(计算机辅助制造MasterCAM教学课件)五轴联动加工实验辅导

1、( (计算机辅助制造计算机辅助制造MasterCAMMasterCAM教学课件教学课件) )五五轴联动加工实验辅导轴联动加工实验辅导5(3)扩大工艺范围: 其他适合五轴加工的零件6 (4)有利于制造系统的集成化 出于发展的考虑，现代机械加工部向着加工中心、FMS方向发展，加工中心能在同一工位上完成多面加工，保证位置精度且提高加工效率国外数控镗铣床和加工中心为了适应多面体和曲面零件的加工，均采用多轴加工技术，其中包含有五轴联动功能，因此在加工中心上扩展五轴联动功能可大大提高加工中心的加工能力，便于系统的进一步集成化7（1）点接触式-应用最广的五轴加工型式 所谓点接触式加工是指加工过程中以点接触成

2、型的加工方式，如球形铣刀加工、球形砂轮磨削等这种加工方式的主要特点是；球形表面法矢指向全空间，加工时对曲面法矢有自适应能力，与线、面接触式加工相比较，其编程较简单、计算量较小，并且只要使刀具半径小于曲面最小曲率半径就可避免干涉因而它适合任意曲面的加工但由于是点接触成型，在切削点处切削速度趋近于零，因而切削条件差，加工精度和效率低8（2）面接触式: 所谓面接触式加工是指以面接触成型的加工方式，如端面铣削(磨削)加工这种加工方式的主要特点是：由于切削点有较高的切削速度，周期进给量大，因而它具有较高的加工效率和精度但由于受成型方式和刀具形状的影响，它主要适合于中凸曲率变化较平坦的曲面的加工9（3）线

3、接触式:五坐标联动数控加工当前和今后研究的重点所谓线接触式加工是指加工过程中以线接触成型的加工方式，如圆柱周铣、圆锥周铣、樟形窿削及砂带磨削等这种加工方式的特点是：由于切削点处切削速度较高，因而可获得较高的加工精度，同时，由于是线接触成型，因而具有较高的加工效率目前已发展到对任意曲面线接触加工的研究10(1)五坐标联动双转台机床:(A)旋转坐标有足够的行程范围，工艺性能好(B) 双转台机床，转台的刚性大大高于摆头的刚性，从而提高了机床总体刚性.(C)便于发展成为加工中心只需加装独立式刀库及换刀机械手即可但双转台机床转台坐标驱动功率较大，坐标转换关系较复杂；11(2)五坐标联动双摆头机床（A)由

4、于受结构的限制，摆动坐标的刚性较低，成为整个机床 刚性的薄弱环节(B) 双摆头机床摆动坐标驱动功率较小，工件装卸方便且坐标转换关系简单12(3)五坐标联动一摆头一转台机床一摆头一转台式机床性能则介于上述两者之间13的坐标轴 在五坐标联动数控机床中，常见的坐标是：(A)带动工件进给的直角坐标X，Y，Z (B)带动工件旋转的回转坐标A、B、C(C)带动刀具进给的直角坐标X、Y、Z；(D)带动刀具旋转的摆动坐标A、B、C，14五坐标联动数控机床的结构形式有：24十24十4896(种) (1) 五坐标联动双转台机床的结构形式为： 15 (2)五坐标联动双摆头机床的结构形式为： 16 (3)五坐标联动摆

5、头及转台机床： 17常见五坐标联动数控铣床的结构形式有36种按其转动坐标和平动坐标的配置，可分为九种类型18MasterCAM提供的四、五轴联动加工功能 (1) Rotary4ax旋转四轴功能多用于带旋转工作台或配备绕X 、Y 轴的旋转台的的四轴加工，如MACH1600有绕Z轴旋转的工作台，主轴可立卧转换，可对外圆上的槽或型腔进行加工。(2) Curve5ax曲线五轴功能用于对空间的曲面曲线进行五轴曲线加工(3) Drill5ax五轴钻孔功能用于对空间的孔进行钻孔加工，多用于孔的位置比较特殊的场合，如圆锥面上的孔或产品上孔位的轴线方向变化的场合。(4) Swarf5ax侧刃五轴功能利用铣刀的侧

6、刃对空间的曲面进行加工，避免球头刀的切削，能大幅度提高曲面粗精加工的效率。(5) Flow5ax五轴底刃铣削功能利用铣刀的底刃对空间曲面进行加工，避免传统球头刀的加工，此时需要对刀轴矢量进行合理的控制设计。(6) Msurf5ax五面体加工功能多用于铣削工步内容比较多的多面体加工，如立卧转换五面体加工中心可一次加工产品上的五个面或内外腔。19四、五轴联动加工曲面时的关键技术 (1) Drive Surface（加工导动曲面）定义产品上被加工的曲面对象。(2) Check Surfacd（干涉曲面）用于对空间曲面加工时刀具的干涉面的定义。(3) Boundary（轨迹限制区域）以空间的轮廓对曲面

7、加工轨迹进行限制，使轨迹在限制区域内进行加工，多用于控制刀具的轨迹范围。(4) Tool Axis Control（刀具轴的矢量控制）弄清四轴五轴加工时的刀具轴矢量定义，理解刀具轴的矢量变化是四轴五轴加工的基础。四轴五轴加工的关键技术之一是刀具轴的矢量(刀具轴的轴线矢量)在空间是否发生变化，而刀具轴的矢量变化是通过摆动工作台或主轴的摆动来实现的。对于矢量不发生变化的固定轴铣削场合，一般用三轴铣削即可加工出产品。五轴加工关键就是通过控制刀具轴矢量在空间位置的不断变化或使刀具轴的矢量与机床原始坐标系构成空间某个角度，利用铣刀的侧刃或底刃切削加工来完成。刀具轴的矢量变化控制一般有如图3所示的几种方式

8、。20刀具轴的矢量变化控制的几种方式 Line，刀具轴的矢量方向平行于空间的某条直线，形成固定的角度；PatternSurface，刀具轴的矢量时刻指向曲面的法线方向；From point，刀具轴的矢量远离空间某点；To point，刀具轴的矢量指向空间某点；Swarf Driver，刀具轴的矢量沿着空间曲面(曲面具有直纹性)的直纹方向发生变化。21上世纪80年代众所周知的“东芝事件”，从一个侧面反映了数控技术对于国家军事工业制造水平的巨大影响：前苏联应用日本东芝公司生产的五轴联动数控机床，加工潜艇螺旋桨后，精度大大提高，潜艇噪声大大降低，从而导致西方反潜设施失效，引起西方国家极大的恐慌。 2

9、2 本实验为专业学位硕士研究生学位课程数控技术及高级编程中的必做实验，要求学生以“MASTERCAM” 软件为基础，以一叶片为例，根据本中心HJ044五轴联动镗铣床的结构，自行进行工艺设计，选择刀具路径，实体验证无误后，进行后处理，并生成加工程序，将程序修改后传输到五轴联动机床上，经模拟运行，最终加工成实物。23 五轴联动数控机床系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等加工的唯一手段。五轴联动数控机床系统对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等行业，有着举足轻重的影响力。通过本实验，可使学生1.学习复杂零件数字化制造的相关知识，提高工程

10、实践能力。2.学习五轴联动数控机床的原理及加工方法，拓展学生数控加工技术的实践空间。 241.根据给出的叶片尺寸，建立CAD模型，考虑加工方案（选取毛胚、装夹方法、刀具等）2.根据机床选择刀具路径，进行加工模拟，实体验证， 生成后处理程序并修改。3.熟悉840D系统，学会五轴联动机床的操作，进行程序 传输4.装夹毛胚、对刀及加工，5.成品检验及清理机床，6.写出实验报告25XBAYZ2627 （1）航空发动机中的叶片（2）三峡叶片叶片是汽轮机、燃汽轮机、压气机、水轮机、航空发动机、船舶推进装置等的关键部件，它直接影响汽轮机等的工作性能，而叶片型面质量的高低直接决定着叶片的工作质量。叶片加工精度

11、要求高，制造难度大，一直是数控加工领域具有挑战性的课题。28五轴联动对叶轮、蜗轮、桁架的加工可以做到一次成形，加工效率高。它改变了以往三轴机床的由点成面、由线成面的加工方法，而且被加工零件的表面质量好、精度高。对复杂曲面只要指定刀具轴与零件曲面表面的位置关系，就可使复杂曲面的加工过渡光滑、不干涉、不过切，满足曲面的要求。29叶身型面部分为复杂的空间曲面，各部分的曲率、扭转变化较大，是典型的薄壁件 。其截面形状，在叶盆和叶背方向上抵抗变形的能力也不同，进气、排气边缘处又较薄，加工中的形变很复杂。 3031 （1）构建截面线 （2）构建曲面32XYZ00008.500-3000-53.500601

12、50121509.52150-221501-51.515016233（1）新建文件（2）图层1，俯视图（3）构图点指定位置。34（4）图层2，构图曲线手动（5）图层3，属性点画线35（6）构图直线绘制任意线。36（7）图层4，构图绘制曲面直纹/举升37（8）构图绘制曲面平面修剪38（1）机床选择铣削默认（2）刀具路径多轴加工曲面5轴加工39（3）刀具参数（4）多轴加工参数（5）多曲面五轴参数40（6）生成刀具路径41（7）模拟验证（8）后处理生成加工程序42（1）学习重点叶片加工参数选择（2）注意事项叶片属于薄壁件，注意选择切削用量（3）加工时最好采用连续的环绕加工（4）软件生成的程序中 G21改为G71，删掉G49，添加G64，将Ho变为G54中的值。43 44参考资料1.全荣.五坐标联动数控技术 M.长沙：湖南科学技术出版社，19952.苟琪. MasterCAM五轴加工方法 M.北京：机械工业出版社， 20053.宋放之数控机床多轴加工技术实用教程，清华大学出版社、2010年4.马武等.浅析五轴加工中心数控编程技巧J.制造技术