1 引言

　　目前，多軸數(shù)控機(jī)床在加工形狀比較復(fù)雜的零件比較具有優(yōu)勢(shì)，五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床應(yīng)用較廣泛。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)：(1)加工過(guò)程中刀具角度可以隨時(shí)調(diào)整。(2)能在一次裝夾中加工多道工序。(3)機(jī)床加工性能好，主軸通常采用電主軸，驅(qū)動(dòng)方式采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)田。同時(shí)，UG軟件能很好支持多軸數(shù)控加工，且專用機(jī)床的后置處理器也較易開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)。下面以吹塑模具為加工工件載體進(jìn)行分析。

2 吹塑模具的加工工藝分析

　　2.1 機(jī)床選用

　　由塑料瓶吹塑模具，如圖l所示。毛坯尺寸265x150x75。該模具型腔輪廓復(fù)雜，模具的加工精度要求很高，表面粗糙度要好。整個(gè)零件由型腔面和定位孔，銷孔等特征組成。如果采用普通機(jī)床加工需要經(jīng)過(guò)多道工序才能完成加工，因工序多，需要多次對(duì)刀，容易造成多次對(duì)刀和測(cè)量誤差，多次累積誤差后嚴(yán)重影響加工精度，所以往往最后一道工序還需要進(jìn)行磨削以彌補(bǔ)加工中的誤差和加工表面比較粗糙的缺點(diǎn)剛。

　　采用五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床加工，因其主軸可以實(shí)現(xiàn)一定角度的擺動(dòng)，其采用球頭刀具加工型腔時(shí)，刀具與工件的接觸面積增大，從而大大的提高了線速度，而且主軸的轉(zhuǎn)速很高，其加工出來(lái)的零件表面精度高，往往可以通過(guò)精加工就能達(dá)到圖紙要求，而無(wú)需再進(jìn)行研磨或拋光，使得加工效率大大提高。因此，選用DMU-60 MonoBLOCK五軸聯(lián)動(dòng)加工中心。

　2.2 加工工藝規(guī)劃與編程

　　(1)粗銑，主要目的是切除大量材料，切削方向采用順銑，切削順序采用是深度優(yōu)先的原則。在UG軟件中加工操作類型采用CAVOTY_MILL銑削方式。切削模式采用“跟隨部件”模式。

　　(2)半精銑，主要目的是切除粗銑留下的凸臺(tái)，為精加工做準(zhǔn)備。UG軟件中半精銑的操作方式通常采用Mill—Multi—Axis中的VARIBLE—CONTOUR(可變輪廓銑)。可變輪廓銑是用于精加工由輪廓曲面形成的區(qū)域的加工方法。它可以通過(guò)精確控制刀軸和投影矢量，使刀軌沿著非常復(fù)雜的曲面的復(fù)雜輪廓移動(dòng)。驅(qū)動(dòng)方式：曲面區(qū)域驅(qū)動(dòng)。指定切削步長(zhǎng)為“公差”，設(shè)置切削步長(zhǎng)的內(nèi)公差與切出公差為0.05mm。指定步進(jìn)為“殘余波峰高度”，并且殘余高度設(shè)置為0.05mm。指定刀軸為“相對(duì)于驅(qū)動(dòng)”，設(shè)定前傾角為15°，設(shè)定側(cè)傾角為30°，勾選“應(yīng)用光順”。指定投影方向?yàn)榈遁S。

　　(3)精銑，主要目的是高速銑削所有型面，并保證達(dá)到零件圖紙規(guī)定的尺寸，形狀以及位置精度和表面質(zhì)量。在精加工的操作方式仍采用Mill—Multi—Axis中的VARIBLE—CONTOUR(可變輪廓銑)。驅(qū)動(dòng)方式：表面積驅(qū)動(dòng)方式。切削模式：螺旋。步距采用“殘余高度”，殘余高度為0.001mm，切削步長(zhǎng)的內(nèi)外公差為0.005mm。如表1所示。

(4)在加工過(guò)程中由于有較小的加工區(qū)域，如果采用一次開(kāi)粗到位，就得使用直徑較小的圓角刀，這會(huì)影響到整體加工效率和加劇刀具磨損，所以先采用直徑較大的刀具進(jìn)行開(kāi)粗，再選用相對(duì)較小的圓角刀半精加工，這樣就能保證精加工時(shí)的加工余量均勻。最后采用球頭刀精加工，獲得較高的加工精度，保證了吹塑模具的加工精度和加工質(zhì)量。

　　(5)多軸編程是通過(guò)驅(qū)動(dòng)曲面或驅(qū)動(dòng)曲線按照一定的方法策略產(chǎn)生相應(yīng)驅(qū)動(dòng)點(diǎn)，然后把驅(qū)動(dòng)點(diǎn)按照相關(guān)的投影方法投影到被加工的工件表面，再按照規(guī)則來(lái)生成刀具路徑的。通過(guò)反復(fù)加工實(shí)踐證明，吹塑模具加工驅(qū)動(dòng)方案：半精加工，采用曲面區(qū)域驅(qū)動(dòng)方式。精加工，采用的是表面積驅(qū)動(dòng)方式。采用該方案吹塑模具加工質(zhì)量、精度、加工效率大大提高，驅(qū)動(dòng)曲面制作時(shí)也較簡(jiǎn)單。

3 創(chuàng)建多軸后置處理

　　3.1 機(jī)床坐標(biāo)系關(guān)系分析

由于五軸加工程序的后置處理應(yīng)根據(jù)不同機(jī)床控制系統(tǒng)生成不同數(shù)控程序。特別是不同于三軸加工，要對(duì)兩根旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行專門定義。DMU60monoBLOCK五軸五聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心有X、Y、Z三個(gè)直線軸和B、C兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸。旋轉(zhuǎn)軸c與軸z相連，旋轉(zhuǎn)軸B與軸x相連，C軸回轉(zhuǎn)行程(±180)。，B軸擺動(dòng)角度(-120)°/+30°。建立機(jī)床各軸坐標(biāo)關(guān)系，所圖2所示。

　　3.2 后置處理器的開(kāi)發(fā)

　　目前，UG后置處理器有二種開(kāi)發(fā)模式：

　　(1)利用UG_POSTBUILD模塊，對(duì)特定機(jī)床的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，后置處理器創(chuàng)建的流程圖，如圖3所示。

(2)利用相關(guān)的VB或VC，根據(jù)機(jī)床的編程規(guī)范及其運(yùn)動(dòng)方式，計(jì)算出軌跡輪廓點(diǎn)的坐標(biāo)公式，開(kāi)發(fā)專用機(jī)床的后置處理器。

針對(duì)DMU-60 MonoBLOCK 5軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床專用的后置處理器開(kāi)發(fā)的相關(guān)過(guò)程，主要是按第一種方法進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

　　(1)開(kāi)發(fā)新的后置文件，文件名為：DMU-60MonoBLOCK。確定機(jī)床的類型、公/英制、機(jī)床的操作系統(tǒng)。

　　(2)設(shè)定軸的極限、軸向定義，如圖4所示。

　(3)創(chuàng)建設(shè)置第四軸(即B軸)參數(shù)。最關(guān)鍵的參數(shù)是定義日軸行程極限-120°/30°，如圖5所示。

在五軸加工中，B軸的擺動(dòng)角應(yīng)該具有相應(yīng)的極限位置，如果B軸的坐標(biāo)的插補(bǔ)很大時(shí)就可能會(huì)使B軸反方向的旋轉(zhuǎn)。而且，在B軸反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，有可能會(huì)導(dǎo)致?lián)p傷工件。所以我們常采用法向抬刀方式進(jìn)行。

(4)同理，創(chuàng)建設(shè)置第五軸(即c軸)參數(shù)。最關(guān)鍵的參數(shù)是定義C軸行程極限(±180)°。

(5)設(shè)定數(shù)控程序開(kāi)始部分、刀軌移動(dòng)部分、程序結(jié)束部分。

　?、龠M(jìn)入Program＆Tool Path(程序與刀具路徑)，的“Start ofProgram”程序塊里MOM—set_seq_on行號(hào)N打開(kāi)，程序頭開(kāi)始符“％”設(shè)置以及輸入數(shù)控程序初始化代碼G40 G17 G49 G80 G90。設(shè)如圖6所示

②進(jìn)入“Operation Start Sequence”程序塊里，操作頭：定義從操作開(kāi)始到第一個(gè)切削運(yùn)動(dòng)之間的事件。每一個(gè)操作都有自動(dòng)換刀。如：FromMove設(shè)置的Z150.0和X0.0Y0.0，F(xiàn)irst Tool設(shè)置的T01 M06等。Tool Path刀軌事件：定義機(jī)床控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)和循環(huán)加工等事件Machine Control機(jī)床控制：控制卻液主軸刀號(hào)刀補(bǔ)等事件。

③設(shè)置自動(dòng)換刀信息：在Program&ToolPath中的Program子頁(yè)中選擇“Operation Start Sequence”。在下拉窗13中的CustomCommand添加到“AutoToolChange”節(jié)點(diǎn)中TM06和T之間，更改對(duì)話框上方的PB—CMD欄中的內(nèi)容，將添加下面的刀具信息的代碼：

④進(jìn)入“Motion”運(yùn)動(dòng)：定義刀軌的GOTO語(yǔ)句。LinearMove直線運(yùn)動(dòng)切削進(jìn)刀等；Circle Move圓弧運(yùn)動(dòng)處圓弧插補(bǔ)的刀軌；Rapid Move快速運(yùn)動(dòng)。

⑤設(shè)定程序結(jié)束語(yǔ)句和計(jì)算零件加工時(shí)間。在Custom Command對(duì)話框中的文本欄中輸入“Total time”。同時(shí)，添加顯示零件加工總時(shí)間的代碼。

(6)保存后處理。輸入后處理名稱，保存后將會(huì)產(chǎn)生三個(gè)不同后綴的文件：*.pui、*.tcl、*.def。其中*.pui是post Builder用來(lái)打開(kāi)后讀取或修改參數(shù)的文件，*.Icl是UG／Post用來(lái)處理動(dòng)作的事件，*.def是UG/Post用來(lái)定義輸出格式。

　　3.3 后置處理刀位程序與仿真校驗(yàn)

　　將自動(dòng)編制好的刀位程序按照指定的后處理轉(zhuǎn)換成DMU數(shù)控機(jī)床能讀取的標(biāo)準(zhǔn)G代碼，如圖8所示。完成上面所有工序之后，對(duì)程序進(jìn)行仿真校驗(yàn)。UG中自建一個(gè)與實(shí)際結(jié)構(gòu)一致的轉(zhuǎn)臺(tái)+擺頭式五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床，把吹塑模型按照實(shí)際在機(jī)床上擺放的位置做在里面，在軟件中進(jìn)行模擬加工。進(jìn)一步察看刀具的干涉情況，確保程序運(yùn)行可靠，如圖9所示。

4 工程應(yīng)用

　　通過(guò)運(yùn)用UG軟件能很好實(shí)現(xiàn)吹塑模具零件的建模及程序生成，并通過(guò)DMU-60 MonoBLOCK五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床實(shí)現(xiàn)了吹塑模具加工，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

　　聯(lián)合浙江某機(jī)械有限公司將成果應(yīng)用于其他型號(hào)的飲料瓶吹塑模具(一模多腔)的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工，如圖10所示。實(shí)踐證明，加工方案能為企業(yè)實(shí)現(xiàn)塑料瓶吹塑模具零件的高效率、高精度加丁，對(duì)企業(yè)降低生產(chǎn)成本和加快新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)都具有重大的理論和現(xiàn)實(shí)意義。