五軸加工技術(shù)在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，如在葉輪、葉片、結(jié)構(gòu)件銑削等方面。目前已成為一種成熟的技術(shù)。要導(dǎo)入五軸須具備機(jī)器和軟體，之前因?yàn)闄C(jī)床價(jià)位太高大家都不敢貿(mào)然購(gòu)置，但是現(xiàn)在機(jī)器與軟件已經(jīng)慢慢趨向合理化，也有越來(lái)越多的人開(kāi)始在思考這個(gè)問(wèn)題（購(gòu)買五軸相關(guān)設(shè)備），五軸對(duì)于加工零件精度的提升有很大的幫助。

　　隨著五軸機(jī)床剛性及穩(wěn)定性的提高，目前各運(yùn)動(dòng)軸均采用直驅(qū)的方式，因此要求軟體從粗加工到最終的清角加工均要支持五軸聯(lián)動(dòng)，以適應(yīng)機(jī)臺(tái)的實(shí)際動(dòng)作標(biāo)準(zhǔn)，從而將機(jī)器的性能發(fā)揮到極致。本文主要對(duì)目前2種軟件編程五軸刀路產(chǎn)生方式進(jìn)行介紹和比較。

五軸刀具路徑生產(chǎn)方式

　　一般軟體的處理方式是采用驅(qū)動(dòng)面的方式來(lái)處理軸的運(yùn)動(dòng)，這種方式的五軸刀路產(chǎn)生過(guò)程為：

　　(1)從驅(qū)動(dòng)體上產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)點(diǎn)從整個(gè)零件（或局部）或與加工零件不相關(guān)的其他幾何體上產(chǎn)生；

　　(2)將驅(qū)動(dòng)點(diǎn)沿投射方向投射到零件上；

　　(3)保持刀尖在投影矢量上；

　　(4)沿投影矢量移動(dòng)刀具，尋找刀具與零件或檢查幾何體的接觸點(diǎn)，在該點(diǎn)刀軸與面的法向滿足刀軸控制的要求；

　　(5)輸出接觸處刀具的刀尖點(diǎn)。

　　這種方式整個(gè)的加工步驟如下所示：

　　(1)選取變軸曲面銑削功能；

　　(2)選取子類型；

　　(3)指定加工幾何體、刀具等；

　　(4)選擇驅(qū)動(dòng)方式；

　　(5)選取驅(qū)動(dòng)幾何體；

　　(6)設(shè)置驅(qū)動(dòng)參數(shù)，

　　(7)完成定義驅(qū)動(dòng)幾何；

　　(8)設(shè)置投影矢量；

　　(9)設(shè)置刀軸控制；

　　(10)輸入其余參數(shù)；

　　(11)生成加工軌跡。

　　由上可知，這種五軸刀路產(chǎn)生方式完全依靠手動(dòng)方式，必須人為定義“驅(qū)動(dòng)幾何”、“驅(qū)動(dòng)方式”，“投影方向”以及“軸定義”這4個(gè)參數(shù)才能產(chǎn)生五軸刀具路徑，這不但對(duì)編程人員經(jīng)驗(yàn)要求很高（即使是有經(jīng)驗(yàn)的編程人員也需要花費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行驅(qū)動(dòng)面的構(gòu)思和制作，編程效率很低），而且并不能適應(yīng)形狀復(fù)雜多變的零件加工（如模具等行業(yè)）。

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)算速度越來(lái)越快，一種新的五軸刀路產(chǎn)生方式也隨之誕生了，正如CAE利用計(jì)算機(jī)來(lái)完成人力所不可能完成的大運(yùn)算量一樣，在CAM五軸加工領(lǐng)域也出現(xiàn)了利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行的智能刀軸自動(dòng)避讓技術(shù)（該技術(shù)為hyperMILL軟件全球首創(chuàng)）。在hyperMILL軟件中缸軸刀路的生成非常靈活、簡(jiǎn)便，系統(tǒng)只需要識(shí)別使用者要求的基本切削角度即可，hyperMILL就會(huì)自動(dòng)傾斜角度來(lái)處理干涉。五軸粗加工、五軸等高精加工、五軸投影精加工、五軸沿面等距精加工、五軸清角精加工以及五軸循曲線加工均采用這種目前堪稱高級(jí)的自動(dòng)閃避功能。

　　編程人員選擇智能刀具路徑產(chǎn)生方式時(shí)（傾斜策略選擇“自動(dòng)”），只需設(shè)定最佳的A/B軸擺角（傾斜角度）、自動(dòng)避讓的A/B軸傾擺范圍（最大角度范圍），輸入機(jī)床的擺動(dòng)角度限制（機(jī)床限制最大Z軸傾擺角度）即可，其余的事情都交給計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成。同時(shí)，這種方式可以達(dá)到更加完善的過(guò)切干涉保護(hù)，確保加工過(guò)程中機(jī)床的安全。

　　由于這種方式對(duì)編程用計(jì)算機(jī)的要求稍高，所以同時(shí)hyperMILL也向計(jì)算機(jī)比較老舊的客戶提供了手動(dòng)的控制方式。這種控制方式并非像前一種方式那樣完全手動(dòng)，而是操作者可以把自己希望控制的部分進(jìn)行手動(dòng)設(shè)置，其余部分仍然由計(jì)算機(jī)進(jìn)行智能化的處理，這樣運(yùn)算量小了許多（對(duì)計(jì)算機(jī)硬件的要求也相對(duì)較低），運(yùn)算的速度也會(huì)得到提升。如果操作者具有非常豐富的手動(dòng)編程經(jīng)驗(yàn)，也可以完全手動(dòng)操作，這些均可按編程人員的要求自行進(jìn)行設(shè)定。

hyperMILL手動(dòng)控制方式說(shuō)明

　　在手動(dòng)控制中，hyperMILL另外提供給用戶固定傾擺角度及保持”2種傾擺策略，而作為手動(dòng)方式介紹的重點(diǎn)將是“刀尖朝向Z軸以及手動(dòng)曲線2種傾擺控制。

　　“刀尖朝向Z軸”即在C軸的控制上，始終保持刀具的刀尖通過(guò)Z軸，而A/B軸的控制與“自動(dòng)”方式下完全相同。C軸控制中的“嚴(yán)格導(dǎo)引”選項(xiàng)的作用是：當(dāng)啟用“嚴(yán)格導(dǎo)引”時(shí)，C軸將不論何種情況始終保持刀具的刀尖通過(guò)Z軸，關(guān)閉“嚴(yán)格導(dǎo)引”時(shí)，系統(tǒng)將盡量使加工中刀具的刀尖通過(guò)Z軸，而當(dāng)需要C軸參與避讓時(shí)，刀具的刀尖可不通過(guò)Z軸。“手動(dòng)曲線”方式是人為參與傾擺設(shè)定中最常用的部分。可分別設(shè)定C軸及A/B軸的傾擺策略。

hyperMILL的傾擺策略界面

　　C軸的控制可設(shè)定刀尖朝向或刀柄通過(guò)時(shí)的“傾斜曲線”（此處的刀尖朝向與刃柄通過(guò)均表示所設(shè)傾斜曲線與刀具在C軸旋轉(zhuǎn)平面上投影的行為）；而“嚴(yán)格導(dǎo)引”同前。

　　A/B軸的控制則可設(shè)定是否考慮上面所設(shè)的“傾斜曲線”。如不考慮“傾斜曲線”，則A/B軸的傾擺控制與“自動(dòng)”方式下完全相同；如考慮“傾斜曲線”，則這里將給用戶“逼近”與“通過(guò)”2種設(shè)置，具體意義同嚴(yán)格導(dǎo)引;。

　　用戶在想要進(jìn)行手動(dòng)控制時(shí)，hyperMILL可提供相應(yīng)的功能讓用戶實(shí)現(xiàn)想手動(dòng)控制的部分手動(dòng)來(lái)控制，不想手動(dòng)控制的部分仍然交由計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)避讓，直至實(shí)現(xiàn)完全的手動(dòng)控制（設(shè)置為嚴(yán)格導(dǎo)引）。

結(jié)束語(yǔ)

　　本文介紹了目前CAM軟件2種主流的五軸刀路產(chǎn)生方式，可以看出，hyperMILL代表的依托計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行干涉避讓的五軸刀路產(chǎn)生方式將引領(lǐng)整個(gè)CAM加工的潮流。它不但讓加工更加安全（刀具千涉的自動(dòng)避讓），保護(hù)了客戶昂貴的設(shè)備，還降低了對(duì)編程人員的經(jīng)驗(yàn)要求，并大大提高了五軸編程的效率。