PowerMILL高级五轴功能应用

一、 引言

Delcam Plc 是世界领先的专业化CAD/CAM集成系统开发商。其软件产品适用于具有复杂形体的产品、零件及模具的设计制造。广泛地应用于航空航天、汽车、 船舶、内燃机 、家用电器、轻工产品等行业。Delcam Plc是当今全世界唯一拥有大型数控加工车间的CAD/CAM软件公司。所有的软件产品都在实际的生产环境中经过了严格的测试。使得Delcam公司最能理解用户的问题与需求。

五轴加工被应用在航天业已经多年，主要应用在尖端军备制造方面，由于其对航空、航天、军事工业的重要影响，以及技术上的复杂性，西方工业发达国家一直把五轴数控系统作为战略物资实行出口许可证制度，从前几年的东芝事件可见一斑，尤其在潜艇用螺旋浆、叶轮的制造方面发挥了巨大的作用，上图CIMT2003展会上PowerMILL和机床商合作做的五轴叶轮加工程序（如图1 ）。过去模具界甚少使用五轴加工，问题是多轴机床的价格昂贵及NC程序制作困难。近来因为模具交期紧迫及价格压缩，使五轴加工受到模具业的重视，将是继高速加工机后另一个有效工具。主要优点是加工整体复杂工件时，只要一次的工件夹持定位；另一个好处在于可使用较短刀具，以确保切削精度。在PowerMILL三轴及高速加工功能倍受推崇的今天，本文将从多个方面介绍PowerMILL展示给我们的强大五轴功能。

图 1

二、 PowerMILL高级五轴功能简介及功能特点

PowerMILL标准概念的五轴加工可选模块，完全可以实现定位五轴加工方式（3+2轴）；连续五轴加工方式，五轴可以同时运动，并且确保加工头在运动中间或改变轴向时不与工件及夹具碰撞。

新版 PowerMILL4.5 进一步扩展了其固定轴 5 轴加工功能和连续 5 轴加工功能。它现在包含有新的 SWARF 加工功能、5 轴轮廓和裁剪功能以及 5 轴投影加工功能。5 轴加工刀具路径可基于通过点或指向点加工或是自直线或到直线或驱动曲面加工产生。用户可全面控制前倾和侧倾角，从而使加工安全可靠。

使用PowerMILL进行5轴加工的另外一个非常重要的优点是它支持使用全范围的不同类型的切削刀具，这些刀具包括End mill，Tapered cutter，和Ball-nose，Tipped-radius及 Off-centre， Tipped-radius等。现在有些系统仅限于使用 Ball-nose或End mill，很显然，仅使用这两种类型的刀具有时并这不是最有效的刀具选择。

PowerMILL自动对产生的全部刀具路径进行刀具夹持和刀具的5 轴碰撞检测，这样可确保加工过程中不出现过切，这对加工叶轮、螺旋桨、工模具内部的小型型腔尤其重要。

Delcam针对航空航天及模具制造五轴加工实际需求而开发一系列加工方式，PowerMILL提供加工通过点或指向点及到直线或自直线加工,PowerMILL可自动调整主轴前倾角和侧倾角，以获得最佳切削条件及避免主轴与工件的碰撞。在不同的加工情况，选择各式刀具应用如平刀、锥形刀，以提升加工品质及切削效率，并且PowerMILL中的大多数加工策略都可采用五轴加工方式来实现（如图2），而达到最优化的加工工艺，。PowerMILL用于叶轮、叶片加工的连续五轴加工技术，使五轴数控加工技术在加工连续、平滑、复杂曲面方面更加简单、更安全。

图 2

五轴加工大大的降低刀具的损耗，虽然使用高速加工机可设定快速切削 ，缩短工时，但刀具磨耗往往是只发生在刀尖，这样做相当可惜且浪费 。使用五轴加工就有所不同了，刀具除了刀尖切削外，更多时候是使用刀腹切削，所以刀具利用率提升很多。

另外powerMILL还支持悬臂多轴、机器人多轴等特殊应用领域的编程需要（如图 3）。

图 3

PowerMILL五轴功能的友好界面与方便的操作方式，学习起来非常快捷，使操作者能在很短的时间内掌握在过去认为非常复杂五轴编程。

五轴设备的昂贵价格使用户对程序的安全性、可靠性、平稳性提出了更高的要求，PowerMILL的全程防过切功能，很大程度上解决了困扰拥有五轴设备用户的设备安全问题、减少编程人员及机床操作人员的心理压力，提供了很好的安全保证，减少编程人员及机床操作人员的心理压力。PowerMILL产生的刀具路径的稳定性和可靠性信心十足，放心地将这些刀具路径放加工中心上进行无人值守加工。并且PowerMILL的五轴用户可以在投入很少的费用获得真实机床的五轴仿真功能。

 

三、 PowerMILL高级五轴功能在五面体加工中的应用

5 轴加工的一个主要优点是仅需经过一次装夹即可完成复杂形状零件的加工（图 4）。和多次装夹相比，它可极大地提高加工和生产能力，显著缩短产品加工周期及加工成本。 5 轴加工中，由于刀头可进入工件内部，刀具方向朝向工件表面，因此可使用短刀具加工。使用短刀具加工可提高切削速率而不增加刀具负荷，从而可提高刀具寿命，减少刀具损坏。 使用短刀具同样可减少在用 3 轴加工加工深型芯和型腔过程中经常出现的刀具的振动，从而可得到质量更高的加工表面，减少、甚至避免极其耗时的手工打磨工序。

图 4

5 轴加工的另外一个主要优点是可使用 5 轴加工来加工形状极其复杂的通常只能通过浇铸方法加工的形体。对于快速原形和小批量生产来说，和铸造方法相比，5 轴加工能快速交货。

对于很多具有不同复合角度的的孔系，同样也使五轴加工极其适合的加工领域，如果使用三轴设备，那么每个不同的复合角度的孔都要进行一次装夹，才能实现，而PowerMILL提供给你的五轴功能是可以自动识别模型中的孔，包括其他CAD软件设计的零件（如图 5）， 并且自动生成加工程序，并且可以采用具有高切削性能的铣刀，用螺旋的方式，对不同孔径的孔用同一把刀具进行加工，很大程度上提高了加工效率及加工质量。

图 5

四、 PowerMILL高级五轴功能在复杂叶轮加工中的应用

大家普遍认为五轴数控加工技术是解决叶轮、叶片、螺旋浆等加工的惟一手段，在设计、制造复杂曲面遇到无法解决的难题，就会求助五轴加工技术。早在20世纪60年代，国外航空工业生产中就开始采用五轴数控铣床。虽然随着五轴设备的外界封锁以及价格的逐步下降，模具行业开始采用五轴设备来解决问题，但是五轴数控机床的应用仍然是航空、航天及其相关工业的用户居多。叶轮叶片的加工也仍然是这部分用户极为关注的部分，叶轮零件所固有的一些特定的几何结构特点，也是对编程软件提出的挑战，并非所有的五轴编程软件都能解决的问题，powerMILL有很多适合叶轮叶片加工的功能（如图6），及其他丰富的五轴刀轴控制方式，能很好的解决加工中间刀轴干涉碰撞、优化刀具路径等问题。

图 6

因篇幅所限这里仅把编制程序的简单流程展示出来，供大家参考：

图 7

通过干涉碰撞检查及五轴机床仿真模块处理，确认程序的安全性，然后通过不同的后处理接口输出不同的机床代码,值得说明的是PowerMILL后处理的速度是非常快的。

五、 PowerMILL高级五轴功能的五轴仿真功能及安全保证

仿真技术是一项高科技技术，随着计算机硬件技术的日益成熟，其应用的范围和发挥的作用越来越大，是非常经济、实用、安全可靠的数控验证方法，和传统的机床试切等手段相比具有可降低生产成本、不用占用机床工时、不用试切材料、方式直观、检验准确等，最大限度的验证数控程序切削过程的可靠性、安全性，并能完全把碰撞、过切排除在上机加工之前，多轴机床的非常复杂，没有可靠的切削过程验证，根本不能直接在机床上进行切削，大多数CAD/CAM软件也仅仅有3轴的仿真功能，很少有为多轴提供碰撞仿真检查功能，powerMILL为我们提供的是一套完整的解决方案，加工仿真的一般过程可分为切削仿真和碰撞仿真两个过程，PowerMILL完全满足了用户的要求。

图 8

POWERMILL不仅提供五轴联动的实体切削仿真过程，而且提供五轴加工机床动作仿真过程。动态仿真五轴加工过程机床各轴各机构运动关系，自动检查工件、刀具、夹具与机床设备间是否干涉、是否超程并自动报警。仿真软件支持摆刀轴、双旋转工作台、摆刀轴与旋转工作台的组合。HEXHOLD机床、ROBOT机床特别支持DMG45度组合旋转工作台等特殊五轴形式（如图8 ）。用户可以很方便地选取五轴形式，自定义机床结构，对数控加工过程的模拟达到了极其逼真的程度。