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CNC加工中心四軸加工技巧
閱讀：1532 發(fā)布時(shí)間：2020-8-10 制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和綜合國(guó)力的重要支柱， 其生產(chǎn)總值一般占一個(gè)國(guó)家國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的20% ～ 55%。在一個(gè)國(guó)家企業(yè)生產(chǎn)力構(gòu)成中，制造
技術(shù)的作用一般占 60% 左右。世界上各個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的競(jìng)爭(zhēng)，實(shí)際上是*制造技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)，其競(jìng)爭(zhēng)能力終體現(xiàn)在所生產(chǎn)的產(chǎn)品的*。隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的高速發(fā)展以及顧客的需求和市場(chǎng)環(huán)境的不斷變化，這種競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，因而各國(guó)政府都非常重視對(duì)*制造技術(shù)的研究。
現(xiàn)今，隨著工業(yè) 4.0 的深入和智能制造的全面推廣，多軸加工中心作為*生產(chǎn)力的代表在制造企業(yè)中的運(yùn)用越來(lái)越廣泛。以航空航天、汽車(chē)等制造業(yè)為代表，由于其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化、部件的多樣化，以及對(duì)零件曲面曲片的大量運(yùn)用，故而對(duì)制造加工提出了很高的要求。傳統(tǒng)機(jī)床已經(jīng)滿(mǎn)足不了這樣的生產(chǎn)要求，四軸、五軸以及多附加軸的機(jī)床正是解決這類(lèi)問(wèn)題的關(guān)鍵所在。現(xiàn)代制造企業(yè)中，四軸、五軸加工編程多利用 CAD/CAM 技術(shù)來(lái)完成。利用數(shù)據(jù)模型、自動(dòng)編程、仿真加工、后處理技術(shù)可以完整處理復(fù)雜零件從圖紙到成品件的虛擬加工，即工業(yè) 4.0 中提到的“數(shù)字雙胞胎"。因此，掌握多軸加工的基本原理和基本編程方式，對(duì)于零件的制造、生產(chǎn)效率的提高都起著重要的作用 [1]。
1 四軸加工的概述
四軸加工準(zhǔn)確地說(shuō)應(yīng)該是四坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)加工。目前，很多數(shù)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)此類(lèi)插補(bǔ)運(yùn)算功能， 以達(dá)到一次裝夾多面加工的要求。也有一些數(shù)控設(shè)備是在普通的數(shù)控三坐標(biāo)加工中心的基礎(chǔ)上，對(duì)第四軸進(jìn)行擴(kuò)展而來(lái)，使其可以滿(mǎn)足多面或軸面上的軌跡加工。
在數(shù)控機(jī)床里，對(duì)于坐標(biāo)系的定義是源于右手笛卡爾直角坐標(biāo)系，即：相交于原點(diǎn)的兩條數(shù)軸， 構(gòu)成了平面放射坐標(biāo)系；而相交于原點(diǎn)的三條不共面的數(shù)軸構(gòu)成空間的放射坐標(biāo)系。在笛卡爾坐標(biāo)系中，過(guò)定點(diǎn) 0，作三條互相垂直的數(shù)軸，它們都以 0 為原點(diǎn)且一般具有相同的長(zhǎng)度單位。這三條軸分別叫作 X 軸、Y 軸、Z 軸，統(tǒng)稱(chēng)坐標(biāo)軸。在數(shù)控機(jī)床上，X、Y、Z 軸的正方向要符合右手規(guī)則，即以右手握住 Z 軸，當(dāng)右手的四指從正向 X 軸以 π/2 角度轉(zhuǎn)向正向Y 軸時(shí)，大拇指的指向就是 Z 軸的正向， 這樣的三條坐標(biāo)軸就組成了一個(gè)空間直角坐標(biāo)系， 點(diǎn) 0 叫作坐標(biāo)原點(diǎn)，X、Y、Z 軸就是空間中的三個(gè)直線(xiàn)軸。多軸機(jī)床里除了三個(gè)直線(xiàn)軸，還定義了三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，分別是繞著 X、Y、Z 軸旋轉(zhuǎn)的 A、B、
C 軸。A、B、C 軸的方向確定也符合右手笛卡爾規(guī)則，即右手握住某一直線(xiàn)軸（例如：X 軸），大拇指的指向與該直線(xiàn)軸正向相同，四指旋握的方向即為該直線(xiàn)軸對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)軸（即 A 軸）的正方向。
在CNC加工中心里，四軸機(jī)床指的是配有X、Y、
Z 三個(gè)直線(xiàn)軸以及 A 或 B 或 C 三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸之一的加工中心，且三個(gè)直線(xiàn)軸與一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸可以進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算及加工，即為聯(lián)動(dòng)。立式機(jī)床往往配備的第四軸為 A 軸（如圖 1 所示），臥式機(jī)床則配備的第四軸為 B 軸（即 Y 軸所對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)軸）。
2 四軸加工的特點(diǎn)
四軸加工中心早應(yīng)用于曲線(xiàn)曲面的加工，即葉片的加工。現(xiàn)如今，四軸加工中心可以適用于多面體零件、帶回轉(zhuǎn)角度的螺旋線(xiàn)（圓柱面油槽）、螺旋槽、圓柱面凸輪、擺線(xiàn)的加工等等，應(yīng)用及其廣泛。
從加工產(chǎn)品我們可以看出，四軸加工有以下特點(diǎn)：
（1）由于有旋轉(zhuǎn)軸的加入，使得空間曲面的加工成為可能，大大提高了自由空間曲面的加工精度、質(zhì)量和效率；
（2）三軸加工機(jī)床無(wú)法加工到的或需要裝夾過(guò)長(zhǎng)的工件（如長(zhǎng)軸類(lèi)軸面加工）的加工，可以通過(guò)四軸旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)完成；
（3）縮短裝夾時(shí)間，減少加工工序，盡可能地通過(guò)一次定位進(jìn)行多工序加工，減少定位誤差；
（4）刀具得到很大改善，延長(zhǎng)刀具壽命；
（5）有利于生產(chǎn)集中化。
3 四軸加工中心的工作模式
四軸加工中心一般有兩種加工模式：定位加工和插補(bǔ)加工，分別對(duì)應(yīng)多面體零件加工和回轉(zhuǎn)體輪廓加工。現(xiàn)在，以帶 A 軸為旋轉(zhuǎn)軸的四軸加工中心為例，分別對(duì)兩種加工模式進(jìn)行說(shuō)明。
3.1 定位加工
在進(jìn)行多面體零件加工時(shí)，需要將多面體的各個(gè)加工工作平面在圍繞A 軸旋轉(zhuǎn)后能與A 軸軸線(xiàn)平行，否則將造成無(wú)法加工，出現(xiàn)欠切或過(guò)切的現(xiàn)象。一般來(lái)說(shuō)，通過(guò)安裝在第四軸上的夾具將加工零件固定在旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，校正基準(zhǔn)面以確定工件坐標(biāo)系
A 軸零點(diǎn)位置。在實(shí)際加工中先通過(guò)A 軸的角度旋轉(zhuǎn)得到加工工作平面的正確位置，然后利用相關(guān)指令
（例如FANUC 系統(tǒng)中的M10）鎖定該位置，保證加工過(guò)程中加工面與A 軸零點(diǎn)位置固定，從而使得該加工面內(nèi)所有元素的完整正確加工。對(duì)多面體下一個(gè)加工面加工時(shí)，只需先利用A 軸打開(kāi)指令（例如
FANUC 系統(tǒng)中的M11）將A 軸打開(kāi)，再旋轉(zhuǎn)A 軸角度至下一個(gè)加工平面與A 軸軸線(xiàn)和主軸軸線(xiàn)組成的相交平面平行或垂直，然后鎖定即可加工 [2]。
此類(lèi)加工中，A 軸僅起到分度的作用，并沒(méi)有參與插補(bǔ)加工，因此并不能體現(xiàn)四軸聯(lián)動(dòng)的運(yùn)算。
3.2 插補(bǔ)加工
回轉(zhuǎn)零件的軸面輪廓加工或螺旋槽的加工，就是典型的利用四軸聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)計(jì)算而成的插補(bǔ)加工。例如圓柱面上的回轉(zhuǎn)槽、圓柱凸輪的加工主要是依靠 A 軸的旋轉(zhuǎn)加 X 軸的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。此時(shí)，需要將 A 軸角度展開(kāi)，與 X 軸做插補(bǔ)運(yùn)算，以確保 A 軸與X 軸的聯(lián)動(dòng)，這個(gè)過(guò)程將用到圓柱插補(bǔ)命令（例如 FANUC 的 G07.1） 。