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　　? 這是金屬加工（mw1950pub）發(fā)布的第13006首詩(shī)

　　薩德基

　　闡述了五軸數(shù)控加工的優(yōu)勢(shì)與梅森漢數(shù)控控制技術(shù)的特點(diǎn)，提出了直徑補(bǔ)償金圖解分析法，同時(shí)以實(shí)例校正直徑補(bǔ)償金圖解分析法在數(shù)控銑床加工中的實(shí)用性與準(zhǔn)確性，精簡(jiǎn)了補(bǔ)償金原理的理解和數(shù)控加工程序的編制，提高了數(shù)控加工的有praziquantel，保證了零件加工產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

　　1 序言

當(dāng)前，航空航天、鑄件制造和船舶等領(lǐng)域?qū)α悴考募庸ぞ让鞔_要求越來(lái)越高，但是很多零件加工存在諸多困難，尤其是空間球面的復(fù)雜零件。五軸協(xié)同數(shù)控機(jī)床是同時(shí)實(shí)現(xiàn)難加工零件高產(chǎn)品質(zhì)量制造的關(guān)鍵設(shè)備，數(shù)控機(jī)床的人性化、易操作性已成為衡量設(shè)備加工性能的關(guān)鍵基礎(chǔ)，這就對(duì)機(jī)床數(shù)控控制技術(shù)的機(jī)能模塊，如控制技術(shù)的運(yùn)行速度、高速高精、多軸機(jī)能、高耐酸性特性、控制技術(shù)可移植性及人機(jī)操作介面親善性等提出了更高的明確要求。此外，由于五軸數(shù)控機(jī)床加工精度與表的模塊設(shè)定具有密切聯(lián)系，科學(xué)合理準(zhǔn)確設(shè)定補(bǔ)償金模塊對(duì)增加制造成本，掌控機(jī)床加工精度具有關(guān)鍵意義，因此數(shù)控仿真軟件及加工試驗(yàn)的校正應(yīng)用領(lǐng)域在實(shí)際制造中也就具有關(guān)鍵意義。

　　2 五軸協(xié)同多軸加工與梅森漢控制技術(shù)

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械制造正走向智能化，同時(shí)市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品制造中關(guān)鍵部件的材質(zhì)、耐酸性和加工精度等制造技術(shù)指標(biāo)的明確要求越來(lái)越高。近年來(lái)，數(shù)控技術(shù)拉維縣集成化、高效化和精益化的優(yōu)勢(shì)推動(dòng)制造領(lǐng)域的發(fā)展，其中五軸數(shù)控機(jī)床可同時(shí)實(shí)現(xiàn)多技術(shù)與設(shè)備的整合，大幅延長(zhǎng)制造流程，提升制造組織工作效率，有效地解決產(chǎn)品研發(fā)周期性長(zhǎng)、設(shè)計(jì)精度低的痛點(diǎn)，能夠滿足市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品高組織工作效率、高精度加工的需求。

　　2.1 五軸數(shù)控加工的特點(diǎn)

　　1）透過(guò)3個(gè)線性軸和2個(gè)轉(zhuǎn)軸完成加工組織工作。

　　2）解決了現(xiàn)代兩軸加工無(wú)法加工到位或加工時(shí)裝夾時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的痛點(diǎn)。

　　3）提高了自由球面的加工精度、產(chǎn)品質(zhì)量和組織工作效率等技術(shù)指標(biāo)。

　　4）五軸加工一種為機(jī)能定位五軸，另一種為五軸協(xié)同。機(jī)能定位五軸表現(xiàn)為刀軸矢量可發(fā)生改變，一般來(lái)說(shuō)后沿著整個(gè)研磨方向的操作過(guò)程保持不變，由X、Y及Z方向掌控軸掌控A（B）、C轉(zhuǎn)軸得以同時(shí)實(shí)現(xiàn)。五軸協(xié)同表現(xiàn)為整個(gè)研磨方向操作過(guò)程的刀軸矢量可以根據(jù)明確要求發(fā)生改變，由X、Y、Z方向掌控軸掌控A（B）、C轉(zhuǎn)軸來(lái)同時(shí)實(shí)現(xiàn)。

　　2.2 五軸數(shù)控加工的優(yōu)點(diǎn)

1）可增加裝夾次數(shù)及裝夾誤差，提高加工精度。對(duì)毛蟶、曲柄和復(fù)雜零件可同時(shí)實(shí)現(xiàn)透過(guò)一次裝夾完成現(xiàn)代兩軸加工多次裝夾工藝。

　　2）增加模塊明確要求，提高表面加工產(chǎn)品質(zhì)量與加工組織工作效率。如對(duì)陡峭側(cè)面可使用更短的伸長(zhǎng)加工，能夠增加偏差和成本，有效延長(zhǎng)的使用壽命。

　　3）可高效地同時(shí)實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)品質(zhì)量零件表面加工。如加工時(shí)側(cè)刃與平刀底面也可得到充分利用；加工直紋面或斜正方形時(shí)，有助于提高加工組織工作效率與產(chǎn)品質(zhì)量，增加手工拋光。

　　4）優(yōu)化零件制造工藝，延長(zhǎng)產(chǎn)品制造周期性。如將五軸加工與高速加工結(jié)合，可發(fā)生改變鑄件的零部件和制造工藝，增加對(duì)現(xiàn)代振動(dòng)加工的依賴，增加其他加工設(shè)備的使用，大大地延長(zhǎng)鑄件制造周期性。

五軸數(shù)控加工有效地精簡(jiǎn)了制造流程，延長(zhǎng)了加工時(shí)間和澤列涅，提高了機(jī)床利用率。

　　2.3 梅森漢掌控控制技術(shù)

　　梅森漢掌控控制技術(shù)具有面向車間程式設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，透過(guò)結(jié)構(gòu)科學(xué)合理表單、直接GUI支持和易用模式生成工具使其成為強(qiáng)大的程式設(shè)計(jì)環(huán)境。透過(guò)設(shè)計(jì)科學(xué)合理與用戶親善的介面，和連續(xù)的兼容性，廣泛應(yīng)用領(lǐng)域在銑、鉆、鏜和加工中心的多機(jī)能線條加工。憑借簡(jiǎn)易的程式設(shè)計(jì)操作、智能化機(jī)能及親善人機(jī)介面適應(yīng)各種類型機(jī)床，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高速高精加工。

　　3 機(jī)能定位五軸機(jī)床坐標(biāo)變換及其應(yīng)用領(lǐng)域

機(jī)能定位五軸機(jī)床透過(guò)2個(gè)轉(zhuǎn)軸先將研磨一般來(lái)說(shuō)在一個(gè)下壓位置，再由方向掌控軸X、Y及Z進(jìn)行加工。透過(guò) 3+2 軸機(jī)床加工（例如回轉(zhuǎn)頭或回轉(zhuǎn)臺(tái)）定義空間中的轉(zhuǎn)動(dòng)組織工作正方形。在此組織工作正方形，可以程式設(shè)計(jì) 2D 或 3D 加工操作。這種加工方式中回轉(zhuǎn)軸總是轉(zhuǎn)動(dòng)到加工正方形垂直于軸的位置進(jìn)行加工，加工期間加工正方形保持一般來(lái)說(shuō)。TNC（梅森漢數(shù)控控制技術(shù)）提供的坐標(biāo)變換循環(huán)式是圓心移位（在程序內(nèi)或用圓心表掌控移位線條）、圓心設(shè)置（程序代碼時(shí)設(shè)置圓心）、快照（快照線條）、轉(zhuǎn)動(dòng)（加工面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)線條）、翻轉(zhuǎn)常數(shù)（振動(dòng)或縮小線條體積）、特定軸的翻轉(zhuǎn)常數(shù)（用于放大或縮小各軸線條體積的翻轉(zhuǎn)常數(shù)）、加工面（用于下壓主軸頭或回轉(zhuǎn)組織工作臺(tái)在下壓坐標(biāo)系中加工）。加工四斜坡零件（見(jiàn)圖1），可透過(guò)圓心移位與加工面坐標(biāo)變換循環(huán)式指令同時(shí)實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)變換。

　　圖1　四斜坡零件

　　4 直徑補(bǔ)償金在數(shù)控銑床加工中的應(yīng)用領(lǐng)域

在數(shù)控銑床加工中，直徑補(bǔ)償金和寬度補(bǔ)償金的靈活應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)零件產(chǎn)品質(zhì)量和加工組織工作效率有非常大的影響。實(shí)際制造操作過(guò)程中，由于存在磨損、重磨及更換等工況，所以為提升制造組織工作效率，通常采用一般來(lái)說(shuō)的加工程序，透過(guò)更改表中模塊來(lái)調(diào)整中心與工件線條偏置值來(lái)解決粗、精加工問(wèn)題。透過(guò)軟件自動(dòng)程式設(shè)計(jì)進(jìn)行制造時(shí)，先透過(guò)三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x測(cè)出實(shí)際直徑值R′，再進(jìn)行粗加工，預(yù)留精加工余量。精加工時(shí)，將R′輸入表中的直徑補(bǔ)償金值進(jìn)行精加工。當(dāng)不確定直徑且不方便對(duì)直徑進(jìn)行精確測(cè)量時(shí)，程式設(shè)計(jì)人員通常采用假定體積來(lái)進(jìn)行程式設(shè)計(jì)。精加工時(shí)，采用實(shí)際直徑代替假設(shè)直徑的方法對(duì)直徑進(jìn)行補(bǔ)償金，以圖1中銑四周槽（48±0.02）mm體積為例，加工時(shí)其補(bǔ)償金方法如下。

對(duì)零件外線條加工（見(jiàn)圖2），其中 χ 為假定直徑值（mm）；δ為單邊加工余量（mm）；b為理論直徑（mm），a和c都為實(shí)際直徑（mm）；A為實(shí)際測(cè)量值48.1 mm；B為理想加工情況48.2 mm；C為實(shí)際測(cè)量值48.3 mm；L為刀軌中心線。選用為φ10mm銑刀，假定直徑 χ 為5.1mm（實(shí)際直徑偏差≤0.1mm，為便于計(jì)算 χ取5.1mm），故加工圖1中四周槽，先輸入直徑為5.1mm進(jìn)行粗加工，然后測(cè)量加工體積，如果實(shí)際測(cè)量值為48.1mm或48.3mm，推算出加工余量和實(shí)際直徑（補(bǔ)償金后的直徑），并將實(shí)際對(duì)應(yīng)直徑值5.05mm或4.95mm輸入到機(jī)床模塊表中進(jìn)行精加工。上述情況計(jì)算適應(yīng)于公差對(duì)稱體積形式的外端面加工，如體積（48±0.02）mm。

　　圖2　直徑補(bǔ)償金外線條加工（一）

對(duì)零件內(nèi)線條加工（見(jiàn)圖3），其中 χ 為假定直徑值（mm）；δ為單邊加工余量（mm）；e為理論直徑（mm），d和f都為實(shí)際直徑（mm）；D為實(shí)際測(cè)量值47.7mm；E為理想加工情況值47.8 mm；F為實(shí)際測(cè)量值47.9 mm；L為刀軌中心線。選用為φ10mm銑刀，假定直徑 χ 為5.1mm（實(shí)際直徑偏差≤0.1mm，為便于計(jì)算取5.1mm），故對(duì)加工48mm×48mm內(nèi)孔槽時(shí)，先輸入直徑為5.1mm進(jìn)行粗加工，然后進(jìn)行測(cè)量，如果實(shí)際測(cè)量值為47.7mm或47.9mm，推算出加工余量和實(shí)際直徑（補(bǔ)償金后的直徑），并將實(shí)際對(duì)應(yīng)直徑值4.95mm或5.05mm輸入到機(jī)床表中進(jìn)行精加工。上述情況計(jì)算適應(yīng)于公差對(duì)稱體積內(nèi)孔類加工，如體積（48±0.02）mm。

　　圖3　直徑補(bǔ)償金內(nèi)線條加工（一）

對(duì)零件外線條加工（見(jiàn)圖4），其中δ為單邊加工余量（mm）；λ為理想直徑值（mm）；L 1 =8（-0.03，-0.05） mm為刀軌中心1；L 2 =（48±0.02 ）mm為刀軌原始中心；L 3 =48 （+0.05，+0.03） mm為刀軌中心2。假定精加工時(shí)， 當(dāng)?shù)?具直徑值 λ 為 5 mm ， 可同時(shí)實(shí)現(xiàn)體積（48±0.02）mm精加工，而當(dāng)圖樣公差體積調(diào)整到48 （-0.03，-0.05） mm或48（+0.05，+0.03） mm時(shí)，對(duì)應(yīng)直徑補(bǔ)償金值分別對(duì)應(yīng)修正為4.98mm和5.02mm，以此體積數(shù)值進(jìn)行精加工方可保證達(dá)到圖樣體積明確要求。

　　圖4　直徑補(bǔ)償金外線條加工（二）

對(duì)零件內(nèi)線條加工（見(jiàn)圖5），其中δ為單邊加工余量（mm）；λ為理想直徑值（mm）；L 1 =48 （-0.03，-0.05） mm為刀軌中心1；L 2 =（48±0.02） mm為刀軌原始中心；L 3 =48 （+0.05，+0.03） mm為刀軌中心2。假定精加工時(shí)，當(dāng)直徑值λ為5mm，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)體積（48±0.02）mm精加工，而當(dāng)圖樣公差體積調(diào)整到48 （-0.03，-0.05） mm或48（+0.05，+0.03） mm時(shí)，對(duì)應(yīng)直徑補(bǔ)償金值分別修正為5.02mm和4.98mm，以此體積數(shù)值進(jìn)行精加工方可保證達(dá)到圖樣體積明確要求。對(duì)寬度補(bǔ)償金，首先建立在加工前對(duì)刀操作過(guò)程中對(duì)寬度的正確設(shè)定，梅森漢數(shù)控控制技術(shù)機(jī)床在操作操作過(guò)程中，刀長(zhǎng)設(shè)定操作過(guò)程前保證表中刀長(zhǎng)模塊清零，機(jī)床位置回零，并先調(diào)用零號(hào)刀。實(shí)際加工時(shí)，當(dāng)出現(xiàn)實(shí)際刀長(zhǎng)與標(biāo)準(zhǔn)刀長(zhǎng)不符時(shí)，可透過(guò)設(shè)置表中寬度偏置補(bǔ)償金來(lái)同時(shí)實(shí)現(xiàn)刀長(zhǎng)值的補(bǔ)償金，而無(wú)需修改加工程序。

　　圖5　直徑補(bǔ)償金內(nèi)線條加工（二）

　　5 典型零件銑床加工

以圖1零件為例描述梅森漢程序操作過(guò)程。梅森漢數(shù)控控制技術(shù)機(jī)床在零件正方形銑床中可透過(guò)多種循環(huán)式指令同時(shí)實(shí)現(xiàn)，此處采用矩形型腔銑床循環(huán)式。為保證銑床完成后新零件表面為Z軸坐標(biāo)零正方形，可將循環(huán)式中銑床深度與工件表面坐標(biāo)設(shè)置相同數(shù)值，以便于后續(xù)加工計(jì)算。此處工件表面坐標(biāo)設(shè)置為+2mm。

　　在零件四周銑床操作過(guò)程中，利用前序直徑補(bǔ)償金分析方法，分別進(jìn)行粗、精加工。首先選用φ10mm銑刀進(jìn)行粗加工，直徑在控制技術(shù)表中設(shè)定為R=5.1mm，粗加工完成后進(jìn)行測(cè)量，然后結(jié)合圖2分析方法調(diào)整補(bǔ)償金直徑進(jìn)行精加工。另外，深度值通?？扇≈胁钪担ü畹钠骄担┹斎耄旨庸y(cè)量后若存在偏差，可透過(guò)表中寬度偏置調(diào)整。

銑床零件中心孔16mm×16mm，按圖3直徑分析方法進(jìn)行粗、精加工，深度中差值取5.025mm進(jìn)行粗加工，測(cè)量后透過(guò)寬度偏置調(diào)整后進(jìn)行精加工。

　　加工零件中4個(gè)斜正方形，首先需要進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換（見(jiàn)圖6）。同時(shí)應(yīng)考慮轉(zhuǎn)換新坐標(biāo)環(huán)境后，銑床深度H在程式設(shè)計(jì)中的明確要求。

　　圖6　斜正方形坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

　　零件斜坡的銑床可透過(guò)將C軸轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度同時(shí)實(shí)現(xiàn)4個(gè)正方形的加工（見(jiàn)圖7）。同時(shí)對(duì)斜正方形銑床操作過(guò)程中應(yīng)注意坐標(biāo)零點(diǎn)位置。圖7中H的計(jì)算見(jiàn)式（1）。

　　式中，H為銑床深度（mm）；α為斜坡角度（o）；L 2 為四斜坡加工件四周體積（mm）；OM為斜正方形下壓點(diǎn)與零件中心間距（mm）。

　　圖7　斜正方形銑床

由式（1）得H=3.88mm。為保證銑床明確要求，設(shè)置銑床深度值為－4mm，設(shè)置偏角值為9°。對(duì)另2個(gè)斜坡需要透過(guò)調(diào)整工件表面坐標(biāo)中，C軸轉(zhuǎn)動(dòng)180°來(lái)掌控銑床深度值。

　　加工零件鍵槽，鍵槽寬度體積8.5 （+0.04，+0）mm，程式設(shè)計(jì)時(shí)粗加工寬度可直接寫(xiě)入8.52mm，選用 φ6mm銑刀，利用圖5直徑補(bǔ)償金內(nèi)線條加工案例分析方法進(jìn)行零件鍵槽粗加工，最后透過(guò)直徑補(bǔ)償金進(jìn)行精加工。

　　銑床零件凸臺(tái)（見(jiàn)圖8），調(diào)用圓弧凸臺(tái)循環(huán)式指令進(jìn)行加工，并利用圖4直徑補(bǔ)償金外線條加工（二）分析方法進(jìn)行粗、精加工。同時(shí)應(yīng)注重銑床深度和工件表面坐標(biāo)的正確輸入。在斜坡的加工操作過(guò)程中，為避免坐標(biāo)變換影響后面程序的應(yīng)用領(lǐng)域，可在每一工序程序后面增加機(jī)床坐標(biāo)及各轉(zhuǎn)軸回零指令。

　　a）凸臺(tái)體積

　　b）凸臺(tái)高度

　　圖8　零件凸臺(tái)

加工零件2×φ7.8mm孔，可使用φ7.8mm鉆頭并調(diào)用鉆孔循環(huán)式指令，同時(shí)應(yīng)注意銑床深度（設(shè)置為－11.25mm）、工件坐標(biāo)系關(guān)系及數(shù)值準(zhǔn)確性。四斜坡零件加工成品如圖9所示。

　　圖9　四斜坡零件

　　6 結(jié)束語(yǔ)

　　1）五軸數(shù)控加工利用自身優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)可有效地精簡(jiǎn)制造流程，延長(zhǎng)了加工時(shí)間和澤列涅，提高了機(jī)床利用率。

　　2）直徑補(bǔ)償金分析方法有助于靈活計(jì)算并發(fā)生改變補(bǔ)償金值，便于在不發(fā)生改變程序的情況下進(jìn)行粗、精加工，有效提高加工精度和程式設(shè)計(jì)組織工作效率，為數(shù)控機(jī)床的實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域增加便捷性。

　　本文發(fā)表于《金屬加工（冷加工）》2021年第4期第62~65+69頁(yè)，：天津機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械學(xué)院　呂煒帥，天津賽象科技股份　李慧敏，原標(biāo)題：《基于五軸數(shù)控機(jī)床的典型零件銑床加工》。

-End-?來(lái)源：金屬加工?本文：小鴨梨 ?媒體合作: 010-88379864

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