隨著各種不同的數(shù)控加工設(shè)備廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，各種先進(jìn)的數(shù)控加工理論和方法需要基于硬件進(jìn)行本地化的實(shí)際應(yīng)用，才可以發(fā)揮出硬件的潛在效能。本文就是研究美國Tarus公司出產(chǎn)的TPMIILI 146五軸油泥銑床的五軸加工技術(shù)，以此拓展機(jī)床的效能。

　　1 TPMILI146的特點(diǎn)

　　1.1硬件的特點(diǎn)

　　圖1為，MILI146油泥數(shù)控銑床和進(jìn)行整車油泥加工的照片;這是一臺便于移動的一體式加工中心，具有優(yōu)良的無線操控性能和較高的精度，它是為了適應(yīng)汽車造型設(shè)計(jì)中油泥模型數(shù)控加工需求而專門開發(fā)的加工平臺。在硬件上這臺設(shè)備具備了五軸加工功能。因?yàn)楝F(xiàn)代汽車造型設(shè)計(jì)曲面越來越趨于復(fù)雜，五軸加工功能恰好能適應(yīng)這種復(fù)雜曲面加工的需求。

　　如圖2所示，X/Y/Z為三個線性軸，與Powermill定義一致;A軸為主動軸,B軸為從動依附軸，與Powermill對應(yīng)的工作角度范圍的名稱分別為Azimuth angle(方位角)和Elevation angle(仰角)。

　　1.2控制軟件的特點(diǎn)

　　SpudNT是設(shè)備終端控制軟件，有較強(qiáng)的數(shù)控編程能力。采用其三軸加工功能，程序生成速度比較快，且軟件與硬件結(jié)合緊密。但在五軸加工方面，該軟件功能比較弱，編出的程序加工速度極慢，不具備可用性，五軸加工的潛能沒有得到發(fā)揮;3 +2軸加工時(shí)，刀軸方向變化不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)加工，因此對于不同加工角度，都是手動控制;另外，軟件還缺少碰撞分析和加工預(yù)覽等功能，因此操作過程中碰撞事故較多，只是因?yàn)橛湍嗖牧媳容^軟，沒有損壞機(jī)床。

　　2使用Powermill解決問題的思路

　　CAM軟件提供的數(shù)控編程和后處理一般流程如圖3 .Tarus TPMIL1146擁有先進(jìn)的五軸加工性能，結(jié)合先進(jìn)的編程軟件可以充分發(fā)揮出它的優(yōu)勢。我們選擇了Powermill軟件進(jìn)行了五軸加工的嘗試。

　　首先要解決的是加工策略問題，我們需要研究五軸加工的特點(diǎn)和主要加工方法，找出真正能夠提高加工效能的加工方法，用以指導(dǎo)以后的刀路設(shè)計(jì);對于刀路設(shè)計(jì)是軟件應(yīng)用的問題，本文不提及。

　　其次是要實(shí)現(xiàn)加工過程模擬和碰撞分析，除了系統(tǒng)提供常規(guī)的刀具和夾具仿真，主軸的聯(lián)動也需要模擬出來，以觀察更加真實(shí)的模擬加工結(jié)果，提高程序代碼可靠性。

　　最后需要實(shí)現(xiàn)程序代碼在SpudNT上的可用性，因此要對Powermill刀路軌跡輸出的程序進(jìn)行后置處理，同時(shí)輸出的程序要涵蓋五軸功能。

　　3問題的解決

　　3.1加工策略

　　隨著數(shù)控設(shè)備五軸加工功能的普及，軟件五軸加工功能也發(fā)展得越來越強(qiáng)大。我們一一研究了這些加工方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

　　3+2軸:它是通過對多個方位角度的3軸加工步驟進(jìn)行連接而成的加工方法。它在實(shí)際數(shù)控加工中使用頻率很高，這種加工方式效率比目前五軸程序效率高出不少。

　　點(diǎn)/直線投影加工:刀具軸線通過特定的點(diǎn)/直線。這種方法對凹凸變化復(fù)雜的汽車表面，往往難以做到大范圍的走刀，但在凹陷區(qū)域或單曲面、球面可充分利用其優(yōu)越性.

　　曲面投影加工:刀具軸線根據(jù)曲面法線來定義。使用這種方法時(shí)，若工件表面復(fù)雜，使用工件表面法線定義刀軸，效率低且不安全;Powermill中可以定義參考曲面，刀軸垂直于參考面，采用簡單曲面作為參考，可以簡化刀軸的方向變化，很實(shí)用。

　　分析表明，采用以下策略有利于效能提高:運(yùn)用3+2軸方法，進(jìn)行大跨度加工;局部復(fù)雜區(qū)域采用點(diǎn)/線/曲面投影加工;刀路設(shè)計(jì)好之后，在工步之間實(shí)現(xiàn)自動連續(xù)走刀。因每一種加工方法都有自身獨(dú)特的優(yōu)勢，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化組合。

　　3.2加工過程模擬和碰撞分析

　　加工過程模擬是很重要的一個環(huán)節(jié)，通過它可以分析得出刀具與工件碰撞的情況，并獲得改進(jìn)的建議。圖4為Powermill軟件進(jìn)行模擬加工和碰撞分析的截圖，它的局限是不能模擬主軸聯(lián)動部件的情況，因此大部分條件下不能再現(xiàn)真實(shí)情況。

　　為此需進(jìn)行第二步工作，建立機(jī)床模型文件，編制運(yùn)動控制文件，利用Powermill的動態(tài)模擬工具進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)更為逼真的機(jī)床主軸聯(lián)動模擬。

　　首先，使用建模軟件建立機(jī)床模型，轉(zhuǎn)換成Powermill可識別的dmt格式。然后，編制運(yùn)動控制文件。下面就是編寫好的機(jī)床部件運(yùn)動控制文件(Mtd格式)，采用主動部件嵌套從動部件的方式組成聯(lián)動機(jī)構(gòu)。

　　運(yùn)用編制好的機(jī)床文件，可以得到真實(shí)模擬加工的結(jié)果。圖5為一簡單實(shí)例二這個模擬分析過程可以真實(shí)模擬可能出現(xiàn)的情況，從而提高自動化生產(chǎn)運(yùn)行安全性。

　　3.3后處理程序編寫

　　SpudNT提供了CNC和APT兩種NC程序文件格式輸入，其中CNC程序是Taros專有的格式，與通用的CNC程序有很大差別;而APT格式也是一種變體。對于Powermill編出的程序需要對應(yīng)五軸后處理程序。

　　下面就是編寫好的部分后處理文件，稍加解釋。

　　利用這個后置處理程序，實(shí)現(xiàn)了Powermill五軸程序與TPMILI146機(jī)床控制軟件的對接，從而可以充分發(fā)揮這臺設(shè)備先進(jìn)的五軸加工潛能。圖6是經(jīng)過該后處理程序轉(zhuǎn)換之后的五軸數(shù)控加工程序。

　　4結(jié)語

　　Tarus TPMILI146油泥數(shù)控銑床在硬件上具有先進(jìn)的五軸加工能力，而其控制軟件卻無法實(shí)現(xiàn)有價(jià)值的應(yīng)用。使用Powermill軟件可以充分挖掘設(shè)備五軸加工潛能。為實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)，首先，通過研究五軸加工的常用方法，提出采用3+2軸和五軸結(jié)合的加工策略;然后，建立機(jī)床模型文件并編寫相應(yīng)的運(yùn)動控制文件，開發(fā)機(jī)床加工更真實(shí)的模擬功能，以提前預(yù)知加工中可能出現(xiàn)的問題，為連續(xù)自動加工打下安全基礎(chǔ);第三步，編寫涵蓋五軸功能的后處理文件，實(shí)現(xiàn)Powermill與設(shè)備完全對接。

　　當(dāng)今，我國引進(jìn)的先進(jìn)設(shè)備越來越多，但往往因?yàn)槭褂萌藛T缺乏深人挖掘意識，使設(shè)備潛能不能得到充分的發(fā)揮。這項(xiàng)工作的目的是實(shí)現(xiàn)設(shè)備本地化和效能最大化。