五轴加工中心在复杂精密零件制造中的应用

宿华龙　王广福　王刚

摘 要：本文结合生产实践经验，从五轴加工的策略、CAM后置处理的构造、机床的高级功能3个方面简要介绍了数控系统为SINUMERIK840Dsl的DMG260-11五轴加工中心在应用方面的方法及技巧。

关键词：SINUMERIK840Dsl；五轴加工中心；五轴联动；后置处理

中图分类号：TH164 文献标识码：A

0.引言

近年来，随着我国装备制造业的迅速发展，产品零部件的结构越来越复杂，精度要求越来越高。采用五轴数控机床加工具有一次裝夹完成全部加工，提高加工能力和生产效率等优点，因此，五轴加工中心在复杂精密零件制造中的应用日益增多。本文结合生产实践经验，简要介绍了数控系统为SINUMERIK840Dsl的DMG260-11五轴加工中心在应用方面的方法及技巧。

1.加工策略的选择

1.1五轴定向加工

针对一些加工区域敞开性好、倾斜面上的孔、面加工等内容较多的零件，五轴联动加工数控编程烦琐、加工效率及刚性也有待提高。采用五轴定向加工方式可实现这类零件的高效和高质量加工。

五轴定向加工是指利用五轴机床加工时，根据所需要加工区域位置把两个旋转轴转到一定角度后，锁定两个旋转轴，进行3个直线轴联动加工。当一个区域的加工完成后，再调整两个旋转轴的角度继续加工。由于减少两个旋转轴的运动，五轴定轴加工方式增强了加工时的整体刚性，可以选择加工效率较高的粗加工切削策略。SINUMERIK840Dsl数控系统中的，CYCLE800是五轴定向加工辅助循环，在手工编程时经常应用，如图1所示。

1.2五轴联动加工

五轴联动加工常用以解决三轴无法加工的制造问题，如曲面法向拉线类零件，设计加工路线时要求刀具沿法向切削，三轴联动通常不能满足其要求。加工叶轮、叶片等带有空间扭曲曲面的零件时，只有采用五轴联动加工方式，使刀具随时旋转摆动角度才能避免干涉情况。对于有些回转零件，加工时虽不存在干涉问题，但采用3种联动加工方式需要多次转位衔接加工面，直接影响零件表面质量和加工精度，五轴联动加工方式能有效解决该加工问题。

为避免五轴联动加工时出现卡顿现象，DMG260-11加工中心在运行联动程序前，需要执行M11、M111代码，使旋转轴B和旋转轴C处于一直松开状态下。由于旋转轴松开时刚性较差，不宜重载切削。五轴联动加工结束时，执行M10、M110代码，使回转轴B、C处于锁紧状态，以还原加工刚性。

2.CAM后置处理的构建

由CAD/CAM软件可进行建模和加工过程自动编程，生成刀位路径数据。后置处理最重要的作用是将CAM软件生成的刀位轨迹转化为五轴机床的NC程序，通过读取刀位文件，根据机床运动结构及控制指令，进行坐标运动变化和指令格式转换。只有采用正确的后置处理系统才能将刀位轨迹输出能正确进行加工的数控程序。因此，编制正确的后置处理，是数控编程与加工的前提条件之一，也影响着调试零件的效率。

Hass、Fanuc等三轴加工中心在输出加工注释信息时，由于数控系统的原因也只能以英文形式输出。西门子840Dsl系统的五轴加工中心，程序和刀具名称都支持中文，构建后处理时可将注释信息设定为中文。如图2所示。

回转结构为一摆一转的五轴加工中心，主轴转角加工时，程序中通常带有工件坐标系旋转指令。在构建后置处理时，快速定位移动指令的输出形式应先在安全点进行旋转轴（B、C）的定位，再以XYZ三轴联动的方式接近零件，防止出现轴超程报警及撞机的情况。

3.机床高级功能的应用

DMG260-11加工中心配有激光自动对刀仪，编写精密零件的程序时，可在调用刀具指令后增加一个刀具测量循环指令，以确保大批量生产时加工精度的稳定性。机床主轴装有用来测量位移和震动的传感器，通过观察CRT显示器中的“机床保护控制装置”，可判断刀具磨损情况以及切削用量是否合理，以便于及时调整切削参数和更换刀具。

MORI SEIKI测头除了可以建立工件坐标系外，还可以配合“校准边沿”模块对零件进行找正，从而减少加工辅助时间；也可以使用3DqulckSET功能校准机床，恢复回转精度。

结语

本文结合生产实践经验，从3个方面简要介绍了DMG260-11五轴加工中心在生产复杂精密零部件中的应用方法及技巧。五轴加工中心已广泛应用于航空、航天、军事、科研、船舶等行业，想发挥出高精尖设备的最大性能，还需要不断去探索和研究。

参考文献

[1]蔡廷宇.现代五轴加工技术[J].精密制造技术与高效装备，1996（1）：30-32.

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