NX CAM在五轴定位加工中的应用

一、五轴联动加工与五轴定位加工的特点与差异

　　五轴联动加工与五轴定位加工适用的行业对象不同，联动加工适合曲面加 工，定位加工适合于平面加工，我厂为 机械厂，故本文介绍后一种方法。表1为 两者的区别。

　　图1为我单位某工件，图中除红色 面(圆角面)必须用五轴联动外，其余 部位均可使用定位加工实现。

图一

　　二、五轴定位加工手工编程与电脑编程的特点与差异

　　一直以来，我厂五轴机床并未发挥其应有的性能，开始时作三轴使 用，后来虽使用了五轴功能，但处于手工作业(简称“手工五轴编程”)的方 式：加工前由程序员告知操作者机床刀 轴的角度，操作者根据此角度在机床中 手动设置B C 轴，然后在工件上对刀， 使其与编程的坐标系一致，再调用程序加工，亦即手工作旋转轴定位动作，然 后以三轴方式加工。由于此方式涉及手 工计算B C 轴旋转角度，故计算容易失 误，增加多余劳动，加工工位多时，效 率低下。且对稍复杂零件如图1当中的 蓝色圆柱面(及孔)，虽能计算出圆柱轴线的旋转轴定位角度但却无法在加工 方向上对刀加工。

　　在实用化的五轴定位加工中，上述旋转轴BC的旋转角度、定位位置数值均由电脑通过指定局部坐标系并 由后处理生成的(简称“自动五轴编 程”)，编程员只需在编程时设置不同待加工部位的局部坐标系，在此坐标系 下以普通三轴方式编程即可。由此，编 程员只需校核实体模型的正确和准确与 否，至于机床如何旋转与定位，便变得 与编程无关，亦与操作者无关。表2所 示为“手工五轴编程”与“自动五轴编程”的对比。

　　三、NX　CAM在“支架”定 位加工中的实现

　　“支架”产品如图2所示：要求一次装夹加工完成除总长外全部特征。加工坐标系G54原点位于工件上表面圆心处。其中+X 指向凸耳方向，+Y 指向工件后方，+Z 向上。操作者以此坐标系对刀。

　　1.工艺规划

　　此工件已精车完成外形，铣加工部分可在一次装夹中全部完成，其中四个径向槽、Φ 1.5光孔(图中最小孔)及凸耳根部的清根(图中红色线处)需使用5轴定位功能，其余均可使用3轴功能完成。因本文讨论五轴定位功能，故以图中红色线处的清根加工为例说明。

　　2.五轴定位加工的原理

　　五轴定位加工的原理实质上就是三轴功能在特定角度(即“定位”)上的实现，简单地说，就是当机床转了角 度以后，还是以普通三轴的方式进行加工，因此三轴应用上的特性均可在五轴 定位加工上重复使用，其实现的方法是 通过对坐标系的旋转和平移。结合图例 来说，即由图2 的对刀坐标系G 54(又 称“主坐标系”)转变为如图3所示的 加工(编程)坐标系(又称“局部坐标 系”，原点位于Φ 1.5孔圆心，+X 仍指向 凸耳方向，+Y 变为指向工件上方，+Z 变 为指向工件前方)，上述步骤的意义和 目的在于：主坐标系G 54沿用普通三轴对 刀方式，对机床操作者无任何其他额外 要求;局部坐标系与操作者无关，它只用来生成控制机床BC 轴旋转定位的坐标值，B C 轴依此坐标值并通过840D系统的 R T C P功能(即T R A O R I指令)自动跟踪至 新的坐标位置。当然，旋转轴的旋转角 度需经由后处理正确计算出来。

　　对于840D系统的程序格式而言，旋 转指令为ROT和AROT，平移指令为TRANS 和ATRANS，需要注意的是，ROT和TRANS 指令均为替换指令，其后再次平移或旋 转需使用附加指令。

　　3.运用NX　CAM编程

                                                      图二                     图三

以图3为例一步一步说明如何实现NX 的定位加工编程。

　　(1)在N X中建立工件实体模型，实体 模型可更好地防止过切。

　　(2 )在操作导航器中建立如图2中所示的主坐标系MCS ，双击此坐标系并将其用途设为“ 主要的 ” ， 即。此坐标系与工 件在机床上的装夹方向相一致并便于操 作者对刀确定G54。

　　(3)在其下添加如图3中所示的局部坐 标系作为子节点，其原点设为Φ 1.5孔圆 心(原点及XY 方向随意，程序阅读方便即 可)，+Z M (刀具轴)必须指向平面正法 向(即工件前方)，指定其用途为“局部” ，“局部” 的实际意义为：生成的N C程序坐标值参 照此坐标系而非G 54。指定输出为“CSYS旋转” ，“CSYS旋转”意义很明显：后处理将操作者对刀的G 54“旋转”设置为N C程序的参照坐标系，由此产生出相应的TRANS及 ROT语句。

　　(4)使用平面铣类型中的“PLANAR PROFILE”子模板创建操作。在随后弹出的界面中选择图3中的红色线作为零件边界，并指定为相切。指定红色线所在 的平面作为底面。调整走刀方向及进退刀，并在非切削运动项中开启刀具半径 补偿，生成刀轨如图3所示。此步骤与普 通三轴编程无异。

　　(5)程序代码及说明：

　　N0001 G40 G17 G54 G90 (基本 设置及选定坐标系)

        Path Name: FLOWCUT1(程序名称注释)

　　 Part stock:0.00 Floor stock:0.0

　　(加工余量注释) N0002 T02 D00

　　N0003 M06　　(调用刀具)

　　N0004 S7958 D01 M03 　(主轴正 转调用刀补)

　　N0005 TRAORI　(开启五轴转换， 为刀具定位运动时的自动跟踪作准备)

　　N0006 TRANS X6.5000 Y-2.0000

　　Z-3.0000 (坐标系平移至Φ1.5孔圆 心，注意此时坐标系方位没变，+ZM仍 指向工件上方，机床无动作)

　　N0006 AROT X90.000　AROT Y0.000　A R O T Z0.000　 (AROTX90.000语句使得G54坐标系绕X轴旋转90°，+ZM改变为法向于待加工面，此 时机床无动作)

　　N0007 G01 X2.017 Y3.698 Z112. F22222.　(刀具运动至“局部坐标系” 所确定的第一个坐标位置，此时BC轴不动，刀具轴未变)

　　N0008 A3=0.0 B3=0.0 C3=1.0

　　(BC轴联动，刀轴由垂直于工作台变为 垂直于待加工面)

　　N0009 Z3. F15000. (开始正常三 轴加工，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“局部坐标 系”，系统回到G54坐标系，机床无 动作)

　　N0020 A3=0.0 B3=0.0 C3=1. (BC 轴联动，B轴由卧式转为立式，刀轴重 定位至G54+ZM)

　　N0021 TRAFOOF (关闭五轴转换) N0022 M05 M09　(程序结束) N0023 M30　(回程序头)

　　(6)运行程序并在机床刀具补偿页面调整刀具长度磨耗及半径磨耗值，以实 现深度及径向上的公差调整。

　　四、结束语

　　上述程序可实现多个子程序合并为单一程序，并使用一个坐标系，对刀时仅对第一把刀(零号刀)即可，并将其 存为G54，其他刀具以对刀仪对刀方式得 出刀长。如此一来可实现加工原理、装夹和对刀均简单化，方便编程员及操作 者，改变了长期以来“手工五轴编程” 的落后局面，提高生产效率。