09第四章 多轴联动加工技能综合分析

多轴联动加工技能综合分析

教

师：

[教师姓名]日

期：202X年X月

01

工艺规程设计基础

02

工艺文件类型与编制要求

03

多轴CAM编程与加工仿真

04

毛坯装夹定位及夹具设计

05

对刀试切与加工监控

06

零件质量检测与评估

目录C

O

NT

E

NT

S 定义与作用工艺规程是规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件。 指导生产的主要技术文件

生产工人需严格执行

检验人员需据此检验经济合理成本核算，选择最优方案技术先进采用先进工艺，提高生产率格式规范术语、符号、编号符合标准工艺规程设计基础拟定路线加工顺序规划填写文件生成工艺卡片分析图纸装配图与零件图确定毛坯类型与尺寸确定工序内容与尺寸 工艺规程设计步骤 设计原则 航空叶轮

特殊定位：无法外圆装夹，需预车中心孔。

夹具应用：采用芯轴装夹定位，限制5个自由

度。

效率优化：预车非叶轮特征，减少五轴加工

余量。

基座零件

毛坯选择：选用棒料毛坯，整体刚性好。

装夹策略：五轴一次装夹完成所有要素加

工。 工艺路线：下料

→五轴铣削

→检验。 汽轮机叶片

毛坯设计：长方体块料，需预留工艺余料

（加长）。

预加工：预车圆柱台阶供三爪卡盘装夹。

关键工序：五轴联动加工后需切割去除夹持

端。 人体模型

装夹特点：分正反面两次装夹，采用咬合式

虎钳。

加工难点：悬臂较长，需强力夹持保证刚

性。

后续处理：加工完成后需切除有咬合痕的夹典型零件工艺规程案例解读基于单件生产特点的工艺路线规划与工序安排持端。

单件生产模式下的“简卡”应用

内容精简：

单件生产性质下，工艺文件表述内容相对精简，重点在于技术交流与核心参数确认。

形式灵活：

当零件图不太复杂时，可使用中间工序草图形式，简单快捷地展示各工序加工内容及结果。

效率优先：

减少繁琐的文档编制工作，便于快速响应生产需求，同时保证必要的技术指导。 刀具卡反映刀具编号、结构、尾柄规格、组合件名称及刀片型号。

它是组装和调整刀具的依据。在使用常规标准刀具时

，通常以刀具明细表形式呈现

，或与工序卡合并说明，简化文档。 机械加工工序卡详细说明各个工序如何进行加工

。

卡片包含工序简图

，描述加工表面应达到的尺寸和公差、零件的装夹方法、刀具类型与位置、进刀方向及具体的切削用量参数，直接指导工人操作。 机械加工工艺过程卡以工序为单位说明零件从毛坯到成品所经过的工艺路线。主要内容包括材料、质量、

毛坯制造方法及各工序具体内容。

它是了解零件加工流向的主要文件

，也是制定其他工艺文件的基础。工艺文件类型与编制要求汽轮机叶片：增加预车及切割需预车出圆柱台阶用于装夹

，五轴加工后增加线切割或铣削工序去除夹持端

，确保叶片型面与叶根精度。人体模型：多重装夹与去余料分正反面装夹

，先预铣底座及部分粗切

，再调头用咬合式虎钳强力夹持加工曲面，最后切除咬合夹痕。航空叶轮：预车与芯轴装夹预车外形及中心孔

，采用芯轴定位装夹。通过预车减少五轴粗加工余量

，提高加工效率与定位精度。基座：简单五轴铣削采用棒料毛坯

，无须翻面

，一次装夹完成全部加工。工艺安排仅含下料、五轴铣削与检验，流程简洁高效。典型零件工艺文件编制说明多轴定向加固定轴铣削原理与刀轴工技术控制策略优势铣削）指刀具轴线在空间旋转特定角度后，保持方

心优势在于能加工传统三轴无法触及的倒扣位置

，

延伸。 定义与核心多轴定向加工（固定轴向不变进行切削。其核是三轴加工技术的有效 刀具轴线设置：+ZM轴/

垂直于底面

刀具轴线定义方法于加工区域底面为平面的简单几何特征。对复杂型面，利用矢量或视图方向定义基准面及刀

矢量构造器：固定/自动判断/平面法向

垂直于底面：适用

视图方向/矢量：针轴（如+ZM轴）。涵盖策略类型

平面铣型腔铣深度轮廓铣固定轴曲面轮廓铣

NX

CAM参数配置五轴联动复杂曲面加工示意 技术核心定义多轴联动加工是指在加工过程中，

刀轴的方向可以连续变化，

实现各轴（X/Y/Z/A/C或B）

的同时协调运动。这是区别于多轴定向加工（固定轴加工）的本质特征。

刀路策略体系 可变轮廓铣：最通用的多轴驱动方式，适应性强。 可变流线铣：依据曲面流线生成轨迹，光洁度极高。

驱动方法选取UG

NX

提供9种驱动方法。选取的关键在于使刀位点在零件表面分布均匀。

不同驱动方法决定了刀轨的生成逻辑（如曲线/

曲面/边界驱动）

刀轴控制原则 行程限制：旋转轴摆动角度需在机床允许行

程内。 平稳性：倾斜轴摆动角度尽可能小且变化平缓。

曲面光滑连续

无接刀痕多轴联动加工技术 UG

NX

多轴联动刀路策略与控制原则

03.

参数设置

刀轴控制：插补矢量

驱动方法：流线/曲面

非切削移动：进退刀

04.

验证优化

实体模拟仿真

过切与碰撞检查

后处理NC代码输出

02.

策略选择

粗加工：定向切削效率

精加工：多轴联动光顺

清角：参考刀具策略

01.

前期准备

创建程序组与刀具

设定加工坐标系(MCS)

定义部件与毛坯几何体 注意事项编程前需确保模型几何形状准确无误。多轴联动加工中

，应重点关注刀轴矢量变化的平滑性

，避免机

床各轴剧烈运动导致表面质量下降。多轴零件刀轨设计流程与要点

NC程序后置处理

机床结构匹配：适配双摆台/双摆头结构，正确配置旋转轴(A/B/C)参数及行程范围。 RTCP功能支持：正确输出G43.4(开启)与

G49(取消)指令，确保刀尖点跟随控制。 仿真与干涉检查碰撞干涉排查：利用Vericut检测主轴、刀柄、夹具与工件间的临界间隙，识别潜在碰撞。刀路优化调整：依据仿真报警信息调整刀具最小悬伸长度，验证工艺方案可行性。多轴NC程序输出与加工仿真

基座零件

毛坯选择：Φ80×55mm

精制圆棒料 预加工：无需特殊预加工 工艺策略：一次装夹完成所有特征，

无薄壁结构，刚性好。 汽轮机叶片

毛坯选择：60×50×145mm

长方体

预加工：预车Φ38×51mm

圆台 工艺策略：利用圆台作为工艺夹头，后续线切割去除。 航空叶轮

毛坯选择：Φ165×82mm

圆棒料 预加工：车削中心孔、端面及锥面 工艺策略：采用芯轴定位装夹，减少五轴粗加工量。

人体模型毛坯选择：

100×70×180mm长方体预加工：底座预留

>4mm咬合余量工艺策略：大悬臂加工，使用咬合式虎钳强力装夹。典型零件毛坯准备要求针对不同零件结构特点的毛坯选择、预加工设计及工艺余量规划航空叶轮：专用芯轴夹具预加工中心通孔

，设计专用芯轴夹具。利用内孔定位

，端面压紧

，确保叶轮全周表面无遮挡，适合五轴联动连续铣削加工。基座零件：通用三爪卡盘采用通用三爪卡盘夹持更80外圆表面

，

限制5个自由度。利用零件自身回转特征进行自定心装夹

，结构简单

，适合单件生产，满足一次装夹完成全部加工的需求。人体模型：咬合式虎钳强力夹持针对大悬臂、弱刚性特点

，底座增加工艺余料。采用咬合式虎钳

，仅需3mm咬合高度即可实现强力夹持，最大化暴露加工区域，避免五轴加工干涉。汽轮机叶片：三爪卡盘+辅助定位预留圆柱形工艺余料

，使用三爪卡盘夹持。配合活动定位挡块（如平行量块）

贴靠三爪侧面，确保叶片型面与叶根加工的装夹方位准确，解决异形件定位难题。典型零件装夹定位方案设计多装夹方位控制要点当零件需多次装夹或加工端为异形结构时，必须设计固定角度方位。批量生产时应设置固定定位挡块，

单件生产可利用活动挡块或打表找正，确保基准统一与加工精度。 不完全定位应用回转体零件允许绕轴线旋转自由度。

需合理控制切

工艺余料与虎钳针对长悬臂或异形结构

，

设计加长工艺余料（如圆

圆盘类零件定位预加工中心内孔及端面

，采用专用芯轴夹具。利用孔口及端面实现定位夹紧

，保证同轴度

，如航空叶轮加工。

圆柱类零件设计优选精制圆棒料

，

以底面和外圆面为基准。使用通用三爪卡盘装夹

，

限制5个自由度

，适用于基座等无需翻面的零件。五轴加工夹具设计原则与方法柱端或咬合台阶）

，

配合咬合式虎钳强力夹持

，加工后切除。削用量以防工件转动

，或通过对刀找正实现单件加工定位。 机外刀具预调仪

高效预调：在机外完成刀具参数测定，不占用机床加工时间，显著提升生产效率。

数据应用：精确测定刀具长度及径向尺寸，获取相对补偿量后直接录入系统。 机内对刀工具

工具类型：包括用于探测刀具长度的Z轴设定器和探测工件边廓的寻边器。

工作原理：工件、机床与刀具构成封闭回路，接触时触发声光信号，实现快速精准对刀。高级职业资格证书要求需熟练掌握相对补偿量测定、基准刀具对刀的操作要点，通过规范的对刀流程确保加工精度。多轴加工对刀技能程序查验运行前严格查验程序编制、参数设置及工件装夹状态

，重点排查刀具干涉风险

，

防止碰撞事故。单段运行将进给倍率调至最低

，采用单段模式执行程序

，密切监控刀具切入点与下刀高度是否符合预期。解除锁定正式切削前必须确认解除“Z轴锁

”及

“空运行

”

状态

，

确保机床各轴按指令实际移动。参数修调根据切削声音与震动情况

，动态微调主轴转速与进给倍率

，

记录最佳切削参数状态。过程检测开启

“选择暂停

”

，在关键节点停机检测首件尺寸与切深，及时修正刀补偏差。异常处理运行中发现位置偏差或撞刀风险

，立即按下

“进给保持

”或

“急停

”

，确保人机安全。试切加工操作要点

设备加工运行及交接班记录

(标准模板)

表4-5日期：202X年X月X日班次：白班设备编号：HMC-200i-05产品名称工序号刀具更换/磨损故障及处理情况交班人签字：

张三

接班人签字：

李四

对刀与坐标系设定记录表

(标准模板)

表4-4测量方式刀长补偿

(H值)坐标系坐标设定值

(XYZ)T1主轴端面接触H1=-150.240G54X-200.50Y150.00Z-50.00T2Z轴设定器H2=-180.115G55X0.00Y0.00

Z0.00T3机外预调仪H3=+12.550G56X100.00Y-50.00Z-10.00 记录的重要性规范的过程记录是智能制造质量追溯的核心。通过详细记录对刀数据、坐标系设定及运行状态

，可有效追踪加工异常，优化生产流程，确保交接班无缝衔接。基座

Base-01OP-20T1崩刃更换暂停检查，重新对刀，恢复运行叶轮

Impeller-AOP-10正常运行平稳，无异常

数据追踪：快速定位尺寸偏差源头

责任明确：

规范交接班，明确故障责任

工艺优化：

积累切削参数，辅助工艺改进加工过程记录管理刀号现场记录填写规范示意在线测量工业应用场景关键部件结构：

刀柄与电池盒 LED状态显示

M4测杆

信号传输窗口 测头类型

在线测量技术

(智能制造)以机床测头为核心

，将数控机床兼作检测设备。通过嵌入检测程序

，实现自动

测量、

自动记录与自动校准。

离线检测

(传统方式)

主要手段：手工检测、三坐标测量机

(CMM)、激光扫描等。 局限性：需停机人工干预或拆卸工件，检测效率低；无法及时发现加工问题，易导致批量返工，难以满足高效智能生产需求。效率提升减少辅助时间，降低人力成本，提升加工精度。

闭环控制自动进行机床及刀具尺寸补偿，修正加工偏

差。零件质量检测方式概述非接触式扫描接触式测量

工作原理闭环控制流程：

测头触碰工件表面触发信号

→接收器接收并传输

→CNC系统运算处理

→伺服驱动执行动作。基本过程：

包含测头精度校准、测量零点标定、

自动测量