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数控奥林匹克多轴加工工艺研修（无锡）班多轴机床实操讲义南京四开电子企业有限公司数控中心 内部资料多轴机床手册（节选）第一章 五轴机床应用必备知识第一节 五轴机床的几种结构简介1.1.1 五轴机床的分类五轴机床一般为在普通三轴机床的基础上附加了两个旋转轴。又称为3+2轴。按照旋转轴的类型，五轴机床可以分为三类：双转台五轴、双摆头五轴、单转台单摆头五轴。旋转轴分为两种：使主轴方向旋转的旋转轴称为摆头，使装夹工件的工作台旋转的旋转轴称为转台。按照旋转轴的旋转平面分类，五轴机床可分为正交五轴和非正交五轴。两个旋转轴的旋转平面均为正交面（XY、YZ或XZ平面）的机床为正交五轴；两个旋转轴的旋转平面有一个或二个不是正交面的机床为非正交五轴。1.1.2 SKY五轴机床的三种典型结构 双转台五轴两个旋转轴均属转台类，B轴旋转平面为YZ平面，C轴旋转平面为XY平面。一般两个旋转轴结合为一个整体构成双转台结构，放置在工作台面上。特点：加工过程中工作台旋转并摆动，可加工工件的尺寸受转台尺寸的限制，适合加工体积小、重量轻的工件；主轴始终为竖直方向，刚性比较好，可以进行切削量较大的加工。图1-1-1双转台结构示意图 双摆头五轴两个旋转轴均属摆头类，B轴旋转平面为ZX平面，C轴旋转平面为XY平面。两个旋转轴结合为一个整体构成双摆头结构。特点：加工过程中工作台不旋转或摆动，工件固定在工作台上，加工过程中静止不动。适合加工体积大、重量重的工件；但因主轴在加工过程中摆动，所以刚性较差，加工切削量较小。图1-1-2双摆头结构示意图 单转台单摆头五轴旋转轴B为摆头，旋转平面为ZX平面；旋转轴C为转台，旋转平面为XY平面。特点：加工过程中工作台只旋转不摆动，主轴只在一个旋转平面内摆动，加工特点介于双转台和双摆头之间。图1-1-3单摆头单转台结构示意图第二节 加工坐标系与对刀操作的作用1.2.1 加工坐标系的作用使用数控机床来加工，编程时必须在所加工的实体或曲面模型上选择一个基准点。以这个点为加工原点的坐标系就称为加工坐标系（或称工件坐标系）。三轴机床加工坐标系的基本轴向一般都符合右手定则。轴向如图所示：当右手大拇指的方向指向机床X轴正方向时，那么食指方向为Y轴正方向，中指方向为Z轴正方向。Z轴正方向（中指的方向）Y轴正方向（食指的方向）X轴正方向（大拇指的方向）图1-2-1右手定则五轴机床比三轴机床多了旋转轴和摆动轴，因此五轴机床的加工坐标系是一个五维坐标系。其加工坐标系中X、Y、Z三轴一般都与三轴机床相同，其余两轴则因机床结构类型不同而不同。在CAM软件中编程时，首先生成加工的刀具轨迹，然后通过后处理生成G代码的加工程序。加工程序中除了G代码指令之外，大量的内容为机床各轴坐标值，这些坐标值都是刀具轨迹上的点相对于加工坐标系中的值。在机床加工时，机床就会按照这些坐标值确定的位置来运动，通过刀具的切削，精确加工出所需的工件。加工坐标系的作用就是确定刀具轨迹的坐标值，使加工刀路可以数值化、程序化，从而可以实现精确的数控加工。因此，数控加工必须要建立一个加工坐标系。1.2.2五轴机床加工中的对刀操作对刀操作所做的工作就是将CAM软件的三维图形中的加工坐标系与实际机床上的加工坐标系统一起来。如下图，工件原点（加工坐标系原点）位置是由编程人员设定的。机床上工件的原点反映的是工件与机床原点之间的位置关系。工件原点一旦确定一般不再改变。Z+Y+机床原点（0,0,0）工件原点（对应于编程原点）X+图1-2-2工件原点与机床原点的关系三轴机床加工时，在加工件在机床工作台上装夹好之后，要找到编程时在图形中设定为基准点的那一点在机床上的位置，也就是测出这一点的机床坐标值。五轴机床加工的对刀操作与三轴机床不同，一是操作顺序不同，二是五轴比三轴要多一些内容。三轴机床一般都是先装夹好工件，再去进行对刀操作。五轴机床有时要先进行部分对刀操作，然后在装夹工件。这种情况下，工件装夹的位置还需按照对刀的要求进行校正。五轴机床的旋转轴或摆动轴都是按角度值运动的，因此五轴机床的对刀还需要校正旋转轴或摆动轴的零点位置；当机床结构为双转台或双摆头时，两个旋转轴是相关的（其中一个转轴跟随另一个运动），这时需要测定两轴的距离或偏心量；当五轴机床含有摆头结构时，还需要测量摆长以及刀具长度。对三种主要结构类型的五轴机床对刀操作与三轴机床的不同点概述如下：A双转台机床（工作台回转、摆动），在工件装夹之前测量确定两转轴轴线和摆轴轴线的交点、转台表面到摆轴轴线的距离，还要将转台校水平，装夹工件时校正工件或测量出工件位置偏差。B转台+摆头机床（工作台回转，刀具摆动），要在装夹工件之前测出转台中心，装夹工件时校正工件或测量出工件位置偏差，还要测定摆轴的有效摆长（有效摆长摆轴长基准刀具长）。C双摆头机床（刀具回转、摆动），要测定摆轴的有效摆长，还要校正摆轴和转轴的零度位。第三节 SKY2006N型数控系统中的拓展功能G10和G121SKY2006N型多轴高速数控系统新增功能进一步改进了多轴联动加工的关键性控制技术；系统在新功能方面增加了3-D刀具空间补偿功能；改进了皮米插补功能和坐标系寻位补偿（G10）功能；摆轴长度补偿功能（加工时在数控系统中设定摆轴长度）；实现5000程序段的预处理功能（前瞻控制），满足了五轴联动机床高速加工的前瞻控制需求；增加了五轴加工刀具路径实时动态跟踪模拟显示功能；有力地保证了机床在运动中的精度控制和操作的方便性。23-D刀具空间补偿原理（G10）五轴联动加工中涉及到的刀具补偿问题在SKY2006N型多轴数控系统中得到了很好的解决。C轴和b轴的偏心3G12补偿原理主轴和 C轴的偏心第二章 五轴机床的基本操作第一节 五轴机床操作的基本特点必须在熟练掌握SKY三轴机床操作的基础上，才能学习SKY五轴机床的操作。SKY三轴机床操作请参照SKY三轴机床操作手册。SKY五轴机床的操作的基本特点如下：1SKY五轴机床的操作与SKY三轴机床的操作基本相同，只是在SKY三轴机床的基础上加了B、C两轴。例如，开机机床工作返参的操作：打开总电源打开操作面板上的钥匙开关双击桌面SKY2008POWER进入SKY数控系统旋起紧停按钮打开机床工作按“F4”进入返参方式按“3”选择机床原点功能按“F6”键执行。这些基本操作与SKY三轴机床的操作完全一样。三轴机床返参（回机床原点）过程为Z、Y、X三个直线运动轴按次序返回机床原点；五轴机床返参在此基础上，增加了旋转轴 B轴和C轴返回机床原点。2SKY五轴系统中一般摆动轴为B轴，旋转轴为C轴，单位均为度（）。3一般从旋转轴的旋转平面法向正向去观察，顺时针转动就是正向，逆时针转动为负。4SKY五轴机床在对刀操作时需测定摆长：当机床为双转台结构时，摆长为转台表面到摆动轴轴线的距离；当机床为单摆头或双摆头结构时，摆长为主轴端面到摆动轴轴线的距离。为了便于理解我们把这个距离叫做摆长，一般在双转台五轴机床中叫B轴的回转半径图2-1-1摆长示意图第二节 双转台机床的对刀操作步骤2.2.1 双转台机床的对刀方法双转台五轴机床的加工坐标，一般可取双转台的旋转轴线的交点作为加工坐标原点，因此，双转台机床的对刀也就是要找到双转台旋转轴线的交点，加工原点的X、Y、Z轴坐标均由转台旋转轴线交点确定。1校正双转台把千分表吸在主轴上，如图2-2-1所示。让表头接触到双转台基准面face1，保持机床Y轴位置不变，沿X轴移动，使表头接触face2，若表头接触face1 、face2时的读数不同，则调整双转台的位置，直到读数相同，以使 B轴轴线与机床X轴方向平行。完成后固定双转台，固定后要注意复检，防止固定过程中转台受力移动。2校正B轴零位（对刀B轴原点）一般我们取C轴转台（双转台上的圆形小转盘）的旋转平面为水平面时的B轴位置为B轴零位；校正方法如下：如图2-2-1所示，千分表吸在主轴上，让表头接触到C转台表面，首先沿X轴从B1到B2打表，以确认转台的安装是否平整，若千分表读数两点不同，则需要重新固定转台，确保转台安装面的清洁，并重新进行步骤1校正转台安装方向；然后，沿Y轴从A1到A2打表，调整B轴角度，使千分表在A1、A2两点的读数相同，此时C轴的旋转平面校正到了水平位置。转台水平后把此时B轴的机床坐标值输入到G55对话框的B框中，并按“确定”按钮保存录入的数据。Y方向X方向A1A2B1B2双转台的基准面Face1Face2图2-2-1校正双转台3找C轴转台的中心（对刀X、Y轴原点）把千分表吸在刀柄上并保证在表座随着刀柄在360范围内旋转时不受阻碍。让表头接触到C轴转台的内孔表面，旋转刀柄（千分表应随着刀柄转动），如果表的回转中心和转台中心不重合，调整X轴和Y轴的位置直到二者重合为止（此时千分表在回转台内壁任意角度的读数相等或在允许的误差之内）。把此时X轴和Y轴的机床坐标值分别输入到G55对话框的X和Y框中，并按“确定”按钮保存。4找出B、C轴线的交点（对刀Z轴原点）a测量摆长使B轴运动至G55对刀点的位置，X、Y轴移动至主轴中心与C转台的中心位置重合（即机床移动至G55 X0 Y0 B0），在手轮方式下把“相对移动量KA”项清零，再让B轴摆动-90，如图2-2-2所示：刀具侧刃回转台表面B轴回转半径图2-2-2 双转台摆长测量让刀具的侧刃（最好使用寻边器，防止刀刃刮伤转台）接触C轴回转台的表面，把此时“手轮方式”下的“相对移动量KA”下的Y坐标的值记录下来，记为R，这个值再减去刀具半径就是B轴的回转半径。记为ZH1. ZH1=（|R| - 刀具半径）b对C转台高度将B轴运动至G55对刀点的位置，用刀尖接触C转台表面，将此时机床坐标值记为“ZH2”.c设定Z轴原点坐标G55_Z=ZH2-|ZH1|，将此数值输入G55对话框的Z框中并按“确定”按钮保存。5装夹工件 现在可以装夹工件了，在把工件装夹到旋转台上，转动旋转台，保证工件和压板等装配物件在转台转动的过程中不碰撞周边的任何物体。6选定C轴的基准边（对刀C轴原点）通常在需要进行多轴加工的工件上取一基准边，把这个基准边与X（或Y）轴成一特定角度或平行时的C轴位置作为C轴的零位。把此时C轴的机床坐标值输入到G55对话框的C框中，并按“确定”按钮保存。7找工件基准点与转台中心点的偏差使机床B、C轴都移动至零位（G55 B0 C0），按照三轴的对刀方法找到工件上对刀基准点X、Y、Z的机床坐标值，输入到G54对话框中，并按“确定”按钮保存。比较G54和G55坐标参数中X、Y、Z轴的数值，按照如下公式计算：X=XG55-XG54Y=YG55-YG54Z=ZG55-ZG54将这些数值记录，告知编程人员。2.2.2 程序头、尾的标准格式M03 S _ 程序启动的第一个动作就是主轴以给定的转速转动起来，告诉操作人员，程序已经开始执行G55 加工坐标系，以下的程序代码都是相对于G55坐标系中的原点坐标来进行相对切削运动的G00 B _ C _ B轴和C轴定位G00 X _ Y _ Z _ X Y Z轴定位G指令代码程序M09 冷却液关M05 主轴停止M02 程序结束第三节 单转台单摆头机床的对刀操作步骤2.3.1 单转台单摆头机床的对刀方法单转台单摆头五轴机床，一般将加工原点取在旋转工作台（C轴）的旋转轴线上，因此对刀时必须找到转台的中心，加工原点的X、Y轴坐标由转台中心位置确定，但Z轴坐标根据工件上的基准而定，与转台中心无关。1 校正摆轴，使主轴垂直于工作台（对刀B轴原点）方法一：如图2-3-1所示，在主轴上装一标准芯棒（或刀杆）；移动B轴，使主轴大概垂直于工作台平面；将千分表吸在工作台面上，调整表针位置，让表针接触刀杆或芯棒；低速转动主轴，或用手拨动刀杆或芯棒使主轴转动，若千分表读数随主轴旋转而变化，则重新安装芯棒，直至千分表读数不随主轴转动而变化或读数在允许的范围之内；上下运动Z轴，观察千分表读数变化，调整B轴，使千分表读数不随Z轴上下移动而变化或其 变化在允许的范围之内，此时主轴与工作台垂直。把这时机床坐标B轴的数值输入到G55对话框中的B框中，并按“确定”按钮保存。图 2-3-1摆轴校正方法一方法二：将千分表吸到刀柄上，并能保证表随着刀柄在360度范围内自由转动时不受任何阻碍。如图2-3-2所示：调整表的高度使表头接触到工作台面，然后旋转刀柄让表头在工作台面上划一个整圆，调整B轴的角度，使千分表在这个圆的任意位置上读数基本相等，把此时B轴机床坐标的数值输入到G55对话框中的B框中，并按“确定“按钮保存。图2-3-2摆轴校正方法二方法二比方法一更加精确、可靠，推荐使用方法二。一般情况下，B轴的零位在新机床出厂调试时已经校正，即B轴机床坐标为零时，主轴垂直于工作台，但为了确保精度，加工前应复检一次。2转工作台的旋转中心（对刀X、Y轴原点）如图2-3-3，把表吸到刀柄上，并保证表和刀柄360度范围内自由转动时不受任何阻碍；调整机床X、Y、Z轴和千分表位置，使得千分表在随刀柄旋转一周时，表针基本能接触到旋转工作台的内孔壁；进一步调整X、Y轴的位置，直到千分表的读数在内壁任意位置基本相等；把此时X、Y轴的机床坐标值输入到G55对话框的X、Y框中，并按“确定”按钮保存。图2-3-3测量转台旋转中心位置3装夹工件和刀具把工件固定在旋转台上，加工时所需要的第一把刀具装夹到主轴上。4选定C轴的基准边（对刀C轴原点）通常在需要进行多轴加工的工件上取一基准边，把这个基准边与X（或Y）轴成一特定角度或平行时的C轴位置作为C轴的零位。把此时C轴的机床坐标值输入到G55对话框的C框中，并按“确定”按钮保存。5对Z轴的加工原点操作人员要知道编程人员把Z坐标原点设置到了工件上的哪个位置，这里的对刀点就对到哪个位置。将B轴转到零位（即主轴垂直于工作台），让刀尖接触工件上的基准点，将这点的机床坐标值输入到G55对话框的Z框中，并按“确定”按钮保存。6找出旋转台的中心和工件中心的偏差按照SKY三轴操作去找工件的原点，把工件原点的X、Y坐标值分别输入到G54对话框的X、Y框中，并按“确定”按钮保存。比较G54和G55坐标参数中X、Y轴的数值，按照如下公式计算：X=XG55-XG54Y=YG55-YG54将这些数值记录，告知编程人员。7测定摆长如图2-3-4所示：找一块最好是用磨床磨过的垫块，置于工作台面，在B轴零度（主轴垂直于工作台面）时，把刀尖移动到垫块的上表面，再把刀具抬高一个刀具半径，记录下此时机床坐标Z坐标值，设为P1,让B轴摆动到“90度“或”-90度“，再让刀具移动到垫块上表面，记下此时机床坐标的数值，为P2，|P1|-|P2|=P (摆长)图2-3-4测量摆长把“-P”输入到G58对话框的Z框中，并按”确定“按钮保存（加工程序中要用到G指令来调用这个摆长值），如图2-3-5所示。在此处记录测定的摆长值，一定是负值图2-3-5摆长补正值设定8将系统中刀长补正值清零在F1自动方式下按“5刀具”，弹出如图2-3-6所示的刀具定义对话框，在刀具长度补偿中填入“0”，点“更改”。此处的刀具编号和程序代码中调用的刀具号要统一第一次对刀此项一定为“零”，更换刀具后，刀长差值输入到这里图2-3-6刀具定义对话框第一次对刀全部完成。9换刀后的对刀第一次对刀所使用的刀具，我们称为基准刀具（或称初始刀具）；当主轴上刀具更换之后，所使用的刀具就不是基准刀具了，称为当前刀具。如果了另外的刀具来加工，需要测出当前刀具与初始刀具的长度差值，将这个差值输入到如图2-3-6的刀具长度补偿中，点“更改”保存即可。当前刀具长于初始刀具的补偿值为正值；反之，补偿值为负值。2.3.2 程序头、尾的标准格式M03 S _ 程序启动的第一个动作就是主轴以给定的转速转动起来，告诉操作人员，程序已经开始执行G55 加工坐标系，以下的程序代码都是相对于G55坐标系中的原点坐标来进行相对切削运动的。G00 B _ C _ B轴和C轴定位G10 P58 H1(RH) 调用摆长和刀具长度补偿值G00 X _ Y _ Z _ B _ C _ X、Y、Z、B、C轴定位G指令代码程序M09 冷却液关M05 主轴停止M02 程序结束注：G10：SKY五轴数控系统中特有的专用功能代码，用来补偿摆长和刀长。P58：是调用在对刀时输入到G58中的摆长值的。（如果摆长值输入到了G59对话框中，则此处就应改成P59）H1：是调用刀具长度补偿对话框中的数值。（如果把刀具长度的变化量输入到了第5号刀中，此处就应改成H5；如果是比第一把刀具长则应在此补正值，短了就负值。）(RH)：R是Rotary的缩写，H是Head的缩写，意思是单摆头单转台机床。第四节 双摆头机床的对刀操作步骤2.4.1 双摆头机床的对刀方法双摆头五轴机床，由于没有旋转工作台结构，一般加工原点可以根据编程需要取工件上任意一点作为加工原点。1 校正摆轴，使主轴垂直于工作台（对刀B轴原点）校正方法与单摆头五轴机床相同。2 校正旋转轴，使B轴旋转轴线与Y轴平行（对刀C轴原点）如图，将C轴旋转到接近如图2-4-1所示的位置（使B轴旋转轴线大致与Y轴平行），将千分表吸在主轴上；在工作台上放置一个大的标准方箱，移动X轴在方箱侧面打表，将方箱侧面与机床ZX平面校平行；然后，调整B、C轴的位置，使千分表可以跟随B轴摆动，在方箱侧面上划出半圆轨迹；当B轴摆动时，若千分表读数变化，则调整C轴角度，直至千分表的读数变化在允许的范围内。此时，B轴旋转平面同机床ZX平面平行，B轴轴线与Y轴平行。把此时C轴的机床坐标值输入到G55对话框的C框中，并按“确定”按钮保存。图2-4-1双摆头C轴校正方法一般情况下，B、C轴的零位在新机床出厂前的调试中已经校正，即B轴的机床坐标为零时，主轴垂直于工作台，C轴机床坐标为零时，B轴旋转轴线与Y轴平行。但为了确保精度，加工前应复检一次。3装夹工件和刀具把工件固定在工作台上，加工时需要的第一把刀具装夹到主轴上。4X、Y、Z轴对刀在校正了B、C轴零点的基础上，使机床B、C轴位于零位，采用与三轴加工一样的操作方法进行对刀，确定X、Y、Z轴加工零点，输入到G55坐标参数中。5测定摆长如图2-4-2所示：找一块最好是用磨床磨过的垫块，置于工作台面，在B轴零度（主轴垂直于工作台面）时，把刀尖移动到垫块的上表面，再把刀具抬高一个刀具半径，记录下此时机床坐标Z坐标值，设为P1,让B轴摆动到“90度“或”-90度“，再让刀具移动到垫块上表面，记下此时机床坐标的数值，为P2，|P1|-|P2|=P (摆长)图2-4-2测量摆长把“-P”输入到G58对话框的Z框中，并按”确定“按钮保存（加工程序中要用到G指令来调用这个摆长值），如图2-4-3所示。在此处记录测定的摆长值，一定是负值图2-4-3摆长补正值设定6将系统中刀长补正值清零在F1自动方式下按“5刀具”，弹出如图2-4-4所示的刀具定义对话框，在刀具长度补偿中填入“0”，点“更改”。此处的刀具编号和程序代码中调用的刀具号要统一第一次对刀此项一定为“零”，更换刀具后，刀长差值输入到这里图2-4-4刀具定义对话框第一次对刀全部完成。7换刀后的对刀第一次对刀所使用的刀具，我们称为基准刀具（或称初始刀具）；当主轴上刀具更换之后，所使用的刀具就不是基准刀具了，称为当前刀具。如果了另外的刀具来加工，需要测出当前刀具与初始刀具的长度差值，将这个差值输入到如图2-4-4的刀具长度补偿中，点“更改”保存即可。当前刀具长于初始刀具的补偿值为正值；反之，补偿值为负值。2.4.2 程序头、尾的标准格式M03 S _ 程序启动的第一个动作就是主轴以给定的转速转动起来，告诉操作人员，程序已经开始执行G55 加工坐标系，以下的程序代码都是相对于G55坐标系中的原点坐标来进行相对切削运动的。G00 B _ C _ B轴和C轴定位G10P58H1(HH) 调用摆长和刀具长度补偿值G00 X _ Y _ Z _ B _ C _ X、Y、Z、B、C轴定位 G指令代码程序M09 冷却液关M05 主轴停止M02 程序结束注：G10：SKY五轴数控系统中特有的专用功能代码，用来给补偿多摆长和刀长的。P58：是调用在对刀时输入到G58中的摆长值的。（如果摆长值输入到了G59对话框中，则此处就应改成P59）H1：是调用刀具长度补偿对话框中的数值。（如果把刀具长度的变化量输入到了第5号刀中，此处就应改成H5；如果是比第一把刀具长则应在此补正值，短了就补负值。）(HH):H是Head的缩写，意思是双摆头机床。第三章 五轴编程的概念及相关知识第一节 五轴编程的概念3.1.1 多轴编程的概念首先，多轴机床指的是四轴及轴数多于四的机床。一般多轴机床在具有基本的直线轴（X、Y、Z）的基础上增加了旋转轴（或摆动轴）。在实际加工中，旋转轴（或摆动轴）的运动实现了刀轴变化；反过来，在编程时刀轴的变化最终是由旋转轴（或摆动轴）的运动来实现的。其次，多轴加工多用于加工复杂曲面或三轴加工无法完整加工的曲面。如倒扣的曲面，曲面的上部挡住了下部，使之无法用三轴方法完整加工，若刀轴可以变化就可以完整加工这些曲面。对于一些复杂曲面，因其形状复杂，若使用三轴加工，在加工曲面不同部位时工况相差很大，造成加工的效果的差距也很大，影响加工质量；若使用多轴加工，则可以在加工不同部位时，使刀轴相应改变，保证工况相近，从而获得好的加工质量。根据以上两点，我们得出多轴编程的概念。多轴编程就是要控制多轴机床运动，通过控制X、Y、Z三轴之外的机床轴来实现刀轴改变，以加工复杂曲面或三轴无法完整加工的曲面。3.1.2 五轴编程的概念五轴编程属于多轴编程；五轴机床一般是在X、Y、Z三轴机床的基础上增加了两个旋转轴（或摆动轴）。由此，五轴编程即控制五轴机床运动，通过控制两个旋转轴（或摆动轴）来实现刀轴变化，以加工复杂曲面或三轴无法完整加工的曲面。3.1.3 五轴编程的基础五轴加工就是通过控制刀具轴矢量在空间位置的不断变化或使刀具轴的矢量与机床原始坐标系构成空间某个角度，利用铣刀的侧刃或底刃切削来完成加工。五轴加工的关键是如何合理控制刀轴矢量（刀具轴的轴线矢量）的变化。加工不同的曲面，为了实现加工需要，刀轴矢量的改变方式是不同的；刀轴矢量的变化是通过工作台摆动或主轴的摆动来实现的，不同结构类型的五轴机床其运动学关系是不同的。合理的控制刀轴矢量既要满足曲面加工的需要，又要使刀轴矢量变化范围在所使用的机床可实现的范围内。因此，五轴机床编程的基础是理解刀轴矢量的变化会在实际机床加工中产生何种效果。这就必须先了解各种五轴机床的运动学关系：1对于工作台回转/摆动型，必须在工件装夹好后通过测量确定两回转/摆动轴交点在工件坐标系中的位置矢量；2对于刀具回转/摆动型，必须通过测量确定有效的刀具长度，即回转轴与刀具轴线的交点到刀位点的距离，它可以看成是刀位点总的摆动半径；3对于刀具与工作台回转/摆动型机床，既要通过测量确定有效的刀具长度，又要在工件装夹好后通过测量确定工作台回转/摆动轴线上一点在工件坐标系中的位置矢量。3.1.4 五轴编程的原则合理的控制刀轴矢量，就可以编制出加工所需的五轴程序，但此程序不一定是最优化的，它只是实现了可以加工，未必能达到很好的加工质量，或加工质量可以但加工效率低下。要达到理想的加工质量和较高的加工效率，还需遵循以下原则：1 为了提高加工效率，所编制程序应尽量减小机床的运动量；2 为了提高加工质量，所编制程序应使刀轴矢量变化均匀，平滑过渡，不要有突变点；如无法避免刀轴矢量突变，则应考虑分步加工，或尽量减少刀轴改变量；3 如果一个工件存在多个刀路时，各刀路间衔接处，刀轴矢量应平滑过渡；第二节 多轴后处理使用实例例一 建造SKY四轴雕铣机后处理1.1 分析机床使用UG/Post Builder为SKY四轴雕铣机建造一个后处理，首先需要分析机床。这包含两项主要内容：机床结构和控制系统。SKY四轴雕铣机，使用SKY6070雕铣机床，附加旋转轴装置，其旋转轴为Y轴，旋转平面为ZX平面；该机床采用的是SKY2003系列控制系统。在清楚地了解机床的结构和机床使用的控制系统的特点的前提下，才能建造出最优化的后处理。接下来，我们就可以开始为该机床建造一个后处理了。1.2设定机床参数第一步，新建一个后处理，并使之符号SKY 四轴雕铣机的结构。这需要设定合理的机床参数。打开UG/Post Builder后处理建造器，点击，在新建后处理页面中参数设定如下：Post Name：SKY-4AXIS-6070DXPost Output Unit：选择Millimeters公制Machine Tool：选择Mill铣床，子类型选择4-Axis with Rotary Table4轴转台Controller：选择Generic通用的点击“OK”，建立新的后处理（图1-1）。进入机床参数设定页面，首先设定通用参数。这里的默认值，圆弧输出为“Yes”，最大进给率默认值为10000，机床回零位置为X0Y0Z0，线性轴位移最小分辨率为0.001，这些均符合实际机床要求，不需更改；可以将线性轴行程限制按照机床实际行程改为：X600、Y700、Z350（图1-2）。在Fourth Axis页面中，第四轴选择平面设为ZX，转轴字头按照机床系统设为A，公差为0.001，最小旋转角度为0.001，最大角度进给为1500，转轴方向为Normal符合左手定则，转轴行程限制可设为-99999999；其余参数保持原有的默认值，不作修改（图1-3）。到这一步，最重要的机床参数设定已经完成，可以点击，先保存一下这个后处理，位置可以自己根据需要决定。由于SKY系统要求的程序格式基本符合国际标准，如果马上使用这个后处理，那么生成的NC程序只需修该程序头的格式就可以在机床上使用了。为了使生成的程序不需作任何修改，就能直接使用，下面我们将进一步设定后处理的其它参数。图1-1 建立四轴后处理图1-2 机床通用参数图1-3 机床第四轴参数1.3 设定其它参数一个后处理的参数除了机床参数外，其它参数有许多，我们并不需要更改每个参数，只有使生成的NC程序能够符合控制系统的要求就可以了。对于SKY系统来说，大多数参数使用默认值就可以，只需要对以下五项参数进行修改：1 在Program & Tool Path的Program页面，将“Program Start Sequence”程序头中的“”和“G40 G17 G90 G71”这两行去掉，加入两个新的行“G54”和“S M03”。SKY系统在程序开头不需要这两行，而需要固定加工坐标系“G54”，保证主轴在工作时正转“M03 S”。应注意这里“M03”和“S”的顺序，默认顺序是错误的，系统要求“M03”在“S”之前，后面我们再修改这个顺序。（图1-4）2在Program & Tool Path的Program页面，将“Operation Start Sequence”操作头中，“Auto Tool Change”自动换刀的所有行删除。这种四轴雕铣机床没有自动换刀功能，因此去掉自动换刀的指令。3在Program & Tool Path的Program页面，将“Program End Sequence”程序尾中的“”这行删除，在“M02”前加入一行“M05 M09”。程序尾同样不需要“”，同时确保程序运行结束后，主轴和冷却关闭。（图1-5）4在Program & Tool Path的Word Sequencing页面，将“S”和“M03”的位置互换。回到Program & Tool Path的Program页面的“Program Start Sequence”中，可以发现“S M03”行变为了“M03 S”，顺序已经改变为符合系统要求的了。5 在Output Setting的Other Options页面，将“N/C Output Files Extension”改为“NC”。SKY系统默认读取的加工程序后缀名为“.NC”。（图1-6）图1-4 程序头设定图1-5 程序尾设定图1-6 输出设定设定好所有需修改的参数后，按键，保存这个后处理。例二 建造SKY五轴双转台龙门式雕铣机后处理2.1 分析机床此机床在SKY80120龙门雕铣机床的基础上，附加了双旋转工作台，旋转轴B轴旋转平面为YZ平面，C轴旋转平面为XY平面。机床使用SKY2003系列控制系统。2.2 建造后处理并设定参数在新建后处理页面中参数设定如下（图2-1）：Post Name：SKY-5AXIS-2TABLESPost Output Unit：选择Millimeters公制Machine Tool：选择Mill铣床，子类型选择5-Axis with Dual Rotary Tables5轴双转台Controller：选择Generic通用的图2-1 新建五轴双转台机床后处理在机床参数通用参数页面，将行程限制设为X800、Y1200、Z500，其余参数不变。（图2-2）在机床参数第四轴或第五轴页面，点击“Configure”，在弹出小窗口中设定第四轴旋转平面为YZ平面，字头为B，第五轴旋转平面为XY，字头为C；公差设为0.001（图2-3）。在机床参数第四轴和第五轴页面，将转轴最高进给率设为2000。Axis Direction设为“Magnitude Determines Direction”，由数值大小决定方向。图2-2 机床线性轴行程设定图2-3 旋转轴设定图2-4 第四轴转向和行程在机床参数第四轴页面，将轴向设为“Reversed”，转轴限位设为-90110。该机床第四轴的转向同左手定则相反，旋转范围有限，为-90到110。（图2-4）在机床参数第五轴页面，轴向设为“Normal”，转轴限位设为0359.999。第五轴的转向符合左手定则，旋转角度不受限制，可以连续旋转。（图2-5）机床参数的其它项目使用默认值即可。图2-5 第五轴转向和行程因为使用的都是SKY2003系列的机床控制系统，所以其它参数的设定与例一相同，参照例一 建造SKY四轴雕铣机后处理的设定即可。例三 建造SKY五轴双摆头龙门铣床后处理3.1 分析机床SKY五轴双摆头龙门铣床是在SKY120160龙门铣床的基础上进行改造，使用了旋转摆动结构的主轴头。其旋转轴为主轴摆头B轴，旋转平面为YZ平面，主轴转台C轴，旋转平面为XY平面，且二旋转轴之间、旋转轴和机床零位之间，均存在偏心量。控制系统与其它SKY机床相同，仍使用SKY2003系列。3.2 建造后处理并设定参数在新建后处理页面中参数设定如下（图3-1）：Post Name：SKY-5AXIS-2HEADSPost Output Unit：选择Millimeters公制Machine Tool：选择Mill铣床，子类型选择5-Axis with Dual Rotary Heads5轴双摆头Controller：选择Generic通用的图3-1 新建五轴双摆头机床后处理在机床参数通用参数页面，将行程限制设为X1200、Y1600、Z800，其余参数不变。（图3-2）在机床参数第四轴或第五轴页面，点击“Configure”，在弹出小窗口中设定第四轴旋转平面为XY平面，字头为C，第五轴旋转平面为YZ，字头为B；公差设为0.001（图3-3）。在机床参数第四轴和第五轴页面，将转轴最高进给率设为2000。Axis Direction设为“Magnitude Determines Direction”，由数值大小决定方向。图3-2 机床线性轴行程设定图3-3 旋转轴设定在机床参数第四轴页面，将轴向设为“Normal”，转轴限位设为-110230。该机床第四轴的转向符合左手定则，旋转范围有限，为-110到230。（图3-4）在机床参数第五轴页面，轴向设为“Reversed”，转轴限位设为-9090。第五轴的转向同左手定则相反，旋转范围有限，为-90到90。（图3-5）图3-4 第四轴转向和行程图3-5 第五轴转向和行程双摆头机床与双转台机床的不同之处是需要设定摆长和旋转轴的偏心量：在机床参数第四轴页面，设定机床零位到第四轴中心距离：X偏置0.148，Y偏置-0.168，Z偏置-366.663；摆长366.663；转角偏置0。（图3-6）在机床参数第五轴页面，设定机床第四轴中心到第五轴中心距离：X偏置-0.148，Y偏置0.710，Z偏置0；摆长366.663；转角偏置0.083。（图3-7）以上设定的偏置量和摆长均为经过精确测量而标定的数值，符合实际机床的结构。图3-6 第四轴偏心及摆长设定图3-7 第五轴偏心及摆长设定机床参数的其它项目使用默认值即可。在五轴双摆头机床的后处理中需要特别注意的一点是：摆长数值会随着刀具改变而改变。摆长是摆动轴旋转中心到加工刀具端面的距离。如果加工刀具更换了，则必须根据刀具长度变化量，重新修正后处理中摆长数值和设定机床零位到第四轴中心距离的Z偏置量，修整过的后处理才能使用。因为使用的都是SKY2006N型系列的机床控制系统，所以其它参数的设定与例一相同，参照例一 建造SKY四轴雕铣机后处理的设定即可。第三节 双转台五轴联动数控机床的编程及操作一、对刀按照第二章中的第一节“双转台五轴机床的操作”中的操作步骤：1 校平双转台2 校正B轴零位（对刀B轴原点）3 找C轴转台中心（对刀X、Y轴原点）4 找出B、C轴线的交点（对刀Z轴原点如图6.1.2）5 装卡工件如图6.1.1用加工所用刀具的刀尖对此表面，然后再降一个摆长值，把此时机床坐标的Z值输入到G55中。选定C轴的基准边，把此边用百分表校到与X轴或Y轴平行，或者成一角度。把此时机床坐标的C值输入到G55中。图 6.1.1刀尖点（Z轴）降到此位置B、C轴中心线的交点。在双转台五轴机床的加工中Z轴的加工坐标必须放置在此点上。图 6.1.26 找工件加工原点与回转台中心点的偏差（此例中，我们把工件X、Y的中心放在转台的中心