摘要：本文通過對電器注塑模具實際的五軸數(shù)控編程加工案例介紹和分析，詳細(xì)闡述充分利用五軸數(shù)控加工技術(shù)的優(yōu)越性，進(jìn)而提高電器注塑模具的加工效率和質(zhì)量，縮短模具的制造周期。
前言
當(dāng)前模具制造行業(yè)中，三軸數(shù)控加工技術(shù)已經(jīng)普遍應(yīng)用并且相對成熟，但隨著五軸數(shù)控技術(shù)的發(fā)展與推進(jìn)，*的五軸數(shù)控加工技術(shù)在市場上體現(xiàn)出了明顯的優(yōu)越性，故而引進(jìn)五軸數(shù)控加工技術(shù)，建立一個率、高質(zhì)量、短周期、低成本的產(chǎn)品生產(chǎn)框架來適應(yīng)市場的發(fā)展，以求在市場競爭中立于不敗之地已經(jīng)成為我們必須面對的問題。
近段時間，珠海某大型電器模具廠采購我司的五軸數(shù)控編程軟件powermill，本人接受公司的任務(wù)，為該客戶進(jìn)行五軸技術(shù)的培訓(xùn)輔導(dǎo)，并結(jié)合實際加工進(jìn)行模具的試切，實例指導(dǎo)客戶應(yīng)用五軸加工技術(shù)，讓客戶看到了客觀具體的三軸加工與五軸加工兩者的效率和質(zhì)量對比數(shù)據(jù)。本文即以此次培訓(xùn)五軸工件試切為例，禪述在電器注塑模具加工當(dāng)中，五軸數(shù)控加工技術(shù)相對于傳統(tǒng)的三軸數(shù)控加工技術(shù)的若干優(yōu)越性。
一、五軸數(shù)控加工技術(shù)簡述
1、五軸刀軸和五軸刀軸控制
五軸是由3個線性軸（linear axis） 加上2個旋轉(zhuǎn)軸（rotary axis）組成。
五軸刀軸控制是cam系統(tǒng)五軸技術(shù)的核心。五軸cam系統(tǒng)計算出每個切削點刀具的刀位點（x,y,z）和刀軸矢量（i,j,k），五軸后處理器將刀軸矢量（i,j,k）轉(zhuǎn)化為不同機(jī)床的旋轉(zhuǎn)軸所需要轉(zhuǎn)動的角度（a,b,c）其中的兩個角度；然后計算出考慮了刀軸旋轉(zhuǎn)之后線性移動的各軸位移（x,y,z）。
2、五軸機(jī)床類型
按兩旋轉(zhuǎn)軸的運動位置結(jié)構(gòu)來劃分，可分為table-table、head-head、table-head三種類型。
1）table-table：此類型機(jī)床主軸方向不動，兩個旋轉(zhuǎn)軸均分布在工作平臺上；工件加工時旋轉(zhuǎn)軸隨工作臺旋轉(zhuǎn)，加工時必須考慮裝夾承重，可加工的工件尺寸比較小。
2）head-head：此類機(jī)床工作臺不動，兩個旋轉(zhuǎn)軸均在主軸上。機(jī)床可加工的工件尺寸比較大。
3）table-head：此類機(jī)床的兩個旋轉(zhuǎn)軸分別處于主軸和工作臺上，工作臺可以旋轉(zhuǎn)，可裝夾尺寸較大的工件；主軸可擺動，改變刀軸方向靈活。
3、定位五軸與聯(lián)運五軸
根據(jù)刀軸參與的加工方案來劃分類型，一般可分為如下兩類：
1）定位五軸（3+2軸）
定位五軸的刀軸矢量可以進(jìn)行改變，但固定后沿著整個切削路徑過程刀軸矢量不變，控制路徑軸x、y、z參與旋轉(zhuǎn)軸a（或者b）、c，既是旋轉(zhuǎn)軸a（或者b）、c定位后保持不變，只有x、y、z參與控制機(jī)床切削移動。
2）聯(lián)動五軸
整個切削路徑過程刀軸矢量可根據(jù)要求進(jìn)行改變變，控制路徑軸x、y、z控制旋轉(zhuǎn)a（b）、c，即是通常所說的五軸聯(lián)動加工技術(shù)。
二、客戶原有的模具數(shù)控編程加工工藝概況
為了更好的理解五軸加工技術(shù)所帶來的效益，先對對客戶原有的三軸加工工藝和工序狀況稍作介紹。
1、試切機(jī)床為德國的“dmg”（dmg－100p）機(jī)床；其行程為1000×1000×1000mm；控制系統(tǒng)為heid530；主軸zui高轉(zhuǎn)速24000rpm；使用年限：2008年新購，至今將近2年；編程所用的cam軟件為powermill；使用的刀具材質(zhì)為普通硬質(zhì)合金涂層刀具；試切工件是一電器面蓋注塑模具前模，如圖1所示：
2、常規(guī)三軸數(shù)控加工工藝表，如表1所示：
表1 三軸數(shù)控加工工藝表
行號
刀具和加工內(nèi)容
加工
時間（min）
路徑軌跡圖示
備注
1
φ12r0.5
開粗
61
-
2
φ8r0
二次開粗
15
參考前一刀具路徑作二次開粗
3
φ6r0
二次開粗
12
參考前一刀具路徑作二次開粗
4
φ3r0
二次開粗
10
參考前一刀具路徑對刀具長度允許范圍作二次開粗
5
φ2r0局部二次開粗
6
參考前一刀具路徑對局部范圍作二次開粗
6
φ8r4
中光加工
30
中光分形面和料位
7
φ8r4
精加工
75
精加工分形面和料位
8
φ12r0.5
中光加工
6
帶2度斜度直紋面中光加工
9
φ12r0.5
精加工
10
帶2度斜度直紋面精加工
10
φ3r0光平面和斜度面精加工
4
光平面和斜度面精加工
11
φ3r1.5
清角
17
按刀具伸出長度和參考φ8球刀定義清角范圍
12
φ2r1
清角
6
局部清角
- 合計時間
252
- -
上述三軸加工完成后，圖1“b局部截面示意圖”中所示的r角位只能使用r1.5的球頭刀進(jìn)行清角，并且局部陡峭位zui小只能使用r4的球頭刀；圖1“ａ局部截面示意圖”中所示的利角位zui小使用r1的球頭刀；分形枕位所有角位只能使用r1.5的球頭刀進(jìn)行清角；所剩下的殘留余量將留給電火花加工完成。
三、五軸加工工件試切
1．根據(jù)機(jī)床結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)型號修改后處理文件
試切機(jī)床為德國“dmg”（dmu -100p）機(jī)；行程1000×1000×1000mm；heid530控制系統(tǒng)，此機(jī)床為table－h(huán)ead型，兩個旋轉(zhuǎn)軸分別放置在主軸和工作臺上，工作臺旋轉(zhuǎn)，主軸擺動，改變刀軸方向靈活，且為非標(biāo)dmu -100p機(jī)床，與一般的標(biāo)準(zhǔn)dmu -100p機(jī)床不同之處在于主軸擺動軸是繞x軸旋轉(zhuǎn)為a軸，擺角為-125度至10度，而不是主軸擺動軸是繞y軸旋轉(zhuǎn)的b軸，擺角為-100度至90度。另外，還需增加特定的“atc高速高精度自適應(yīng)功能”指令。所以還需對powermill標(biāo)準(zhǔn)后處理文件（*.opt）作修改：
a） 將擺動軸設(shè)置為“azimuth axis = a”，將擺動軸的旋轉(zhuǎn)參照軸改為x軸“azimuth axis param= （ 0.0 0.0 0.0 1.0 0.0 0.0 ） ” 將旋轉(zhuǎn)軸的擺動極限修改為-125度至10度 “rotary axis limits= （ -125.0 10.0 -99000.0 99000.00.01 1 ） ”具體修改參數(shù)如下：
define keys
… …
azimuth axis = a
elevation axis = c
end define
… …
azimuth centre = （ 0.0 0.0 0.0 ）
azimuth axis param = （ 0.0 0.0 0.0 1.0 0.0 0.0 ）
… …
rotary axis limits = （ -125.0 10.0 -99000.0 99000.00.01 1 ）
b） 增加特定的“atc高速高精度自適應(yīng)功能” 即增加cycl def 392 atc循環(huán)指令，具體修改參數(shù)如下：
define block user tool_change_common
n ; g1 ; z-5 fmax ; m1 91 =c
… …
n ; cycl def 392 atc ~
q240=+2;process mode ~
q241=+2;default weight
end define
2．nc程序代碼含義
powermill后處理產(chǎn)生的nc程序段代碼及含義如下：
0 begin pgm 80_atc mm 程序開始
10 ; job number : rou-e12
11 ; program date : 06.03.08 - 22:23:24
12 ; programmed by: ysr
13 ; powermill cb : 1098025 編程項目相關(guān)信息
14 ; dp version : 1490
15 ; option file : dmu100p-h530
16 ; output workplane : 1
17 ;
18 ; tool list : 3 tools
19 ; no. id diameter tip rad length
20 ; 1 e12 12.0000.00060.000
21 ; 2 e12 12.0000.00060.000 所有刀具信息
22 ; 3 b10 10.0005.00050.000
23 ;
24 ; estimated cutting time : 3 toolpaths = 00:12:34 ） 理論加工時間
25 ;
26 lbl 170
27 cycl def 7.0 datum shift 原點平移
28 cycl def 7.1 x0.000
29 cycl def 7.2 y0.000 定義子程序“lbl 170”
30 cycl def 7.3 z0.000
31 plane reset stay plane 功能復(fù)位（傾斜加工面）
32 lbl 0
33 blk form 0.1 z x-60.009 y-50.003 z-25.0 定義毛坯形狀
34 blk form 0.2 x150.006 y50.008 z30.0
35 l m129 取消m128 （rtcp功能）
36 l m140 mbmax 沿刀軸退離輪廓至行程范圍極限
37 ; tool number : 1
38 ; tool type : endmill
39 ; tool id : e12 當(dāng)前刀具信息
40 ; tool dia. 12.000 length 60.000
41 tool call 1 z s3500 dl+0.0 dr+0.0 換刀指令，開轉(zhuǎn)速，長度、半徑補償為0
42 l z-5 fmax m91 z軸回機(jī)床原點下5mm
43 q1= +1500 ; plunge feedrate q參數(shù)賦值下切速度
44 q2= +2200 ; cutting feedrate q參數(shù)賦值切削速度
45 q3= +10000 ; rapid skim feedrateq參數(shù)賦值快進(jìn)抬刀速度
46 q4= +15000 ; rapid feedrate q參數(shù)賦值快進(jìn)速度
47 cycl def 392 atc ~激活高速高精度自適應(yīng)循環(huán)
q240=+2;process mode ~ atc表面光潔度優(yōu)先
q241=+2;default weight表示工件重量為默認(rèn)
48 cycl def 32.0 tolerance 激活公差循環(huán)
49 cycl def 32.1 t0.100 定義公差置（輪廓偏差）
50 cycl def 32.2 hsc-mode:0 定義公差置（更高的輪廓精度）
51 l m03 m03主軸順轉(zhuǎn)
52 l m129 取消m128 （rtcp功能）
53 ;
54 call lbl 170
55 cycl def 7.0 datum shift
56 cycl def 7.1 ix+0.000
57 cycl def 7.2 iy+0.000
58 cycl def 7.3 iz+50.000
59 plane spatial spa+0.000 spb+0.000 spc+0.000 stay 定義并啟動plane空間角功能
60 l a+q120 c+q122 fq4 m126 用tnc 計算的值定位，m126旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)軸上的zui短路徑移動
62 ; =========
63 ; toolpath : rou-e12 當(dāng)前刀具路徑名
64 ; workplane : world 程序編寫用戶坐標(biāo)系
65 ; =========
66 l m08 m08冷卻液開啟
67 l x+150.499 y-56.284 fq3
。。。 。。。
1223 l z+38.000 fq3
1224 l m127 取消m126
1225 call lbl 170執(zhí)行子程序“lbl 170”
1226 l m128 用傾斜軸定位時保持刀尖位置（rtcp功能）
1227 l x+32.353 y-3.083 z+88.000 a0.000 c0.000 fq3
1228 l x-31.465 y-38.000 z+67.500
。。。 。。。
1708 l x+111.057 y+21.866 z+30.000 fq3
1709 l z+88.000
1710 l m09 m08冷卻液關(guān)閉
1711 l m129 取消m128
1712 l m127 取消m126
1713 call lbl 170執(zhí)行子程序“lbl 170”
1714 l m140 mbmax 沿刀軸退離輪廓至行程范圍極限
1715 l a0.000 c0.000 r0 f max m94 a、c軸歸0，m94將旋轉(zhuǎn)軸的顯示值減小到360°以下
1716 l m05 主軸停止
1717 cycl def 32.0 tolerance
1718 cycl def 32.1
1719 l m30程序結(jié)束
1720 ;
1721 end pgm 80_atc mm 傳送程序結(jié)束