五轴联动数控加工中心c角超程回摆问题的探索

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1、五轴联动数控加工中心C角超程回摆问题的探索五轴联动数控加工中心C角超程回摆冯炎清【摘要】五轴联动数控加工中心c角超程回摆问题是长期困扰五轴编程人员的一个难题.过去,很多编程人员过分依赖后处理的功能来解决此类问题.然而,.囊五轴编程是一个复杂的过程,如果编程人员在编程时对切削过程不进行相应处理,后处理是无法将五轴摆角处理成为我们所要求数值的.本文对在五轴联动数控加工中心c角超程回摆问题进行了探讨,使编程员对其进行分析,处理,基本解决了五轴编程时大部分问题,从而编制出理想的加工程序..关键词:控加加工c角超程回摆探索1概论目前,国内五轴机床的使用已日益普遍,我公司

2、作为直升机主机厂,在设备更新方面更是加大了投入,公司新进了大批的五轴设备,其中,AC摆角的五轴加工中心占了绝大多数,由于机床结构(主轴头旋转)的限制,目前,该类机床C摆角的转动范围多在400度左右(如改为C角可任意角度旋转,每台机床得增加约50万元人民币的成本,且主轴故障率提高,机床主轴扭矩降低),在使用刀具侧刃加工曲面时.经常发生因为C摆角超程回摆导致刀具不受控制切入零件或切入毛坯的情况(如图1所示).以前遇到类似的问题,通常是改变加工方法,如将侧刃铣削改为底刃铣削,将单个曲面分段加工等,但上述方法会降低零件的表面质量,增加使用刀具的长度,降低切削效率.为此

3、,解决C角超程问题,对于提高产品合格率及切削效率,降低公司设备采购成本有极大的意义.2C角超程回摆问题的分析首先,我们来分析五轴机床超程回摆问题是怎么发生的(注:本文以刀具摆动,A角行程为0.一110.,C角行程为一180.一180.的机床为例).对于圆锥面的加工,要想用数控铣加工不分段加工出一个完整的圆锥,C摆角必须能连续回转360.,由于C摆角的行程限制(一180.～180.),C轴的初始值必须为一180.或180.(如图2所示).否则,会出现C轴超程回摆.例如.C摆角的初始值为0.时,C摆角要想连续转动180(一180)图10图2—90.0◇一13—昌河

4、科技2007年第2期360..其经过的路线为:0.一90.一180.90.—+0.,其中一180.90.转角运动过程中,由于C摆角超出行程极限,要想到达90.的位置,实际的运行摆角路线为0.一90.一180.一90.一0.90._+0.-+180.90..,其中划线部分为回摆路线(如图3,0Jo所示).由于回摆过程不受人为控制,所以,经常会发生打刀,切伤零件,甚至机床受损的情况,不利于生产的进行.3五轴机床后处理摆角算法介绍为了解决C角超程回摆问题,我们还得弄清五轴机床后处90图20o理中摆角的算法.对于A,C摆角机床,设刀轴单位矢量在X,Y,Z方向的投影值为

5、I,J,K,其A,C摆角的算法可用(1)式表示:(1)j删罕.I=90.K=Oc一号IC=arctanl~-IC=O.c=180.一Ic一180.一nrc号I(1>1o,0J(,≤D,D)f7≤0,(1≤o.J(0)(1>1o,(1≥O.J=O)对于相同的l,J,K值,A,C摆角还有另外一组数值与之对应,见(2)式:j删帆罕,.IA=90oK=Oc=180.一号Ic—J8D.+I号C=180.c一号Ic=I号I{l≥o,o)(J≤D,0)f,≤D,f,≤D,0J(1>1o.J<0)(1≤O.J:O)分析(1)式及(2)式可知,对于同一刀

6、轴矢量,后处理计算时可能出现两种不同的刀具摆角.例如:刀轨矢量为l_1,,J--O,K--O,后处理所得的刀具角度可为A1=90~,C1_-0~,也可能为A2=一0C2=180..对于固定摆角一14—五轴联动数控加工中心C角超程回摆问题的探索——冯炎清的五轴加工,任何一组摆角值都可以加工出正确的产品,但对于五轴联动的加工,我们{jiIj希望该摆角值是唯一的,否则,将会出现意料不到的后果.那么,后处理是如何将该摆角处理成唯一值的呢?设A,C初始值为A0,CO,运行目的地的刀轴矢量为I,J,K,则对应的刀轴摆角值A,C可能为A1,C1或A2,C2,后处理一般根据(

7、3)式确定摆角值C,即取距初始C角距离最近的值C值确定后,A值也栩应确定.fIC,一COl—IC2一COI<O贝IJC-_C,lIC1一COl—IC2一C01≥0贝0C=c24运用后处理运算规律,解决刀轴超程回摆问题有很多后处理软件,能提供刀轴超程回摆问题的解决方案,如设定A,C轴的初始角瞍,没定刀轴超程退刀等.前者能解决部分单个曲面编程出现的摆角超程问题,后者虽能对所有摆角超程问题进殚,但对于航空零件的侧刃加工还是显得力不从心,因为侧刃加工时直接用轴向进退刀经常会伤及零件,导致零件报废,在这里,以CATIA软件为例,通过那氏试验件的精加工编程,来介绍另

8、一种更适合于侧刃加工刀轴趔网摆问题的解