一、五軸聯動加工與五軸定位加工的特點與差異

　　五軸聯動加工與五軸定位加工適用的行業對象不同，聯動加工適合曲面加 工，定位加工適合于平面加工，我廠為 機械廠，故本文介紹后一種方法。表1為 兩者的區別。

　　圖1為我單位某工件，圖中除紅色 面(圓角面)必須用五軸聯動外，其余 部位均可使用定位加工實現。

圖一

　　二、五軸定位加工手工編程與電腦編程的特點與差異

　　一直以來，我廠五軸機床并未發揮其應有的性能，開始時作三軸使 用，后來雖使用了五軸功能，但處于手工作業(簡稱“手工五軸編程”)的方 式：加工前由程序員告知操作者機床刀 軸的角度，操作者根據此角度在機床中 手動設置B C 軸，然后在工件上對刀， 使其與編程的坐標系一致，再調用程序加工，亦即手工作旋轉軸定位動作，然 后以三軸方式加工。由于此方式涉及手 工計算B C 軸旋轉角度，故計算容易失 誤，增加多余勞動，加工工位多時，效 率低下。且對稍復雜零件如圖1當中的 藍色圓柱面(及孔)，雖能計算出圓柱軸線的旋轉軸定位角度但卻無法在加工 方向上對刀加工。

　　在實用化的五軸定位加工中，上述旋轉軸BC的旋轉角度、定位位置數值均由電腦通過指定局部坐標系并 由后處理生成的(簡稱“自動五軸編 程”)，編程員只需在編程時設置不同待加工部位的局部坐標系，在此坐標系 下以普通三軸方式編程即可。由此，編 程員只需校核實體模型的正確和準確與 否，至于機床如何旋轉與定位，便變得 與編程無關，亦與操作者無關。表2所 示為“手工五軸編程”與“自動五軸編程”的對比。

　　三、NX　CAM在“支架”定 位加工中的實現

　　“支架”產品如圖2所示：要求一次裝夾加工完成除總長外全部特征。加工坐標系G54原點位于工件上表面圓心處。其中+X 指向凸耳方向，+Y 指向工件后方，+Z 向上。操作者以此坐標系對刀。

　　1.工藝規劃

　　此工件已精車完成外形，銑加工部分可在一次裝夾中全部完成，其中四個徑向槽、Φ 1.5光孔(圖中最小孔)及凸耳根部的清根(圖中紅色線處)需使用5軸定位功能，其余均可使用3軸功能完成。因本文討論五軸定位功能，故以圖中紅色線處的清根加工為例說明。

　　2.五軸定位加工的原理

　　五軸定位加工的原理實質上就是三軸功能在特定角度(即“定位”)上的實現，簡單地說，就是當機床轉了角 度以后，還是以普通三軸的方式進行加工，因此三軸應用上的特性均可在五軸 定位加工上重復使用，其實現的方法是 通過對坐標系的旋轉和平移。結合圖例 來說，即由圖2 的對刀坐標系G 54(又 稱“主坐標系”)轉變為如圖3所示的 加工(編程)坐標系(又稱“局部坐標 系”，原點位于Φ 1.5孔圓心，+X 仍指向 凸耳方向，+Y 變為指向工件上方，+Z 變 為指向工件前方)，上述步驟的意義和 目的在于：主坐標系G 54沿用普通三軸對 刀方式，對機床操作者無任何其他額外 要求;局部坐標系與操作者無關，它只用來生成控制機床BC 軸旋轉定位的坐標值，B C 軸依此坐標值并通過840D系統的 R T C P功能(即T R A O R I指令)自動跟蹤至 新的坐標位置。當然，旋轉軸的旋轉角 度需經由后處理正確計算出來。

　　對于840D系統的程序格式而言，旋 轉指令為ROT和AROT，平移指令為TRANS 和ATRANS，需要注意的是，ROT和TRANS 指令均為替換指令，其后再次平移或旋 轉需使用附加指令。

　　3.運用NX　CAM編程

                                                      圖二                     圖三

以圖3為例一步一步說明如何實現NX 的定位加工編程。

　　(1)在N X中建立工件實體模型，實體 模型可更好地防止過切。

　　(2 )在操作導航器中建立如圖2中所示的主坐標系MCS ，雙擊此坐標系并將其用途設為“ 主要的 ” ， 即。此坐標系與工 件在機床上的裝夾方向相一致并便于操 作者對刀確定G54。

　　(3)在其下添加如圖3中所示的局部坐 標系作為子節點，其原點設為Φ 1.5孔圓 心(原點及XY 方向隨意，程序閱讀方便即 可)，+Z M (刀具軸)必須指向平面正法 向(即工件前方)，指定其用途為“局部” ，“局部” 的實際意義為：生成的N C程序坐標值參 照此坐標系而非G 54。指定輸出為“CSYS旋轉” ，“CSYS旋轉”意義很明顯：后處理將操作者對刀的G 54“旋轉”設置為N C程序的參照坐標系，由此產生出相應的TRANS及 ROT語句。

　　(4)使用平面銑類型中的“PLANAR PROFILE”子模板創建操作。在隨后彈出的界面中選擇圖3中的紅色線作為零件邊界，并指定為相切。指定紅色線所在 的平面作為底面。調整走刀方向及進退刀，并在非切削運動項中開啟刀具半徑 補償，生成刀軌如圖3所示。此步驟與普 通三軸編程無異。

　　(5)程序代碼及說明：

　　N0001 G40 G17 G54 G90 (基本 設置及選定坐標系)

        Path Name: FLOWCUT1(程序名稱注釋)

　　 Part stock:0.00 Floor stock:0.0

　　(加工余量注釋) N0002 T02 D00

　　N0003 M06　　(調用刀具)

　　N0004 S7958 D01 M03 　(主軸正 轉調用刀補)

　　N0005 TRAORI　(開啟五軸轉換， 為刀具定位運動時的自動跟蹤作準備)

　　N0006 TRANS X6.5000 Y-2.0000

　　Z-3.0000 (坐標系平移至Φ1.5孔圓 心，注意此時坐標系方位沒變，+ZM仍 指向工件上方，機床無動作)

　　N0006 AROT X90.000　AROT Y0.000　A R O T Z0.000　 (AROTX90.000語句使得G54坐標系繞X軸旋轉90°，+ZM改變為法向于待加工面，此 時機床無動作)

　　N0007 G01 X2.017 Y3.698 Z112. F22222.　(刀具運動至“局部坐標系” 所確定的第一個坐標位置，此時BC軸不動，刀具軸未變)

　　N0008 A3=0.0 B3=0.0 C3=1.0

　　(BC軸聯動，刀軸由垂直于工作臺變為 垂直于待加工面)

　　N0009 Z3. F15000. (開始正常三 軸加工，下同)

　　N0010 Z0.0 F239. N0011 G41 X2. Y3.6

　　N0012 Y0.0

　　N0013 Y-11.

　　……

　　N0016 X2.017 Y-13.098

　　N0017 Z1.

　　N0018 Z112. F15000. (退刀至安 全高度)

　　N0019 ROT (取消“局部坐標 系”，系統回到G54坐標系，機床無 動作)

　　N0020 A3=0.0 B3=0.0 C3=1. (BC 軸聯動，B軸由臥式轉為立式，刀軸重 定位至G54+ZM)

　　N0021 TRAFOOF (關閉五軸轉換) N0022 M05 M09　(程序結束) N0023 M30　(回程序頭)

　　(6)運行程序并在機床刀具補償頁面調整刀具長度磨耗及半徑磨耗值，以實 現深度及徑向上的公差調整。

　　四、結束語

　　上述程序可實現多個子程序合并為單一程序，并使用一個坐標系，對刀時僅對第一把刀(零號刀)即可，并將其 存為G54，其他刀具以對刀儀對刀方式得 出刀長。如此一來可實現加工原理、裝夾和對刀均簡單化，方便編程員及操作 者，改變了長期以來“手工五軸編程” 的落后局面，提高生產效率。