浅析五轴加工中心数控编程技巧

陈晓燕

摘 要：五轴加工能够对复杂的零部件进行自动化加工，因此五轴加工是数控加工中应用最广泛的。但在加工数控编程方面，五轴加工中心数控编程往往需要机床的生产商提供，导致五轴加工在实际使用中受到了限制。该文以五轴加工中心为研究对象，对数控编程进行探讨，总结和分析五轴加工中心的數控编程技巧，具有重要的现实意义和价值。

关键词：五轴加工中心 数控编程 技巧

中图分类号：TH164 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）06（a）-0008-02

近年来，五轴加工中心的应用越来越广泛。但在应用中发现，五轴加工中心数控编程的过程中，存在编制困难，加上企业的技术封锁，数控加工的零部件发生变化，相应的编程也发生了变化，而编程技术仅仅由机床的卖方提供，更改数控程序导致加工周期增长，影响零部件的生产，加工成本也随之上升。掌握五轴加工中心数控编程一些基本的技巧，是五轴加工中心得以普及应用的一个关键性的问题。

1 数控编程概述

数控是指通过数字控制对机器进行自动化操控。数控编程包括零部件样图分析、选择加工工艺、规划走刀轨迹、获取刀位参数、编写加工程序、校对程序等。有手工编程和自动编程两种方法。手工编程是指编程的各个阶段均由人工完成。对于几何形状复杂的零件需借助计算机使用规定的数控语言编写零件源程序，经过处理后生成加工程序，称为自动编程。自动编程常用的编程软件有UG、Catia、Cimatron、FeatureCAM、EdgeCAM、VERICUTVERICUT等。数控编程随着数控技术的发展而不断的发展，难度也在不断的提升。

数控编程的步骤主要有：零部件的造型、进行加工处理、刀位文件的生成、后置的处理、形成NC代码和进行加工。首先，要确定加工工艺，对零部件的形状、材料、尺寸和毛坯进行分析，明确加工内容。确定加工的方案、走刀的路线等工艺参数以及选择合适的刀具等。其次，根据零件的几何形状、尺寸、刀具路线等计算出零部件加工的起点、终点和坐标等，进行建模，建模的过程中特别要注意特征建模时一定要仔细，稍有疏漏可能模型与实际要加工的零部件就相差很远了。选择工艺参数时要遵循最优化的原则。其次，就是运用规范的功能指令代码和程序段格式对加工程序进行编写。然后就需要将编写好的程序通过键盘、鼠标或计算机的接口输入到系统中。接着需要将编写好的程序利用系统的图形显示出来，对刀具路线的精确性进行确认。再对程序进行反复试运行，切割出的零部件与原件进行对比，如发生误差，则需要对误差产生的原因进行分析核对，对程序进行修正，直至做出合格的零部件。一个数控加工程序是由若干个程序段组成的。程序段格式是程序段中的字、字符及数据的排列形式。程序的格式包括程序的开始符、结束符、程序名、程序主体和程序结束。程序名有两种形式：一种是英文字母O（%或P）和1～4位正整数组成；另一种是由英文字母开头，字母数字多字符混合组成的程序名（如TEST1等）。程序主体则是由若干个程序段组成的。每个程序段一般占一行。

2 五轴加工中心简介

五轴加工中心是在计算机数控（CNC）系统的控制下，在至少5个坐标轴（3个直线坐标和两个旋转坐标）上同时协调运动，进行加工的机床系统。6个空间方位是指X轴、Y轴、Z轴3个轴以及围绕着3个轴旋转的3个坐标A、B、C。6个空间方位在实际生产中，对至少3个轴和3个坐标中的两个坐标的空间方位进行加工。由于可以至少在5个坐标轴并且可在空间的任意位置以任意状态进行加工，所以可有效避免刀具干涉，对于直纹面类零件，可采用侧铣方式一刀成型，而对一般立体型面特别是较为平坦的大型表面，可用大直径端铣刀端面贴近表面进行加工。同时，还可一次装卡对工件上的多个空间表面进行多面、多工序加工，零件表面上的误差分布均匀。五轴加工中心的刀具，可以满足多轴零件加工所需的高动态性能的需求，目前具有较高的应用价值和广泛的应用范围。该文列举了几种常见的五轴加工中心的实物图，如图1所示。

3 五轴加工中心数控编程中的技术问题

五轴加工中心数控编程存在的技术问题：一是零部件越来越复杂导致建模的复杂性，特别是对参数的精确性的要求也是越来越高；二是刀具的线路复杂，从而需要对多方面的因素进行全面分析；三是由于使用的编程软件不同导致刀位文件的格式不同，刀位文件格式之间无法进行简易的转化；四是NC代码的格式存在不一致的情况。

4 五轴加工中心数控编程常用技巧

4.1 刀位的轨迹生成技巧

五轴加工中心刀位的路线复杂，但刀位的轨迹却是关乎数控编程成功与否的关键。刀位的轨迹生成的过程为对零部件表面按规则先生成特征点的曲线，再对特征点曲线进行计算来生成刀位的轨迹。刀位的轨迹生成方法很多，该文介绍常用并且好掌握的一种方法。

等参数线法计算的方法和步骤简单，能够满足日常实践中遇到的多数零部件的几何特征。

4.2 刀具干涉的处理技术

刀具的干涉就是在刀具运动的过程中被加工的零部件和其他刀具过切和欠切的情况。这个问题是在零部件加工的过程中遇到的比较难解决的问题。刀具的干涉可以分为过切、碰撞和超程干涉3种。过切是指曲面的曲率半径小于刀具的曲率半径时所产生的问题。碰撞是指切割工具与加工的曲面发生碰撞。超程顾名思义，是指刀具位点超出了机床的工作范围。通常情况下，可以沿着轴进行平移、纵移或者沿着轴线进行摆动来排除刀具的干涉问题。

4.3 后置处理的实现技巧

后置处理的任务包括非线性误差的处理、速度控制的处理和数控程序格式的处理。非线性误差是由刀具相对于加工部件来说在进行加工的过程中存在位置的移动，导致零部件的精确度发生了问题。这个问题主要是通过增加密集度、切量变残量和插入新点等方法尽量减少误差来进行解决的。在速度控制上，保持恒定的加工速度特别重要。同时，也要及时对机床的零部件的速度、惯性等参数进行检查，并适时进行调整。数控程序格式的处理就相对简单一些。对一类零部件编制加工程序，不需要对每一个零部件都编一个程序。加工同一类零部件只是尺寸不相同，可以使用用户宏，将零件的实际尺寸数值用用户宏进行命令赋予变量就可以实现。

5 结语

掌握五轴加工中心数控编程技巧，不仅要掌握基本的几何知识、机械制图基础、基础英语、机械加工常识、基础三维造型技能等理论知识，更需要在实践中进行熟练化的练习，并在程序编写的过程中发现问题，摸索解决。

参考文献

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[2] 徐宏海，王莉.数控机床机械结构与电气控制[M].北京：化学工业出版社，2011.

[3] 陈涛，彭芳瑜，周云飞.基于结构误差补偿的多坐标机床后置变换[J].中国制造业信息化，2003，32（2）：88-90.