深凹曲面五轴数控加工自动编程研究

    1 相关概念

    （1）多轴加工

    在数控机床中是这样定义工作轴的，工作台的水平移动称为X轴；工作台的纵向移动称为Y轴；工作台的上下移动称为Z轴；同时把机床的绕X轴旋转运动称为A轴；绕Y轴的旋转运动称为B轴；绕Z轴的旋转运动称为C轴，多轴加工指的是在三轴(X、Y、Z)加工的基础上增加旋转轴(A、B、C)的加工，若增加1个旋转轴则称为四轴加工，若增加2个旋转轴则称为五轴加工，若5个轴同时运动的加工则称为五轴联动加工。五轴联动加工能实现工件在一次装夹后，完成多个面的加工，有效地避免了多次装夹产生的误差，缩短了生产周期，提高零件质量。

    多轴加工的主要特点；加工范围大，能一次装夹完成零件多个方位的加工，能加工复杂型面并有效避免干涉；球头刀切削时可随时调整刀具的轴线，获得高效的切削速度；可充分利用刀具直径和切削速度，实现宽行加工；能实现环形面的连续加工，最大限度减小热变形的影响；利用侧刃连续切削变斜角面，能获得较好的表面质量；通过刀轴倾斜实现短刀具加工，提高刀具强度等。

    （2）数控自动编程

    数控加工的高效主要是通过程序控制来实现，因此数控加工的核心是数控程序的编制。手工编程对于加工形状不太复杂的零件简便易行，但对于形状复杂异形的曲面类零件却相当困难，这就需要计算机数控系统的自动编程。在数控自动编程系统中。图形交互自动编程系统是国内外目前普遍采用的CAD／CAM软件，它一般由零件造型、刀轨生成、刀轨编辑、刀轨验证、后处理程序、计算机图形显示、数据库管理及运行控制等环节组成，它具有使用简便、直观性好、速度快、精度高、便于检查等优点。目前使用的图形交互式自动编程系统很多，其中UG软件是面向制造行业的CAD／CAM／CAE高端软件，是当今世界上最先进、最流行的工业设计软件之一。UG软件的自动编程流程如图1所示。

    图1 目动编程流程

    （3）刀轴矢量

    刀轴矢量是指从刀尖方向指向刀具夹持器方向的矢量。多轴加工的关键技术之一是实现刀具轴矢量在空间按照一定规律进行变化，而刀具轴的变化是通过摆动工作台或摆动主轴来实现的。一般来说设计好刀轴矢量的变化规律，是获得高的切削效率和零件质量的重要因素之一，同时可避免加工过程中的干涉问题，因此在多轴加工编程中，要根据零件的实际情况，重点考虑刀轴矢量的变化规律。