加工:以上完成叶片底面和顶面加工后,再单独进行叶片侧面的加工,主要加工参数设置如下:切削速度3600r/min,进给速度1500mm/min,下刀速度300mm/min,退刀速度3000mm/min,最大步长0.3mm,叶轮装卡方式为Z轴向上,走刀方向为环切方式,加工层数10层,叶片的上部延伸量为3mm,下部延伸量为6mm。刀路轨迹计算轨迹如图10所示。继而将刀路绕中心轴(Z轴)旋转阵列5份,即可得其余5个叶片侧面的加工刀路。

4 结语

针对不同结构的多轴机床,需开发对应的后处理程序。以上刀路轨迹经过专用的后处理程序编译为数控加工程序,在广州数控25i型五轴数控铣床上完成了加工,加工效果满足所需技术要求,零件实物见图11所示。使用多轴机床能够实现一次装夹即可完成零件的多特征和多变曲面加工,同时避免了多次装夹导致的精度误差,节省了大量的工装设计与制作等辅助加工时间。多轴加工技术已成为现代加工技术发展和普及的方向,可显著提升零件的加工效率与制造质量。

摘要：文中在典型五轴零件的结构分析和工艺分析基础上,基于传统的三轴数控加工工艺,融合前沿的五轴加工策略,使用CAXA制造工程师设计了典型五轴零件的刀路,并完成了五轴零件的数控编程和加工,获得了满足要求的加工效果。

关键词：数控加工,五轴,CAXA

参考文献

五轴加工中心培训 篇8

DMU60T是德马吉公司制造的五轴加工中心,数控系统是海德汉iTNC530,PLC系统是海德汉专用内置式CPU,带PROFIBUS-DP接口配置了一块PL510和4个I/O模块。原机床只有一个机床操作面板和一个显示器,都安装在机床侧,不具备远程控制功能,因为用户加工的材料的特殊性,需要对机床进行远程控制改造,实现远程控制,即在控制室操作台就可完成对机床的操作和显示,同时近控侧机床的所有功能保持不变。

2 改造内容

1)保留机床近控侧原配的显示单元和操作面板,在控制室(远控)增加一套海德汉的显示和操作单元,但同时要实现远近控操作互锁且近控操作优先。

2)远控要有急停和机床启动功能。

3 原理设计及实现

3.1 远程控制显示器和机床编程面板功能实现

机床的显示单元型号为:BF155,操作面板型号为:TE535D(包含编程面板操作和机床操作面板),这两个硬件都是德马吉专用型号(海德汉专门为德马吉设计的)不对外销售,所以远程控制只能采用海德汉i TNC530的通用显示单元BF150和通用的编程面板TE535B,外加独立的机床操作面板MB420。通过试验验证了适配器BTS150能够实现BF155/BF150和TE535D/TE535B之间的控制,排除了一个适配器能否适用于通用型显示器、编程操作面板和专用型显示器、编程操作面板之间控制的疑虑。在此基础上制定了机床远程控制技术方案:远程控制增加海德汉公司显示器BF150、编程操作面板TE535B,运用适配器BTS150实现远近控显示和编程操作面板的切换控制(适配器BTS150的适用距离20米)。

适配器BTS150能带两个机床编程操作面板和两个显示器,显示器能同时显示,编程操作面板通过控制外围触点实现切换控制。当机床在远程控制方式时,机床PLC输出点控制继电器KA05得电,KA05常开触点闭和,远程控制面板生效,近控操作面板和显示器软键都无效。当机床在近控并且系统具备切换条件时,机床PLC该输出点关闭,继电器KA05失电,近控面板生效,远程控制操作面板和显示器软键都无效。控制原理如图1所示。

在远近控面板增加远控/近控切换开关来实现,开关进入PLC系统,由PLC程序实现远近控操作切换且互锁。

3.2 机床操作面板功能实现

机床操作面板没有采用海德汉的标准产品,而是根据机床功能和远程控制操作的实际需求设计相应的按钮和指示灯,按钮和指示灯都是通过修改机床PLC程序实现其功能的,其中PLC的输入、输出点分别利用机床的输入、输出模块19A1.2.1和19A1.2.2上剩余的点,不需要另外增加PLC模块,机床操作面板远程控制和近控的联锁通过PLC程序实现。

3.3 急停和机床启动功能实现

为保证操作的安全与方便,机床的远程控制也必须有急停和机床启动功能。远程的急停和近控急停功能不联锁,即不管机床处于什么控制方式,远程控制和近控急停按钮都有作用,故将近控急停串接到机床原急停回路中。

机床启动按钮不需联锁,机床启动按钮为常开触点,故与原电路机床启动回路构成并联关系,即将其并联到原机床启动回路中。

3.4 PLC程序设计

PLC程序设计、传输需用到的软件有:TNCremoNT、IOconfig、PLCdesignNT(注册用户均可通过互联网下载这些软件)。其中TNCremoNT为数据传输软件,用于数据和程序传输;IOconfig用于PLC系统配置I/O和profibusDP组件,因为本次改造未增加PLC输入输出模块,所以未用到该软件;PLCdesignNT是PLC程序设计用软件,它采用语句表编程,可以加注释。海德汉PLC程序设计时首先要将地址在程序中定义,程序编写时采用的是定义的符号,而不是地址,这是与其它通用PLC程序设计所不同的地方,同时程序的M地址是自动排序确定,不需人为分配地址。

在修改机床的PLC程序前一定要将机床的原始数据和PLC程序全部备份。

重新设计的PLC程序分别在GR34BD.SRC、IO_GR34BD.DEF和HYDRAUL.MOD中,其中GR34BD.SRC为主程序,IO_GR34BD.DEF为输入、输出定义程序,增加的远程控制操作面板部分在HYDRAUL.MOD程序块中。

4 PLC程序传输、调试

在机床改造所有的硬件安装完毕,远程机床PLC控制软件修改后,将机床方的通讯地址设为192.168.0.1,这需要在机床和TNCremoNT软件中同时设定;计算机的通讯地址设为192.168.0.2,运用通讯软件TNCremo NT将设计的远程控制PLC程序下载到机床PLC,将原来的PLC程序覆盖,经过调试修改,直到各项功能都满足控制要求。

5 结论

DMU60T五轴加工中心远程控制改造完成后,经实际操作运行,远程控制操作、远程控制和近控的切换及联锁都达到了改造技术要求,满足了用户远程操作的工艺要求。这次远程控制改造主要是通过修改PLC程序来实现的,减少了硬件线路的连接,确保了系统的可靠性和稳定性。

摘要：对DMU60T五轴加工中心远程控制改造的设计方案、原理及实现进行了详细论述。通过增加适配器和修改PLC程序实现了机床的远程控制。

关键词：远程控制,海德汉数控系统,PLC程序

参考文献

[1]DMU60T CIRCUIT DIAGRAM,DECKEL MAHO.