2fiveaxisV5.docx

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2fiveaxisV5

5轴加工

简介

5轴加工时，床头或工作台除沿三维坐标系做线性移动外也同时做旋转移动。

PowerMILL提供了多个有效的刀具定位方法。

5轴加工可通过一次装夹加工完毕使用3轴加工需多次装夹才能加工的零件。

使用5轴控制器可重新定位刀具，以加工沿Z轴无法直接加工的陡峭表面或是底切区域。

5轴加工时，必须确保选取了合适的切入切出和连接及三维限界，并仔细检查可能导致过切的区域，确保刀具路径无过切。

所有产生的刀具路径在运用于加工前，请确保其已进行过计算机仿真模拟加工检查。

5轴加工选项

PowerMILL刀轴的缺省设置为供3轴加工使用的垂直选项。

5轴加工的刀轴定位可通过点击主工具栏或是精加工表格

刀轴域（下图左图所示）中的图标

来进行。

前倾/侧倾

前倾角为刀具沿刀具路径方向的给定角度；侧倾角为和刀具路径方向垂直方向的给定角度。

如果这两个角度的设置均为零，则刀具方向将为刀具路径的法向。

刀具路径的法向为刀具路径产生过程中将其投影到曲面数据上时的方向。

对参考线精加工而言，此方向始终为垂直的；对投影精加工而言，其方向随局部投影方向的变化而变化。

∙从目录five_axis/3plus2b_as_5axis装载模型3plus2b.dgk。

∙按零件尺寸产生毛坯。

∙定义一直径为15mm的球头刀（bn15）。

∙输入安全Z高度185，开始Z高度180。

∙在刀具开始点表格中，设置方式：

固定；位置：

绝对并输入坐标值：

X-100Y0Z190。

∙在精加工表格

中选取平面投影选项，在刀轴选项中，将前倾和侧倾角均设置为0。

这将迫使刀具方向和加工策略的投影方向一致。

∙切入切出和连接

的设置如下：

∙Z高度:

------掠过15下切5

∙切入/切出:

------垂直圆弧:

角度90半径6

∙连接:

------短/长:

刀轴掠过安全:

刀轴安全Z高度。

∙按照下图在精加工表格中输入其它值，严格按照下面的刀轴表格填写刀轴表格。

最后点击应用按钮。

为比较应用效果，我们将在相同的区域使用参考线精加工策略产生一不同的加工策略，在此，刀轴将和平行精加工策略的向下投影方向呈30度。

∙将毛坯修改为：

-X最小-70X最大-58Y最小-50Y最大50

∙在精加工表格

中选取平行选项，设置刀轴-侧倾角为30。

∙

严格按照下图在精加工表格和刀轴表格中输入相应的值，然后点击应用按钮。

∙沿Y轴方向查看刀具路径并依次动态模拟两个刀具路径，比较不同前倾/侧倾选项设置所产生的结果。

注：

由于我们在平行策略中设置了合适的侧倾选项（30度的侧倾角），因此两条刀具路径的刀轴具有相同的方向。

前倾/侧倾是为单向刀具路径设计，其主要用来使刀轴及机床工作台和零件的陡峭区域保持一定的角度，从而使它们远离这些区域。

下一范例中的零件的下半部形状的加工，是一个在使用前倾/侧倾方法定位刀轴中应用合适侧倾值典型例子。

∙在浏览器视窗中，选取模型－全部删除。

∙从目录five_axis/joint_5axismc输入模型joint5axis.dgk。

∙按零件尺寸产生毛坯并将毛坯在X轴和Y轴方向偏置15mm。

∙定义一直径为25mm的球头刀（bn25）。

∙重设安全Z高度和开始Z高度。

∙在开始点表格中设置方式：

自动，位置：

毛坯中心安全Z高度。

∙按下面给定参数修改切入切出/连接

表格：

Z高度:

掠过45下切10连接:

刀轴掠过

∙在精加工表格

中选取直线投影选项，设置刀轴-侧倾值为-30。

∙严格按照下图在精加工表格和刀轴表格中输入相应的值，然后点击应用按钮。

下图是使用上述设置并应用过切保护（切入切出和连接设置）后所产生的加工结果。

注：

下面范例将继续使用这个模型。

朝向/自点

此选项允许在产生5轴加工刀具路径的过程中基于用户定义的点来定位刀轴。

方向是朝向刀具路径的预览参考线而不是实际的刀具路径。

朝向点选项适合于加工外部形状（如型芯），而自点选项适合于加工内部形状（如型腔）。

视窗中的当前模型的上半部分非常适合于选取朝向点选项进行加工。

注：

相同的方向条件（上图所示）将应用到第8页中的朝向/自直线中。

∙在精加工表格中

选取点投影选项。

∙按照下面给定参数设置切入切出和连接表格

：

Z高度:

------掠过45下切10

切入;------水平圆弧半径6.0角度90

切出:

------垂直圆弧半径6.0角度90

延伸;------向内/向外延伸移动距离30

连接;------刀轴安全Z高度

∙严格按照下图在精加工表格和刀轴表格中输入相应的值，然后点击应用按钮。

注：

刀具定位点在投影精加工焦点之下约10mm，这样可保证加工过程中旋转轴相对于机床工作台有一定的仰角，从而避免碰撞发生。

下图是对刀具路径的始端和末端进行过过切处理后的结果。

朝向直线/自直线

这些选项允许在产生5轴加工刀具路径的过程中基于用户定义的直线来定位刀轴。

方向是朝向刀具路径的预览参考线而不是实际的刀具路径。

朝向直线选项适合于加工外部形状（如型芯），而自直线选项适合于加工内部形状（如型腔）。

∙在浏览器中选取模型－全部删除。

∙通过目录five_axis/die_5axismc输入模型5axisdie.dgk。

∙设置一直径为25mm的球头刀。

∙按零件尺寸定义毛坯。

∙在开始点表格中设置方式：

自动，位置：

毛坯中心安全Z高度。

∙将切入切出和延伸均设置为无。

∙在精加工表格

中选取直线投影。

∙严格按照下页图中的表格输入精加工表格和刀轴表格中的值。

（注：

余量为0.5，仰角为80，不选取连接，选取单向）。

∙点取应用按钮。

下图是所产生的刀具路径（连接重设为刀轴安全Z高度）。

∙动态模拟所产生的刀具路径，然后打开切入切出和连接表格

，按照下面给定的值在表格中输入值：

切入--延伸移动距离10.0

切出--延伸移动距离20.0

延伸--向内/向外垂直圆弧半径10.0角度90.0

连接--短刀轴掠过

--短/长分界值10.0

--长刀轴安全Z高度

--安全刀轴掠过

∙在此，请确认过切检查设置为开，然后应用表格，修改激活的刀具路径。

修改后的刀具路径如下图所示。

固定方向

此选项允许用户指定刀轴方向，将刀轴设置为用户指定的角度。

在此，我们将使用这种选项来对当前模型的底切部分进行粗加工。

我们将使用固定方向的刀轴方向设置的直线投影策略，来产生余量逐步增加的多条刀具路径。

随后将对每条单个的刀具路径进行附加处理，将它们合并在一起，从而形成一个单一的粗加工策略。

为加速处理，我们将使用一个简单的宏（limitrghmc.mac）来按毛坯尺寸剪裁附加后的刀具路径。

所使用的宏位于five_axis\die_5axismc\rgh_macros。

∙产生一直径为25mm，刀尖半径为6mm的刀尖圆角端铣刀（d25t6）。

∙将切入切出和延伸全部设置为无。

∙打开精加工表格，按照下面的左图填写表格（首先将余量设置为3.0）。

∙

打开刀轴表格，将刀轴方向设置为固定方向，其它设置如下图所示。

∙接受刀轴表格并应用精加工表格。

∙将余量值修改为下面所指定的下一值，点击精加工表格中的应用按钮。

重复此过程，使用下面所给定的余量值产生刀具路径，直到全部12个刀具路径均产生。

3,6,（10到50，增量为5）

∙点击接受，关闭精加工表格。

∙复制最后产生的刀具路径，将其重新命名为d25t6a1_untrimmed，随后依次以余量递减次序将其余11条刀具路径附加在一起，产生出完整的粗加工策略。

∙运行宏limitrghmc.mac，以得到一经合适剪裁的的粗加工策略。

将新剪裁后的刀具路径重新命名为d25t6a1。

∙动态模拟刀具路径，然后在ViewMILL中加工仿真产生的策略。

下图为动态模拟和加工仿真的结果。

加工策略将从指定的最大余量50mm处开始，然后逐渐减少余量，重复策略，直到达到最小余量3mm，加工出工件的外形。

垂直

此选项将刀轴设置为垂直方向，这是3轴加工的缺省刀轴方向。

下面范例将应用这种设置来对零件的非底切侧进行粗加工。

∙

从主工具栏点取图标

，打开刀轴表格。

如下图所示，选取垂直选项。

∙使用相同的刀具（d25t6）－即直径为25mm，刀尖半径为6mm的刀尖圆角端铣刀产生一区域清除刀具路径，下切步距的方式设置为自动，值为15，其它设置使用下图所示的值。

∙将毛坯设置为：

-最小Y73最大Y110

∙点取应用，产生下图所示的一典型的3轴粗加工策略。

按参考曲面定位5轴刀具

在此，刀具路径投影到零件外形上而刀轴定位于用户定义的参考曲面的法向。

刀具路径可跨越或沿着（U或V）参考曲面，而行距则由单位距离或曲面曲线间的参数段来确定。

要产生参考曲面，用户必须拥有一合适的曲面造型软件，最好是PowerSHAPE。

下面范例中，我们将使用的是一已产生完毕的参考曲面，它以dgk文件格式保存在系统中。

∙通过目录PowerMILL_data/five_axis装载模型joint5axis.dgk，然后选取ReferenceSurface–joint_template1.dgk（下图的阴影部分模型）。

∙按零件尺寸产生一毛坯。

∙定义一直径为16mm的球头刀。

∙重设安全Z高度和开始Z高度。

∙在开始点表格中设置方式：

自动，位置：

毛坯中心安全Z高度。

∙在精加工表格

中预设公差为0.2，余量为0。

∙在切入切出和连接表格中

设置全部连接为刀轴掠过，将Z高度调整为30的掠过距离，下切距离为5。

∙选取ReferenceSurface–joint_template1.dgk（如上图所示）。

∙严格遵照下图填写精加工和刀轴表格，然后点取应用按钮。

如果将参考线方向设置为U，则刀具路径将沿着并对齐于参考曲面的经线方向（如下图所示）。

∙不勾取单向选项，设置参考线方向为V，然后点击应用按钮。

此时刀具路径将沿着并对齐于参考曲面的纬线方向（如下图所示）。

上面两条刀具路径的行距都是基于跨过参考曲面的单位距离值。

下面我们将使用参数段值修改精加工表格。

∙删除参考曲面–joint_template1.dgk，输入新的参考曲面-joint_template2.dgk。

∙如下图所示，将精加工表格中的曲面单位改变为参数，行距设置为0.1（单独参考曲面曲线间为10个‘行距’），然后选取新的参考曲面。

最后点击应用按钮。

行距-0.1（如下所示）将每对平行于加工方向的参考曲面－曲线分成10段。

要修正大的行距变化，参考曲面需要更多的曲线细节。

我们使用PowerSHAPE对参考曲面进行了修改，用修改后的参考曲面替换原参考曲面后，结果如下图所示。

∙删除参考曲面–joint_template2.dgk，输入修改后的参考曲面-joint_template2mod.dgk。

∙选取新的参考曲面并再次点击精加工表格中的应用按钮。

从上图可见，新产生的刀具路径具有更加恒定的行距。

∙删除全部刀具路径和模型，保留全部参数设置。

下面课程中我们将使用这些参数设置。

5轴笔式精加工和清角精加工

笔式和清角精加工选项将忽略5轴刀具定位。

可间接地通过使用参考线精加工策略（这种策略可识别5轴刀具定位）来得到5轴加工刀具路径。

如果将基础位置设置为自动，则可将按所选取的5轴刀具定位产生刀具路径（如下图所示）。

5轴笔式精加工

∙通过目录PowerMILL_data/five_axis/vert_pocket装载模型pocket_sld.dgk。

∙按零件尺寸产生毛坯。

∙定义一直径为8mm的球头刀。

∙重设安全Z高度和开始Z高度。

∙在开始点表格中设置方式：

自动，位置：

毛坯中心安全Z高度。

∙

严格按照下图所示填写精加工表格，选用笔式加工策略，然后点击应用按钮。

注：

如下图所示，使用笔式精加工策略时，5轴刀具定位选项无效。

然而，我们可通过所产生的3轴刀具路径，使用参考线精加工策略将此笔式精加工策略转换成5轴刀具路径。

∙严格遵照下图填写精加工表格。

在此我们使用参考线策略。

在刀轴表格中设置前倾/侧倾（前倾0；侧倾20）。

最后点击应用按钮。

如上图所示，勾取使用刀具路径选项，选取原始刀具路径为参考线，将基础位置设置为自动，以供5轴刀具定位。

所产生的5轴刀具路径如下图所示。

下图内侧的刀具路径为原3轴刀具路径。

∙按照下列参数设置并应用切入切出和连接选项：

∙Z高度:

---掠过15下切5

∙切入/切出:

---垂直圆弧角度90半径6

∙延伸:

---向内/向外延伸移动距离5

∙连接:

---短/长:

刀轴掠过安全:

刀轴掠过

∙动态模拟激活的刀具路径，显示5轴移动。

型腔中的底座和侧壁间的接触点如下图所示。

5轴清角精加工

前面范例是一使用笔式加工策略加工型腔内底座和侧壁间的相交部分的单向5轴刀具路径。

在此，5轴刀具定位通过设置相应的前倾/侧倾值（前倾：

0；侧倾：

20）实现。

但对双向刀具路径而言，这种方法就行不通了。

因为前倾/侧倾设置依赖于刀具路径方向（刀具将始终和刀具路径方向保存前倾角度）。

在随后的缝合清角范例中，我们将应用不受刀具路径方向影响的自点的5轴刀具定位方法。

∙使用和前面范例相同的设置，选用直径为8mm的球头刀。

∙严格遵照下图填写精加工表格，在此我们选用缝合清角策略。

点击应用按钮。

注：

如下图所示，使用缝合清角选项时5轴刀具定位选项无效。

但我们可使用所产生的3轴刀具路径通过参考线精加工策略来产生5轴刀具路径。

∙

严格遵照下图填写精加工表格。

在此我们使用参考线策略。

在刀轴方向表格中设置刀轴选项为自点-（100060），最后点击应用。

如上图所示，在此我们勾取了使用刀具路径选项，选取原始的刀具路径作为参考线。

基础位置设置为自动供5轴加工使用。

所产生的5轴刀具路径如下图所示。

∙使用下列参数应用切入切出和连接：

∙Z高度:

---掠过5下切5

∙切入/切出:

---垂直圆弧角度90半径3

∙延伸:

---向内/向外无

∙连接:

---段/长:

刀轴掠过安全:

刀轴掠过

∙动态模拟激活刀具路径，显示5轴移动。

型腔底座和侧壁间的接触点如下图所示（为更清晰地显示接触点，在此未显示切入切出和连接）。

5轴轮廓加工

轮廓选项可通过精加工表格访问，它可用来产生5轴轮廓路径。

在下面范例中，刀具定位由一专门产生的曲面控制，通过该曲面可使刀具和斜型腔的底部始终保持90度角。

注：

这个曲面不必实际存在于型腔。

∙从目录PowerMILL_data/five_axis/locnpad_5axismc装载模型locnpad.dgk及模型pocket.dgk（下图阴影部分）。

∙删除覆盖型腔的顶部表面。

∙按零件尺寸产生毛坯。

∙激活直径为16mm的球头刀。

∙重设安全Z高度和开始Z高度。

∙在开始点表格中设置方式：

自动，位置：

毛坯中心安全Z高度。

∙严格遵照下图设置精加工表格。

在此，我们使用轮廓策略，高级选项使用系统的缺省设置。

∙

在刀轴方向表格中型腔前倾/侧倾选项并设置前倾角和侧倾角为0。

∙确认已选取定义型腔底部的曲面，然后点击应用。

∙于是产生下图所示的刀具路径。

可看到，在每条轮廓路径中，刀具始终和零件的侧壁对齐，最后的一条路径和底部曲面轮廓完全吻合。

∙动态模拟刀具路径，观察刀具方向。

可看到，刀具方向始终和参考曲面垂直。

∙从相同目录中装载另一模型flat_pktbase，重复上述操作，仍然选取原始底部曲面为参考曲面。

查看刀具路径可见，刀具仍然和底部（已选）参考曲面对齐，但这一次轮廓刀具路径却按上面的基础曲面剪裁。

下面范例将为您演示如何使用轮廓策略来加工零件的侧壁。

计算完毕刀具路径后，我们需对刀具路径进行进一步剪裁，仅在底座部分留下一条单个的刀具路径。

.

∙选取零件的侧面，定义一直径为16mm的端铣刀。

∙在切入切出和连接表格中将全部连接均设置为刀轴掠过，将Z高度调整为掠过距离75，设置下切距离为10。

∙打开精加工表格，选取轮廓策略，严格遵照下图输入相应的值。

最后点击应用。

下面来修改所得到的刀具路径，仅留下绕底部的一单条刀具路径。

∙使用左鼠标键选取不希望保留的刀具路径，然后点击右鼠标键，弹出刀具路径菜单。

∙从弹出菜单中选取编辑->删除已选选项，仅保留最底部的那条路径。

∙动态模拟刀具路径，观察刀具移动是否绕零件外壁按变化的角度移动。

5轴Swarf加工

Swarf选项可通过精加工表格访问。

这种策略可产生使用刀具侧刃加工已选曲面的刀具路径，因为刀具需要在全部切削深度上和曲面接触，因此仅可用在可展曲面上。

∙

从目录PowerMILL_data/five_axis/swarf_mc装载模型swarf_model.dgk，模型如下图阴影所示。

∙按零件尺寸产生一毛坯。

∙产生一直径为12mm刀尖半径为1的刀尖圆角端铣刀。

∙重设安全Z高度和开始Z高度。

∙在开始点表格中设置方式：

自动，位置：

毛坯中心安全Z高度。

∙在精加工表格中选取Swarf选项，然后严格按照下图填写表格的其它部分，高级选项使用缺省设置。

∙点击图标

，打开切入切出和连接表格，按下面给定参数输入设置：

Z高度:

掠过距离20.00--下切距离5.0

切入:

水平圆弧–角度90–半径6.0

切出:

水平圆弧–角度90–半径6.0

延伸:

向内/向外–延伸移动–距离10

连接:

短/长/安全–刀轴掠过

∙选取下图所示的阴影部分曲面进行Swarf加工。

点击精加工表格中的应用按钮。

∙撤销刚才曲面的选取，动态模拟所产生的刀具路径，观察对已选曲面进行Swarf加工时刀具角度的变化（刀具路径显示在下页）。

∙使用右鼠标键在浏览器中点击并选取刀具路径，弹出一下拉菜单。

菜单的上半部分如下左图所示。

∙使用左鼠标键选取选取曲面选项。

于是刚才用于产生刀具路径的曲面重新被选取。

∙产生一直径为10mm的端铣刀。

∙在精加工表格中使用和上面相同的设置，沿外壁凹槽底部（如下图所示）产生一Swarf加工刀具路径。

∙不选取曲面，动态模拟刚才所产生的刀具路径。

观察对已选曲面进行Swarf加工时刀具角度的变化。

∙如下图所示选取多组曲面，按下图表格修改Swarf策略右下角的多重切削域中的设置，然后点击应用按钮。

∙不选取曲面，动态模拟刚才所产生的刀具路径。

观察对已选曲面进行多重Swarf加工时刀具角度的变化。

∙使用左鼠标键选取选取曲面选项。

于是刚才用于产生刀具路径的曲面重新被选取。

∙按照下图修改Swarf策略右下角的避免过切和多重切削域中的设置并点击应用按钮。

径向和轴向余量

∙在PowerMILL浏览器中删除当前的模型数据及全部刀具路径。

∙从目录PowerMILL_data/five_axis/locnpad_5axismc下装载模型locnpad.dgk及模型pocket.dgk（下图阴影部分）。

∙删除覆盖型腔的顶部表面。

∙按零件尺寸产生毛坯。

∙激活直径为10mm的端铣刀。

∙重设安全Z高度和开始Z高度。

∙在开始点表格中设置方式：

自动，位置：

毛坯中心安全Z高度。

∙选取曲面定义型腔壁。

∙在精加工表格中选取Swarf策略，严格遵照下图设置精加工表格（除下图所示外，其它选项均使用缺省设置）。

注：

径向/轴向余量通过点击图标访问。

∙

将余量设置改变为径向0，轴向3。

∙选取曲面定义型腔壁（如下图阴影所示）并点击精加工表格中的应用按钮。

∙将余量设置改变为径向3，轴向0，然后点击精加工表格中的应用按钮。

∙选取沿Y轴查看，放大视图并比较结果。

3mm轴向余量

3mm径向余量

刀具路径间的刀具移动控制

5轴移动通常被限制在一指定的角度范围，具体的范围和所使用的机床类型有关。

有时产生的刀具路径可能在此范围中，但随后其移动到新的下刀位置或换刀位置的过程则可能超出此范围。

为避免这种情况发生，PowerMILL提供了以下几种方法来解决此问题：

1.在NC程序列表中的刀具路径间插入用户坐标系。

需要时也可将NC程序列表中的用户坐标系定义为换刀点。

2.插入一定义在三维空间的参考线加工操作作为刀具的中间移动。

3.使用开始点表格

，通过第一点或第一点安全Z高度来限制移动。