五轴加工中心编程与仿真 课件 单元6 五轴自动编程入门实例（以椭圆锥度凸台为例）

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报告人：2025目录CONTENTS第二节：五轴自动编程入门实例第一节：五轴自动编程概述第三节：椭圆锥度凸台的加工仿真五轴自动编程概述第一节第一节：五轴自动编程概述6.1五轴自动编程概述数控自动编程的初期是利用通用微机或专用的编程器，在专用编程软件（例如APT系统）的支持下，以人机对话的方式来确定加工对象和加工条件，然后编程器自动进行运算和生成加工指令，这种自动编程方式，对于形状简单（轮廓由直线和圆弧组成）的零件，可以快速完成编程工作。在配置海德汉530系统、西门子840系统的五轴加工中心机床上，人机对话的自动编程方式，已经完全集成在机床的内部，数量众多的固定循环指令，使用起来非常方便。但是如果零件的轮廓是曲线样条或由三维曲面组成，这种自动编程则无法生成加工程序。第一节：五轴自动编程概述6.1五轴自动编程概述软件名称基本情况CATIA法国达索（Dassault）公司出品的CAD/CAE/CAM集成化的大型软件，支持三轴到五轴的加工。欲了解更多情况请访问其网站。网址：/zh/products-services/catia/缺点是其5轴后置处理需要第3方软件支持（例如ICAM或IMSpost）。NX德国西门子（SIEMENSPLMSOFTWARE）公司出品的CAD/CAE/CAM集成化的大型软件，支持三轴到五轴的加工，5轴后置处理自身就能解决，不需要第3方的软件。欲了解更多情况请访问其网站。网址：/zh_cn/products/nx/PowerMILL美国Autodesk出品的专业CAM软件，支持3轴到5轴的加工，支持高速加工。5轴后置处理成熟，案例较多，网址：/products/powermill/overview

HyperMILL德国的OpenMind公司出品的专业CAM软件，支持3轴到5轴的加工，5轴后置处理成熟，企业应用案例较多，欲了解更多情况请访问其网站。网址：/CimatronE以色列的CIMATRON公司出品的CAD／CAM集成软件，支持三轴到五轴的加工，在模具行业应用广泛。欲了解更多情况请访问其网站。网址：/ESPRIT美国DPTECHNOLOGY开发的专业CAM软件，支持3轴到5轴的加工，5轴后置处理成熟，但国内5轴案例不多，在车铣复合领域应用最多。网址：/lang/cn/Mastercam美国CNCSoftware,INC开发的CAD/CAM软件，是最早在微机上开发应用的CAD／CAM软件，用户数量最多，许多学校都广泛使用此软件来作为机械制造及NC程序编制的范例软件。五轴加工虽然支持，但成熟案例不多。网址：CAXA制造工程师北京数码大方科技股份有限公司（CAXA）出品的数控加工软件。更多情况请访问其网站，网址：五轴自动编程入门实例第二节第二节：五轴自动编程入门实例如图6-1所示，为椭圆锥度凸台的图纸。6.2五轴自动编程入门实例第二节：五轴自动编程入门实例分析图6-1可知，此零件下半部分无须加工，只需要加工一个深度为12mm的椭圆锥台，2个45°倒角。零件形状虽然简单，但椭圆属于曲线，且椭圆锥面无法用手工编程完成其编程。常规的3轴自动编程，对于椭圆外形编程没有问题，但对于锥度斜面，用球头刀加工无法完成根部清角。用平底刀加工，其下刀步距必须很小（0.2mm以下）才能保证加工表面粗糙度。对于2个倒角，其常规加工方法是采用45°倒角铣刀加工。对于倒角铣刀，其加工面较大（4mm以上），切削时刀具容易震颤，无法保证其加工表面粗糙度。采用5轴自动编程加工，可将平底刀在竖直方向倾斜5°，即可使用刀具侧面，大步距（5mm以上）铣削锥度斜面。对于2个45°倒角，同样可以让刀具倾斜45°，根据刀具与工件的接触情况，使用刀具的底面或者侧面来完成其倒角斜面的铣削。6.2.1分析零件图，确定加工工艺第二节：五轴自动编程入门实例6.2.2CAD造型第二节：五轴自动编程入门实例下面以CATIA软件为例，来说明输出STP文件格式的操作步骤。Step1.打开设计完成的零件文件。Step2.单击下拉菜单“文件”->“另存为”命令，如图6-3所示。6.2.2CAD造型第二节：五轴自动编程入门实例下面用PowerMILL软件来完成椭圆锥度凸台的自动编程。启动软件，进入PowerMILL软件界面,如图6-4所示。6.2.3CAM自动编程第二节：五轴自动编程入门实例1. 输入加工模型6.2.3CAM自动编程第二节：五轴自动编程入门实例2. 定义用户坐标系6.2.3CAM自动编程第二节：五轴自动编程入门实例如图6-7所示，在弹出的快捷菜单中，选择“产生用户坐标系”命令（图中1）。在屏幕上方的工具栏中，将出现坐标系工具栏。PowerMILL以世界坐标系的原点为基准，定义新的用户坐标系。此处将名称1改为G54（图中2），后置处理NC程序时，就选G54用户坐标系来出NC程序。后续操作如果有3+2加工编程或模拟机床仿真操作，可参考此步骤设定新的坐标系。如果需要移动或旋转产生新的加工坐标系，可通过图中3处的表格菜单或旋转菜单来完成。最后单击✔图标（图中4），即可完成用户坐标系的定义。6.2.3CAM自动编程第二节：五轴自动编程入门实例3. 定义加工毛坯如图6-8所示，单击“毛坯”按键（图中1），屏幕出现毛坯定义对话框。单击“计算”按键（图中2），系统自动按照模型XYZ三个方向的最大和最小值，计算出毛坯尺寸。如果不符合要求，可修改对话框中的值。如果符合要求，单击“接受”完成毛坯的定义。6.2.3CAM自动编程第二节：五轴自动编程入门实例4. 定义刀具参数如图6-9所示，用鼠标右键单击屏幕左侧项目树中的“刀具”。在弹出的右键快捷菜单中选择“产生刀具”->“端铣刀”，屏幕出现端铣刀对话框。分别设置刀具的直径“12”（图中4），刀具编号“1”（图中5），刀具长度“60”（图中6），系统默认刀长为5倍刀具直径，建议按实际值设置，名称建议为“D12”（图中7）。最后单击“关闭”按键完成刀具参数的定义。如果夹持刀具的刀柄比较特殊，可在刀柄和夹持页中定义其尺寸。6.2.3CAM自动编程第二节：五轴自动编程入门实例5. 粗加工毛坯1）单击“余量”按键（图中4），余量设置对话框变成2个，分别为XY方向和Z方向。设置XY方向的余量为“0.5”，Z方向的余量为“0.2”（图中5），行距为“9”（图中6），下切步距为“6”（图中7）。6.2.3CAM自动编程第二节：五轴自动编程入门实例2）如图6-11所示，在左边选项中找到“切入”选项（图中8），在右边的切入第一选择下拉列表中，选择“斜向”（图中9）。3）如图6-12所示，在左边选项中找到“连接”选项（图中10），在右边的连接第一选择下拉列表中，选择“曲面上”（图中11）。4）主轴转速：“1500”，切削进给速度：“260”，下切进给：“100”，掠过进给：“2000”（图中13）。6.2.3CAM自动编程第二节：五轴自动编程入门实例如图6-14所示。模型上的绿色线条为切削进给，紫色线条为掠过进给，螺旋下切线条为下切进给。如果嫌刀路线条影响后续操作，可单击灯泡图标（图中15），关闭刀路显示。6.2.3CAM自动编程第二节：五轴自动编程入门实例6. 精加工锥台平面1）单击“精加工”（图中2），在右侧对话框中选取“偏置平坦面精加工”选项（图中3），最后单击“接受”按键（图中4），进入偏置平坦面精加工对话框。2）XY方向余量为：“0.2”，Z方向余量为：“0”（图中8行距为上一次设置的值：“9”。6.2.3CAM自动编程第二节：五轴自动编程入门实例3）如图6-17所示，在左侧单击“切入”（图中9），在右侧方式下拉列表中选取“关”（图中9）。4）主轴转速：“2000”，切削进给速度：“200”，下切进给：“100”，掠过进给：“2000”（图中12）。6.2.3CAM自动编程第二节：五轴自动编程入门实例如图6-19所示。平坦面铣削的刀路轨迹显示在模型中。如果认为刀路线条影响后续操作，可单击灯泡图标（图中14），关闭刀路显示。6.2.3CAM自动编程第二节：五轴自动编程入门实例7. 精加工椭圆锥台的侧壁1）左侧单击“精加工”（图中3），在右侧对话框中找到并选取“SWARF精加工”选项（图中4），最后单击“接受”按键（图中5），进入SWARF精加工对话框。2）如图6-21所示，在左侧单击“SWARF精加工”（图中6），在右侧设置加工参数余量：“0”（图中7），公差：“0.01”。6.2.3CAM自动编程第二节：五轴自动编程入门实例3）在右侧方式下拉列表中选取“向上偏置”（图中9），设置最大下切步距：“4”（图中10）。4）选择下拉列表中选取“曲面法向圆弧”（图中12），设置其他加工参数角度：“90”，半径：“3”（图中13），再单击“切出与切入相同”按钮（图中14），让切出方式也是法向圆弧方式。6.2.3CAM自动编程第二节：五轴自动编程入门实例5）如图6-24所示，在左侧单击“开始点”（图中15），在右侧使用下拉列表中选取“毛坯中心安全高度”（图中16）。6）如图6-25所示，在左侧单击“结束点”（图中17），在右侧使用下拉列表中选取“毛坯中心安全高度”（图中18）。6.2.3CAM自动编程第二节：五轴自动编程入门实例7）最后如图6-26所示，在左边选项中找到“进给和转速”选项（图中19），在右边的对话框中，输入主轴转速：“2000”，切削进给速度：“200”，下切进给：“100”，掠过进给：“2000”（图中20）。进入“进给和转速”选项后，会发现图中20处的参数已经设置完成了，这是因为进给和转速均与上一次顶部倒角的加工参数相同，系统会自动保存用户每次改动的参数。如图6-27所示。椭圆锥台侧壁SWARF铣削的刀路轨迹显示在模型中。如果认为刀路线条影响后续操作，可单击灯泡图标（图中22），关闭刀路显示。SWARF精加工策略也可以加工顶部的倒角，这里就不重复了，下面换一种加工策略来加工顶部倒角。6.2.3CAM自动编程第二节：五轴自动编程入门实例8. 创建精铣顶部倒角所需要的镶嵌参考线。1）如图6-28所示，在左边的项目树中参考线处单击鼠标右键（图中1），在弹出的右键菜单中选择“产生参考线”选项（图中2），系统将创建1条空的参考线。2）如选中全部倒角后，再用鼠标右键单击参考线1（图中4），在弹出的右键菜单中选择“插入”选项（图中5），最后在“插入”选项右侧的菜单中，选择“模型”选项（图中6），系统将顶部倒角的边缘创建出2条参考线（黄色线条显示）。6.2.3CAM自动编程第二节：五轴自动编程入门实例3）“编辑”选项右侧的菜单中，选择“删除已选部件”（图中11），顶部多余的参考线被删除。4）如图6-31所示，用鼠标单击顶部剩余的那条参考线，选中的参考线将改变为黄色（图中12），再用鼠标右键单击参考线1（图中13），在弹出的右键菜单中选择“编辑”选项（图中14），最后在“编辑”选项右侧的菜单中，选择“镶嵌”选项（图中15），系统弹出“镶嵌参考线”对话框，单击“应用”（图中16），系统自动创建参考线1_1。6.2.3CAM自动编程第二节：五轴自动编程入门实例5）如图6-32所示，为了区分这些参考线，可在左边项目树中的参考线上单击右键（图中17），在出现的右键菜单中，选择“重新命名”选项（图中18），将参考线1_1重新命名为“顶部倒角镶嵌”，最后单击“模型显示”按键（图中19），精铣顶部倒角所需要的镶嵌参考线就创建完成了。6.2.3CAM自动编程第二节：五轴自动编程入门实例9. 精加工顶部倒角1）如进入镶嵌参考线精加工对话框。2）设置其他加工参数公差：0.01，余量：0（图中7）。6.2.3CAM自动编程第二节：五轴自动编程入门实例3）如图6-35所示，在左侧单击“多重切削”（图中8），在右侧方式下拉列表中选取“关”（图中9），这样设置的原因，是前面精铣侧壁时选择了多重切削，而这里不需要。4）如图6-36所示，在左侧单击“刀轴”（图中10），在右侧刀轴下拉列表中选取“前倾/侧倾”（图中11），系统默认刀具与镶嵌参考线的接触方式为“接触点法线”（图中12），前倾和侧倾的角度均为“0”。6.2.3CAM自动编程第二节：五轴自动编程入门实例10. 创建精铣底部倒角所需要的镶嵌参考线。1）如图6-38所示，在左边的项目树中参考线处单击鼠标右键（图中1），在弹出的右键菜单中选择“产生参考线”选项（图中2），系统将创建1条空的参考线。6.2.3CAM自动编程第二节：五轴自动编程入门实例2）如图6-39所示，用鼠标单击模型底部的倒角，选中后模型将改变颜色，此时按下键盘上的“shift”键后，再单击没有改变颜色的其余底部倒角。如果出现选错的情况，可按下键盘上的“Ctrl”键后，再单击选错的图素，移除选错的部分。全部底部的倒角都选完后，再用鼠标右键单击参考线2（图中4），在弹出的右键菜单中选择“插入”选项（图中5），最后在“插入”选项右侧的菜单中，选择“模型”选项（图中6），系统将底部倒角的边缘创建出2条参考线（黄色线条显示）。6.2.3CAM自动编程第二节：五轴自动编程入门实例3）如图6-40所示，单击“模型”按钮（图中7），关闭模型显示，可以清晰得看到刚才产生的2条参考线。由于刀具半径超过底部倒角宽度，1刀就可以铣完，所以保留1条线就可以了，需要删除其中的1条。4）如图6-41所示，鼠标右键单击参考线2（图中12），在弹出的右键菜单中选择“编辑”选项（图中13），最后在“编辑”选项右侧的菜单中，选择“镶嵌”选项（图中14），系统弹出镶嵌参考线对话框，单击“应用”（图中15）6.2.3CAM自动编程第二节：五轴自动编程入门实例11. 精加工底部倒角1）如图6-42所示，单击“选取刀具路径策略”按键（图中1），系统弹出策略选取对话框。左侧单击“精加工”（图中2），在右侧对话框中选取“镶嵌参考线精加工”选项（图中3）选取底部倒角镶嵌参考线“2_1”（图中6），设置其他加工参数公差：0.01，余量：0（图中7）。由于后面需要设置的刀轴，切入切出和连接，开始点和结束点，进给和转速均与上一次精铣顶部倒角时的加工参数相同。6.2.3CAM自动编程第二节：五轴自动编程入门实例如图6-44所示，精加工底部倒角的刀路轨迹显示在模型中。6.2.3CAM自动编程第二节：五轴自动编程入门实例12. 模拟仿真全部刀具路径的加工1）如图6-45所示，用鼠标右键单击屏幕左侧项目树中的“NC程序”（图中1）。在弹出的右键菜单中选择“产生NC程序”（图中2），屏幕出现NC程序对话框。设置NC程序的输出路径和文件名C:\配套光盘\第6章的项目\图6-1\6-1.H（图中3）；机床选项文件的路径是C:\dcam\config\ductpost\GF-HEM_700U.pmoptz，这个文件是针对GFHEM700U五轴加工中心的专用后置处理程序。在输出用户坐标系的下拉列表中，选择前面设定完成的G54用户坐标系。最后单击“接受”，产生出一条名称为1，内容为空的NC程序。6.2.3CAM自动编程第二节：五轴自动编程入门实例2）如图6-46所示，按下键盘上的“Ctrl”键，然后依次选中全部刀具路径（图中1），最后右键单击这些刀具路径，在弹出的右键菜单中选择“增加到”选项（图中2）→“NC程序"选项（图中3），操作完成后，所有的刀具路径出现在NC程序中（图中4）。注意：NC程序中的刀路顺序，将成为加工时的工步顺序。3）如图6-47所示，用鼠标右键单击屏幕左侧项目树中的程序1（图中1）。在弹出的右键菜单中选择“自开始仿真”（图中2），程序1出现在仿真列表中（图中3），单击ViewMill图标（图中4），加工区变成实体仿真，选择仿真模式3（图中5），单击“开始仿真”图标（图中6）。图中7是调整仿真演示速度的图标，用鼠标左键拖动控制，图中8是实体仿真的结果。仿真加工完成后，单击“结束仿真”（图中9）。6.2.3CAM自动编程第二节：五轴自动编程入门实例13. 生成刀具路径如图6-48所示，用鼠标右键单击屏幕左侧项目树中的程序1（图中1）。在弹出的右键菜单中选择“写入”（图中2）。PowerMill系统将按照图6-45中的设置，读入机床选项文件，按照机床选项文件中设置好的机床NC格式，将所有的刀具路径数据，转换到G54坐标系下，写入完成后，弹出消息对话框，如图6-48所示。6.2.3CAM自动编程椭圆锥度凸台的加工仿真第三节第三节：椭圆锥度凸台的加工仿真启动宇龙机械加工仿真软件，按照图6-49所示，选择需要仿真的五轴机床，机床选择完成后，如图6-50所示。6.3.1选择五轴加工中心机床第三节：椭圆锥度凸台的加工仿真如图6-50所示，当显示屏左上角显示出错信息“电源中断”时（图中1），按“CE”按钮两次（图中2），随后按下电气电源键（图中3），启动完成。6.3.2数控系统的启动操作6.3.3定义毛坯尺寸按照图6-51所示，定义加工毛坯的形状为长方体，尺寸为50×50×70。第三节：椭圆锥度凸台的加工仿真如图6-52所示，定义夹具类型为自定心虎钳。6.3.4定义夹具6.3.5将毛坯放置到夹具上如图6-53所示，选择前面定义好的毛坯，单击“安装零件”按钮。将毛坯放置到虎钳上，如图6-54所示，由于毛坯的高度为70mm，自定心虎钳的钳口高度为32mm，刀具的加工深度不能超过零件伸出来的高度38mm。第三节：椭圆锥度凸台的加工仿真如图6-55所示，定义T1刀具为φ12mm。6.3.6定义加工刀具6.3.7建立刀具表1.在机床操作面板上选择“手动操作”模式。2.在屏幕右下角选择“刀具表”，进入刀具表界面，如图6-56所示。3.将编辑（EDIT）软键设置在开（ON）位置（图中1）。4.用光标键选择需要修改的值，进行修改，这里输入T1的刀具名称为“D12”，L值为“175”（见图6-55中4），刀具半径R为“6”（图中2）。因为是平底刀，R2为“0”。第三节：椭圆锥度凸台的加工仿真1.如图6-57所示，在机床操作面板上选择“MDI”模式（图中1）。2.单击“TOOLCALL”按键（图中2），系统自动输入字母“TOOLCALL”，再单击数字键“1”和“ENT”按键，随后出现字母“Z”，单击“ENT”按键确认，最后单击“END”按键，完成换刀指令录入（图中3）。如果在“MDI”模式中，以前已输入过该换刀指令，则移动光标到“TOOLCALL1Z”,最后单击程序启动键（图中4），机床自动将1号刀换到主轴上，与此同时，在刀具表中定义的1号刀的参数自动生效。6.3.8MDI指令换刀