基于POWERMILL的數(shù)控加工路徑分析

陳建武

（湄洲灣職業(yè)技術學院機械工程系 福建 莆田 351254）

0.引言

科學技術的發(fā)展，使數(shù)控機床在工業(yè)生產中占據著日益重要的地位，而在數(shù)控機床對加工構件進行加工過程中，數(shù)控加工路徑的精確性直接影響到工件的加工質量，而且良好的數(shù)控加工路徑還能在一定程度上節(jié)約材料。因此必須要將數(shù)控加工路徑編緝作為整個工件加工過程中的重中之重，而POWERMILL 軟件的出現(xiàn)，使數(shù)控加工路徑編緝中的重難點得到了有效解決，大幅提高了數(shù)控加工路徑的精確性，使工件加工質量得到了明顯提高。但如何通過POWERMILL 軟件來更加高效的編緝數(shù)控加工路徑，卻也已成為諸多加工人員非常關注的課題。為此，有必要對基于POWERMILL 的數(shù)控加工路徑進行深入的分析，以此幫助加工人員更加合理的應用POWERMILL 軟件來對數(shù)控加工路徑進行編緝。

1.五軸數(shù)控機床的數(shù)控加工控制方式

目前所使用的數(shù)控機床中，以五軸數(shù)控機床最為常見，但在利用POWERMILL 軟件對五軸數(shù)控加工程序進行編制時，刀軸控制也已成為其重難點所在。對刀軸進行高效的控制，不僅有助于工件加工質量的提高，而且能夠大幅加快加工速度、節(jié)約加工材料?，F(xiàn)階段，對刀軸進行控制的方法主要包括點控制、曲面控制、曲線控制以及綜合控制這四個類別，例如，在利用POWERMILL 軟件對刀軸進行控制時，需要對刀軸的垂直、傾側、朝向點、前傾、固定方向、自曲線等選項進行設置。對于五軸數(shù)控機床來說，刀軸的垂直加工方式應采用3+2 模式，而在對刀軸進行點控制時，則可選擇朝向點或自點兩種方式，用戶可自行對刀軸點進行定義，而在對刀具的加工路徑朝向進行選擇時，則對線進行參考而不是路徑。在對朝向點進行選擇時，應確保朝向點能夠與加工外部形狀相符合，而在選擇自點時，則應與加工內部形狀相符合。直線作為一種較為特殊的曲線，對于曲線的控制來說，主要包括朝向直線、朝向曲線、自直線與自曲線四種控制方式，在上述方式中，均可由用戶來對刀軸曲線進行定義，其中，對于朝向曲線及朝向直線的選擇來說，應與加工外部形狀相符，而對于自曲線及自直線的選擇來說，則應與加工內部形狀相符。在進行曲面控制時，既可以對工件自曲面進行選擇，也可以由用戶來對輔助曲面進行定義。在對工件側壁進行精加工時，如果使用刀軸的自動控制模式，如果刀軸是按照曲面進行切矢運動時，則為曲面控制方式，如果利用三維坐標軸中的極坐標來定義刀軸固定方向，則也同樣為曲面控制方式。刀具在按照指定的路徑進行方向運動時，可以對刀具的前傾角或側傾角進行定義，以使刀具能夠按照加工路徑中的線或面來進行加工，此種控制方式為綜合控制方式。

2.五軸數(shù)控機床的數(shù)控加工路徑分析

2.1 數(shù)控加工路徑中的點控制

以下便對五軸數(shù)控機床的數(shù)控加工路徑中的點控制方式進行分析，當工件的殼體屬于管狀結構時，并且工件圓周分布有兩個對稱性質的形狀為倒錐形的方腔，如果采用三軸機床來進行成形刀加工，雖然加工效率比較高，不過刀具在對工件四周中的拐角位置進行加工時，則可能會產生欠切問題，并且還需要對成形刀進行定制，這無疑便增加了工件的加工成本。因此，需要通過五軸數(shù)控機床來對該工件進行加工，對于刀軸的控制應采用點控制方式，由用戶對該點的坐標進行定義，在定義點時，通常需要在方腔中心的上部位置進行定義，在對點坐標進行輸入時，其切削情況可能會有三種，第一種是刀軸控制點在三維坐標系的Z 軸中較低，采用底齒來對工件進行切削，并設置大進給量與小步距切削，以實現(xiàn)對工件的高精度加工，該切削方法的應用是最為普遍的。第二種是刀軸控制點在三維坐標系的Z 軸中較高，具時工件和刀具之間所接觸的點是位于刀具側齒的，如果采用這種方式，會產生欠切問題。第三種是刀軸控制點在三維坐標系的Z 軸中處于最佳位置，此時工件和刀具是呈側面相切的，利用這種方式雖然加工精度高且效率較快，但其在對方腔中的側面進行切削時，會出現(xiàn)不同側面的Z 軸坐標高度也不盡相同。綜合以上情況的考慮，在應用點控制方式時，對控制點Z 坐標位置的確定可通過型腔中心線、工件和刀具的側面切線以及工件殼體中分布的回轉中心線這三條線來構成直角三角形，并以該直角三角形來對最佳控制點的Z 坐標位置進行確定。

2.2 數(shù)控加工路徑中的曲線控制

在利用曲線控制方法對刀軸進行控制時，曲線在空間中所處的位置直接影響到刀具路徑質量，因此在對數(shù)控加工路徑進行編程時，如果采用曲面精加工方式，對于刀軸的控制則應與曲線的朝向相一致，刀軸控制線應為圓弧面中心線，刀軸在運動過程中應按照圓弧法線方向進行運動，并確保刀具的底齒能夠和圓弧面進行相切。由于刀具底齒中心在刀具運動過程中的切削速度是0，這就造成底齒中心點是對工件進行擠削的，因此無法進行正常切削，此時應在圓弧面中心線的上端對刀軸控制線進行設定，這時刀具在對圓弧面進行切削時，刀具的底齒便從圓弧的頂端轉變?yōu)閭三X，從而使上述問題得到有效解決，提高工件的切削效果。

2.3 數(shù)控加工路徑中的曲面控制

對于五軸數(shù)控車床來說，其刀具自由度相比于三軸來說要更多，并具備更復雜的控制姿態(tài)，因此在采用曲面控制方式來控制刀軸時，應將最大材料去除率作為加工原則。由于刀軸控制采用最高效率時會產生較大的機床軸角與刀軸矢量改變，從而頻繁出現(xiàn)旋轉軸的加速與減速現(xiàn)象，因此在進行刀軸曲面控制時，必須要對刀軸光順及工件的加工質量等諸多因素進行充分考慮，可通過多軸側壁精加工方式，使曲面能夠全部一次性完成。

2.4 數(shù)控加工路徑綜合控制

對于外形為風洞的工件來說，其工件截面眾多且無規(guī)則，因此在利用五軸數(shù)控車床對該工件進行精加工時，應先在尖點位置構成一個圓柱曲面，以使其成為工件加工過程中的投影曲面，然后通過前傾或側傾的方式來對刀軸進行控制，為了使刀心線出現(xiàn)切削速度為0 的情況得以避免，應設置前傾角為5。

3.基于POWERMILL的數(shù)控加工路徑編緝分析

3.1 路徑裁剪

在利用POWERMILL 軟件對數(shù)控加工路徑進行裁剪時，可在軟件中點擊右鍵來對刀具加工路徑進行擊活，然后在編緝菜單中選擇截剪選項，此時會彈出裁剪列表，可根據平面、邊界或多邊形三種方式來實現(xiàn)刀具路徑的裁剪，并且也可由用戶自行選擇是否要對原有的初始路徑或部分需要保存的路徑進行刪除。

3.2 路徑變換

在利用POWERMILL 軟件對數(shù)控路徑進行變換時，可選擇鏡向變換、移動變換或旋轉變換三種方式，其中，鏡向變換具備三個選項，用戶能夠通過這些選項對刀具路徑在三維坐標系中的泫平面、XY 與XZ環(huán)繞方向進行設定。移動變換則可將已選刀具路徑按照設定的坐標軸進行指定距離的移動。而旋轉變換則是根據工件加工過程中是否需要環(huán)繞X 軸、Y 軸或Z 軸來對已選刀具路徑進行變換。對刀具路徑的變換可以加工形狀對稱的工件，當模型在鏡向后出現(xiàn)過切問題，便需要通過連接與切入切出的方式來對刀具路徑進行處理，在對刀具路徑實施鏡向變換以后，應確保其實際切削方向恰好與原有切削方向是左右或右左兩個方向進行的。

3.3 路徑分割

在POWERMILL 軟件中，其可對刀具路徑進行若干部分的分割，在彈出的刀具路徑分割對話框中，應確保所采用的裁剪工具處于編程坐標系以內，將不必要的刀具路徑進行去除，在對刀具路徑進行分割時，可依照該刀具路徑在編程坐標系中所呈現(xiàn)出的方向、時間、角度、長度等進行分割，此外還可對刀具路徑是否需要陡峭或淺灘部分來進行選擇性分割。

3.4 路徑重排

在利用POWERMILL 軟件對數(shù)控路徑進行重排時，可根據分割后的路徑來對其各個切削段的順序進行重新排列與修改，以此形成一個全新的數(shù)控加工路徑，并且在該數(shù)控加工路徑中，還可對刀具的運動路徑方向進行調整，以此避免刀具在加工工件過程中發(fā)生跳刀問題，從而使刀具對工件的切削方向變得更加合理。在刀具路徑重排對話框中，其是通過表格的形式對刀具路徑的運動軌跡和切削順序進行列出的，用戶可根據需要來選擇刀具路徑段，此時所選擇的刀具路徑段是以高亮的方式進行顯示的，用戶可利用該表格來對刀具路徑的切削順序及方向進行刪除與重排。

4.結語

本文通過對五軸數(shù)控機床的數(shù)控加工控制方式進行探討，并對這些控制方式的數(shù)控加工路徑進行了分析，從而明確了各個控制方式來編緝數(shù)控加工路徑中的重難點，在此基礎上對POWERMILL 軟件在數(shù)控加工路徑中的編緝應用進行了分析，從而明確了POWERMILL 軟件的具體應用及其應用優(yōu)勢。通過POWERMILL 軟件來對數(shù)控加工路徑進行高效合理的編緝，能夠使數(shù)控機床效率得到明顯提高，從而提高了工件的加工質量，進而為數(shù)控機床加工人員提供了寶貴的參考意見。