基于POWERMILL的数控加工路径分析

陈建武

（湄洲湾职业技术学院机械工程系 福建 莆田 351254）

0.引言

科学技术的发展，使数控机床在工业生产中占据着日益重要的地位，而在数控机床对加工构件进行加工过程中，数控加工路径的精确性直接影响到工件的加工质量，而且良好的数控加工路径还能在一定程度上节约材料。因此必须要将数控加工路径编缉作为整个工件加工过程中的重中之重，而POWERMILL 软件的出现，使数控加工路径编缉中的重难点得到了有效解决，大幅提高了数控加工路径的精确性，使工件加工质量得到了明显提高。但如何通过POWERMILL 软件来更加高效的编缉数控加工路径，却也已成为诸多加工人员非常关注的课题。为此，有必要对基于POWERMILL 的数控加工路径进行深入的分析，以此帮助加工人员更加合理的应用POWERMILL 软件来对数控加工路径进行编缉。

1.五轴数控机床的数控加工控制方式

目前所使用的数控机床中，以五轴数控机床最为常见，但在利用POWERMILL 软件对五轴数控加工程序进行编制时，刀轴控制也已成为其重难点所在。对刀轴进行高效的控制，不仅有助于工件加工质量的提高，而且能够大幅加快加工速度、节约加工材料。现阶段，对刀轴进行控制的方法主要包括点控制、曲面控制、曲线控制以及综合控制这四个类别，例如，在利用POWERMILL 软件对刀轴进行控制时，需要对刀轴的垂直、倾侧、朝向点、前倾、固定方向、自曲线等选项进行设置。对于五轴数控机床来说，刀轴的垂直加工方式应采用3+2 模式，而在对刀轴进行点控制时，则可选择朝向点或自点两种方式，用户可自行对刀轴点进行定义，而在对刀具的加工路径朝向进行选择时，则对线进行参考而不是路径。在对朝向点进行选择时，应确保朝向点能够与加工外部形状相符合，而在选择自点时，则应与加工内部形状相符合。直线作为一种较为特殊的曲线，对于曲线的控制来说，主要包括朝向直线、朝向曲线、自直线与自曲线四种控制方式，在上述方式中，均可由用户来对刀轴曲线进行定义，其中，对于朝向曲线及朝向直线的选择来说，应与加工外部形状相符，而对于自曲线及自直线的选择来说，则应与加工内部形状相符。在进行曲面控制时，既可以对工件自曲面进行选择，也可以由用户来对辅助曲面进行定义。在对工件侧壁进行精加工时，如果使用刀轴的自动控制模式，如果刀轴是按照曲面进行切矢运动时，则为曲面控制方式，如果利用三维坐标轴中的极坐标来定义刀轴固定方向，则也同样为曲面控制方式。刀具在按照指定的路径进行方向运动时，可以对刀具的前倾角或侧倾角进行定义，以使刀具能够按照加工路径中的线或面来进行加工，此种控制方式为综合控制方式。

2.五轴数控机床的数控加工路径分析

2.1 数控加工路径中的点控制

以下便对五轴数控机床的数控加工路径中的点控制方式进行分析，当工件的壳体属于管状结构时，并且工件圆周分布有两个对称性质的形状为倒锥形的方腔，如果采用三轴机床来进行成形刀加工，虽然加工效率比较高，不过刀具在对工件四周中的拐角位置进行加工时，则可能会产生欠切问题，并且还需要对成形刀进行定制，这无疑便增加了工件的加工成本。因此，需要通过五轴数控机床来对该工件进行加工，对于刀轴的控制应采用点控制方式，由用户对该点的坐标进行定义，在定义点时，通常需要在方腔中心的上部位置进行定义，在对点坐标进行输入时，其切削情况可能会有三种，第一种是刀轴控制点在三维坐标系的Z 轴中较低，采用底齿来对工件进行切削，并设置大进给量与小步距切削，以实现对工件的高精度加工，该切削方法的应用是最为普遍的。第二种是刀轴控制点在三维坐标系的Z 轴中较高，具时工件和刀具之间所接触的点是位于刀具侧齿的，如果采用这种方式，会产生欠切问题。第三种是刀轴控制点在三维坐标系的Z 轴中处于最佳位置，此时工件和刀具是呈侧面相切的，利用这种方式虽然加工精度高且效率较快，但其在对方腔中的侧面进行切削时，会出现不同侧面的Z 轴坐标高度也不尽相同。综合以上情况的考虑，在应用点控制方式时，对控制点Z 坐标位置的确定可通过型腔中心线、工件和刀具的侧面切线以及工件壳体中分布的回转中心线这三条线来构成直角三角形，并以该直角三角形来对最佳控制点的Z 坐标位置进行确定。

2.2 数控加工路径中的曲线控制

在利用曲线控制方法对刀轴进行控制时，曲线在空间中所处的位置直接影响到刀具路径质量，因此在对数控加工路径进行编程时，如果采用曲面精加工方式，对于刀轴的控制则应与曲线的朝向相一致，刀轴控制线应为圆弧面中心线，刀轴在运动过程中应按照圆弧法线方向进行运动，并确保刀具的底齿能够和圆弧面进行相切。由于刀具底齿中心在刀具运动过程中的切削速度是0，这就造成底齿中心点是对工件进行挤削的，因此无法进行正常切削，此时应在圆弧面中心线的上端对刀轴控制线进行设定，这时刀具在对圆弧面进行切削时，刀具的底齿便从圆弧的顶端转变为侧齿，从而使上述问题得到有效解决，提高工件的切削效果。

2.3 数控加工路径中的曲面控制

对于五轴数控车床来说，其刀具自由度相比于三轴来说要更多，并具备更复杂的控制姿态，因此在采用曲面控制方式来控制刀轴时，应将最大材料去除率作为加工原则。由于刀轴控制采用最高效率时会产生较大的机床轴角与刀轴矢量改变，从而频繁出现旋转轴的加速与减速现象，因此在进行刀轴曲面控制时，必须要对刀轴光顺及工件的加工质量等诸多因素进行充分考虑，可通过多轴侧壁精加工方式，使曲面能够全部一次性完成。

2.4 数控加工路径综合控制

对于外形为风洞的工件来说，其工件截面众多且无规则，因此在利用五轴数控车床对该工件进行精加工时，应先在尖点位置构成一个圆柱曲面，以使其成为工件加工过程中的投影曲面，然后通过前倾或侧倾的方式来对刀轴进行控制，为了使刀心线出现切削速度为0 的情况得以避免，应设置前倾角为5。

3.基于POWERMILL的数控加工路径编缉分析

3.1 路径裁剪

在利用POWERMILL 软件对数控加工路径进行裁剪时，可在软件中点击右键来对刀具加工路径进行击活，然后在编缉菜单中选择截剪选项，此时会弹出裁剪列表，可根据平面、边界或多边形三种方式来实现刀具路径的裁剪，并且也可由用户自行选择是否要对原有的初始路径或部分需要保存的路径进行删除。

3.2 路径变换

在利用POWERMILL 软件对数控路径进行变换时，可选择镜向变换、移动变换或旋转变换三种方式，其中，镜向变换具备三个选项，用户能够通过这些选项对刀具路径在三维坐标系中的泫平面、XY 与XZ环绕方向进行设定。移动变换则可将已选刀具路径按照设定的坐标轴进行指定距离的移动。而旋转变换则是根据工件加工过程中是否需要环绕X 轴、Y 轴或Z 轴来对已选刀具路径进行变换。对刀具路径的变换可以加工形状对称的工件，当模型在镜向后出现过切问题，便需要通过连接与切入切出的方式来对刀具路径进行处理，在对刀具路径实施镜向变换以后，应确保其实际切削方向恰好与原有切削方向是左右或右左两个方向进行的。

3.3 路径分割

在POWERMILL 软件中，其可对刀具路径进行若干部分的分割，在弹出的刀具路径分割对话框中，应确保所采用的裁剪工具处于编程坐标系以内，将不必要的刀具路径进行去除，在对刀具路径进行分割时，可依照该刀具路径在编程坐标系中所呈现出的方向、时间、角度、长度等进行分割，此外还可对刀具路径是否需要陡峭或浅滩部分来进行选择性分割。

3.4 路径重排

在利用POWERMILL 软件对数控路径进行重排时，可根据分割后的路径来对其各个切削段的顺序进行重新排列与修改，以此形成一个全新的数控加工路径，并且在该数控加工路径中，还可对刀具的运动路径方向进行调整，以此避免刀具在加工工件过程中发生跳刀问题，从而使刀具对工件的切削方向变得更加合理。在刀具路径重排对话框中，其是通过表格的形式对刀具路径的运动轨迹和切削顺序进行列出的，用户可根据需要来选择刀具路径段，此时所选择的刀具路径段是以高亮的方式进行显示的，用户可利用该表格来对刀具路径的切削顺序及方向进行删除与重排。

4.结语

本文通过对五轴数控机床的数控加工控制方式进行探讨，并对这些控制方式的数控加工路径进行了分析，从而明确了各个控制方式来编缉数控加工路径中的重难点，在此基础上对POWERMILL 软件在数控加工路径中的编缉应用进行了分析，从而明确了POWERMILL 软件的具体应用及其应用优势。通过POWERMILL 软件来对数控加工路径进行高效合理的编缉，能够使数控机床效率得到明显提高，从而提高了工件的加工质量，进而为数控机床加工人员提供了宝贵的参考意见。