王小刚
（扬州工业职业技术学院，江苏 扬州 225127）
摘 要： 归纳了五轴数控编程特点，结合工程实践，运用 Powermill 软件进行零件加工粗、精策略的选择生成刀轨。 关键词： 五轴编程；加工策略；Powermill 软件
优 秀 的 数 控 程 序 是 实 现 五 轴 优 秀 加 工 特 点 的 重 要 条 件 ， 开展数控五轴编程实践意义重大。 数 控 编 程 时 应 首 先 要 注 意 加工方法的安全性和有效性； 其次 刀 轨 直 接 影 响 加 工 质 量 和 机 床 主 轴 等 零 件 的 寿 命 ， 因 此 应 当 保 证 刀 具 轨 迹 光 滑 平 稳 ； 最后刀具载荷直接影响刀具的寿命， 要尽量使刀具载荷均匀。 五轴加工 CAM 编程系统应具有很高的计算速度、 较强的插补 功能、 全程自动过切检查及处理能 力 、 自 动 刀 柄 与 夹 具 干 涉 检查、 进给率优化处理功能、 刀具 轨 迹 编 辑 优 化 功 能 、 加 工 残 余 分 析 功 能 等 。 比 较 成 熟 适 用 于 五 轴 加 工 编 程 的 有 美 国 EDS 公 司 UnigraphicsNX、 英 国 DelCAM 公 司 的 Powermill、 以 色 列 的 Cimatron 软 件 。 现 结 合 英 国 DelCAM 公 司 的 Powermill 对五轴编程进行实践分析。
1 五轴编程特点
相对于三轴加工编程， 五 轴 数 控 编 程 主 要 体 现 为 编 程 难 度增加、 后处理复杂。 编程难度增 加 ， 三 轴 加 工 中 心 在 加 工 时， 刀轴方向是不会改变的， 运动 方 式 也 有 限 ， 编 程 相 对 简 单； 五轴加工时刀具和工件的相互 位 置 在 加 工 过 程 中 随 时 调 整， 刀轴方向不断改变， 要注意干涉。
后处理要考虑的因素更多， 比如参数、 驱动方法和刀轴、 “指定部件” 和 “指定检查” 等因素， 本文结合案例主要进行 五轴数控编程的粗、 精加工分析。
2 3+2 轴与钻孔加工编程分析
Powermill 可使通常需要进行多次单独 3 轴操作的零 部 件
加工仅通过一次装夹即可完成， 可 直 接 加 工 倒 勾 形 面 特 征 或 是加工 比 最 大 刀 具 长 度 深 的 侧 壁 。 3+2 轴 加 工 时 ， 进 行 标 准
X、 Y 、 Z 变换前， 可首先对主轴和/或工作台进行分度处理，
重新对齐定位刀具。 在 3＋2 轴加工中必须应 用 合 适 的 刀 具 路 径切入切出和连接以及延伸， 以防止和避免出现过切。 3+2 轴 加工的重点内容首先是变换坐标系 （主要是 Z 向）， 其余方式 与三轴加工相同。 其次后处理时选择原始的工作坐标系。
加工如图 1 所示零件， 材质 6061T4， 表面粗糙度 Ra3.2， 要求转换并分析零件， 如有需要进 行 必 要 的 编 辑 与 修 补 ； 分 析零件的数控加工工艺并确定各加工阶段的刀具与加工策略； 对零件进行数控编程及 NC 仿真加工； 输出零件的数控加工程 序并完成工艺单； 完成零件的加工。
根 据 所 给 的 零 件 图 及 三 维 造 型 制 定 数 控 加 工 工 艺 方 案 。 毛 坯 尺 寸 60*108， 零 件 最 小 圆 角 R3.5， 存 在 倒 扣 面 、 竖 直
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面 、 水 平 面 ， 使 用 机 床 为 HURONK2X8 -FIVE、 系 统 是
sin840D、 刀 具 有 D16R08L65、 D10R2、 E12L120、 DILL5、 装
夹方法为三爪卡盘。 制定数控加工工 艺 路 线 ， 分 析 零 件 的 数 控加工工艺， 制定加工路线和加工策略， 如表 1 所示。
图 1 案例零件图
表 1
加工工序
加工内容
刀具
加工余量 （径向/轴向） 公差
平面铣削 毛坯上表面 D16R08L65 0 0 0.1 开粗 偏置区域加工整体
D16R08L65
0.5 0.5 0.1 半精加工 偏 置 区 域 加 工 残 留 模 型
3+2 轴
D16R08L65
0.5 0.5 0.1 精加工 最佳等高精加工 3+2 轴 D10R2 0 0 0.01 精加工 参 考 线 精 加 工 斜 面 、 平
行精加工中间端面
E12L120
0 0 0.01 钻孔
5 孔 3 个， 五轴联动 DILL5
0
0
0.01
2.1 开粗加工策略
Powermill 中包含有多个全新的高效初加工策略， 这些 策 略充分利用了最新的刀具设计技术， 从 而 实 现 了 侧 刃 切 削 或 深度切削， 主要包括赛车车加工、 马 蹄 形 连 接 区 域 清 除 、 自 动摆线加工、 螺旋区域清除、 残留粗加工等。
对三维模型零件进行初加 工 的 主 要 方 法 称 之 为 三 维 区 域 清除策略， 三维区域清除策略也称之 为 水 线 初 加 工 ， 有 多 个 二维材料清除方法来从零件的最上层轮廓， 刀具向下切入到 一个指定 Z 高度， 全部清除此区域 （切面） 后 ， 再 下 切 到 下 一 Z 高度并重复上述过程， 按用户指定的 Z 高度一个切 面 一 个切面地， 直到零件轮廓。
本案采用偏置区域加工策 略 ， 三 维 区 域 清 除 策 略 可 预 先 设置公差和余量， 以通过控制刀具路 径 的 切 削 精 度 和 残 留 在
收稿日期：2014-08-10
材料上的材料 余量， 余量指定加工 后 材 料 表 面 上 所 留 下 的 材 料量， 可指定一般余量， 也可在加 工 选 项 中 分 别 指 定 单 独 的 轴向和径向余量， 本案基本参数设置及刀轨如图 2 所示。
较小的粗加工刀具对部件进行二次区域清除加工。 残留加工 将局部切除原粗加工刀具路径 （参考 刀 具 路 径 ） 无 法 加 工 到 的区域或是残留模型区域， 如型腔区 域 的 剩 余 材 料 或 是 残 留 模型中的残留材料。 使用残留加工方法可降低刀具载荷， 使 随后的精加工操作能得到更稳定的材 料 切 除 率 ， 本 例 子 残 留 加工采用偏置区域加工策略， 刀轨如图 3 (a) 所示。
2.2.2 精加工
PowerMILL 通过沿 Z 轴向下投影一预定义线框形状到模型 来产生刀具路径。 标准的平行、 放射 和 螺 旋 几 何 形 状 直 接 通 过在精加工表格中输入值产生。 对于 毛 坯 上 表 面 及 三 角 形 平 台采用平行精加工策略， 刀轨如图 3 (b)， (e) 所 示 ； 圆 周 3 个均布凸台采用最佳等高精加工， 刀轨如图 3 (c) 所示。 对于 零件三条斜脊选用参考线精加工策略， 通过 CAD 软件设置基
图 2 偏置区域粗加工策略
本参考线， 在策略中激活参考线， 然后将该几 何 形 状 沿 Z 轴 投影到模型而形成刀具路径， 刀轨如图 3 (d) 所示。
2．2 精加工策略
精加工策略是一种区域 清 除 加 工 之 后 将 零 件 加 工 到 设 计 形状的一类加工策略。 Powermill 提供了多种高速精加工策略， 如三维偏置、 等高精加工和最佳等 高 精 加 工 、 螺 旋 等 高 精 加 工等策略， 这些策略可保证切削过 程 光 顺 、 稳 定 ， 确 保 能 快 速切除工件上的材料， 得到高精度 、 光 滑 的 切 削 表 面 。 与 粗 加工相同， 也需要设置公差和余量 适 当 的 值 来 控 制 刀 具 路 径 的切削精度和残留在材料上的材料 余 量 ， 行 文 方 便 ， 以 下 不 再以图显示软件中相关参数设置， 精加工刀轨如图 3 所示。
2.3 钻孔加工方式
钻 孔 选 项 是 针 对 孔 特 征 操 作 而 不 是 直 接 针 对 模 型 操 作 ， 这样不需要修改或裁剪已有曲面数据 即 可 进 行 钻 孔 编 程 。 钻 孔刀轨如图 3 (f) 所示， 从刀轨图中可看出在连接方式上有所 所变化。 连接运动是从一条刀具路径 末 端 到 下 一 条 刀 具 路 径 始端之间的运动， 本案采用 “在曲面 上 ” 的 连 接 方 式 ， 使 刀 具在跨过零件过程的运动效率更高， 达 到 相 邻 刀 具 路 径 间 的 连接运动的高度尽可能低目标， 以致在不出现过切的情况下， 离工件外表越近。
参数文献
[1] 冯 显 英 ， 葛 荣 雨. 五 坐 标 数 控 机 床 后 置 处 理 算 法 的 研 究
[J] . 工具技术， 2006， (04).
[2] 余 红 华 ， 吕 强 ， 陈 伟 锋. Cimatron 的 后 置 处 理 技 术 研 究
[J] . 新技术新工艺， 2006， (01).
[3] 赵世田， 孙殿柱， 孙肖霞. 基 于 UG/POST 五 轴 联 动 加 工
中心专用后置处理器的研发 [J] . 组合机床与自动化加工 技术， 2006， (01).
图 3 精加工刀轨
[4] 何永红， 齐乐华， 赵宝林. 双转台五轴数控机床后置处理
算法研究 [J] . 制造技术与机床， 2006， (01).
2.2.1 半精加工
对某些零件开粗后的零 件 ， 可 使 用 残 留 加 工 方 法 ， 用 一
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(上接第 13 页)
量的 p 可以自加。
参考文献
[1] 王志军． 数字媒体非线性编辑 技 术 [M] ． 高 等 教 育 出 版 社， 2005． [2] 谭浩强． C 语言程序设计 [M] ． 4 版． 北京： 清华大学出
版社， 2010．
6 结语
C 语言的学习过程中， 掌握指针的知识是一个非常重要的
环节。 通过对指针的定义、 初始化 、 常 见 运 算 和 错 误 做 了 分 析， 目的在于弄清指针的基本概念， 从而实现高效率的 C 语 言编程。
[3] 李秋， 赵家刚， 张晴晖． C 语言指针教学中的知识点分析
与总结 [J] ． 计算机教育， 2011， (8)： 55-60．
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