五轴联动加工技术(经典)课件.ppt

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1、五轴联动加工技术主讲人：彭芳瑜博士、副主任华中科技大学数控工程中心电话：027-87543747Z第一节第一节.五轴联动加工应用范围五轴联动加工应用范围与工艺要点与工艺要点1.1 五轴联动加工的应用范围及其特点五轴联动加工的应用范围及其特点1.2 五轴联动加工的工艺要点五轴联动加工的工艺要点应用范围及其特点应用范围及其特点(1)三坐标曲面加工原理三坐标曲面加工原理 应用范围及其特点应用范围及其特点(1)五坐标曲面加工原理应用范围及其特点应用范围及其特点(2)五坐标加工的特点五坐标加工的特点应用范围及其特点应用范围及其特点(3)可有效避免刀具干涉可有效避免刀具干涉 对于直纹面类零件，可采用侧铣方

2、式一刀成型对于直纹面类零件，可采用侧铣方式一刀成型 对一般立体型面特别是较为平坦的大型表面，对一般立体型面特别是较为平坦的大型表面，可用大直径端铣刀端面贴近表面进行加工可用大直径端铣刀端面贴近表面进行加工 可一次装卡对工件上的多个空间表面进行多面、可一次装卡对工件上的多个空间表面进行多面、多工序加工多工序加工 五轴加工时，刀具相对于工件表面可处于最有五轴加工时，刀具相对于工件表面可处于最有效的切削状态。零件表面上的误差分布均匀效的切削状态。零件表面上的误差分布均匀 在某些加工场合，可采用较大尺寸的刀具避开在某些加工场合，可采用较大尺寸的刀具避开干涉进行加工干涉进行加工工艺要点工艺要点 坐标系坐

3、标系(1)机床坐标系和坐标轴的命名：1.用来描述和确定机床运动以及工件在机床上位置2.理论上可随意定义3.ISO对数控机床坐标轴的名称及其运动方向作了统一的规定工艺要点工艺要点 坐标系坐标系(2)工件坐标系：1.定义工件形状和刀具相对工件运动2.与工件固联3.右手笛卡尔坐标系4.原点任意，便于工件几何形状的描述。工艺要点工艺要点 坐标系坐标系(3)局部坐标系：1.在多坐标三维曲面加工时用于确定刀具相对零件表面姿态的坐标系2.坐标原点为刀具与零件表面的接触点工件坐标系与局部坐标系工艺要点机床类型及其工艺特点（工艺要点机床类型及其工艺特点（1）刀具摆动型：1.1.两个转动轴都作用两个转动轴都作用于

4、刀具上于刀具上2.2.定轴，动轴定轴，动轴3.摆动机构结构较复杂，一般刚性较差，但运动灵活 工艺要点机床类型及其工艺特点（工艺要点机床类型及其工艺特点（2）工作台回转/摆动型：1.1.两个转动轴都作用两个转动轴都作用于工件上于工件上2.2.定、动轴结构，只定、动轴结构，只是其动轴紧靠工件。是其动轴紧靠工件。3.3.其旋转其旋转/摆动工作台摆动工作台刚性容易保证、工艺刚性容易保证、工艺范围较广，实现容易。范围较广，实现容易。工艺要点机床类型及其工艺特点（工艺要点机床类型及其工艺特点（3）1.1.刀具与工件各具有一个刀具与工件各具有一个转动运动转动运动2.2.两个回转轴在空间两个回转轴在空间的方向

5、都是固定的的方向都是固定的3.3.特点介于上述两类特点介于上述两类机床之间。机床之间。刀具与工作台回转/摆动型：工艺要点刀具类型及其工艺特点工艺要点刀具类型及其工艺特点(a)平底立铣刀平底立铣刀 (b)端铣刀(c)球头刀(d)环形刀 (e)鼓形刀 (f)锥形刀铣削加工常用刀具工艺要点加工行距和步长的选择（工艺要点加工行距和步长的选择（1）行距的影响因素与优化措施:1.刀具形状与尺寸 2.零件表面几何形状与安装方位 3.走刀进给方向 4.允许的表面残余高度要求 工艺要点加工行距和步长的选择（工艺要点加工行距和步长的选择（2）刀具参数、安装方位、走刀进给方向对行距的影响刀具参数、安装方位、走刀进给

6、方向对行距的影响工艺要点加工行距和步长的选择（工艺要点加工行距和步长的选择（3）对行距的影响规律：1.1.球头刀加工时，零件形状与安装方位及走刀进给球头刀加工时，零件形状与安装方位及走刀进给方向的变化对走刀行距的影响较小。方向的变化对走刀行距的影响较小。2.2.平底刀加工时，行距对零件形状、安装方位及走平底刀加工时，行距对零件形状、安装方位及走刀进给方向的变化非常敏感。刀进给方向的变化非常敏感。3.3.环形刀加工时，其影响规律介于平底刀与球头刀环形刀加工时，其影响规律介于平底刀与球头刀之间。之间。4.4.鼓形刀加工时，行距对零件形状、安装方位及走鼓形刀加工时，行距对零件形状、安装方位及走刀进给

7、方向的变化也很敏感，但与平底刀和环形刀刀进给方向的变化也很敏感，但与平底刀和环形刀加工时的规律相反。加工时的规律相反。工艺要点加工行距和步长的选择（工艺要点加工行距和步长的选择（4）优化措施：1.合理选择刀具 2.合理选择工件安装方位 3.合理选择进给方向 工艺要点走刀路线的选择原则工艺要点走刀路线的选择原则曲面加工走刀路线曲面加工走刀路线工艺要点加工刀轴控制方式的选择原则工艺要点加工刀轴控制方式的选择原则 常用的刀轴控制方式：1.垂直于表面方式2.平行于表面方式3.相对于表面方式相对于表面的刀轴控制工艺要点切削条件确定及其优化（工艺要点切削条件确定及其优化（1）切削深度：1.1.主要受机床、

8、工件和刀具的刚度限制，在刚度主要受机床、工件和刀具的刚度限制，在刚度允许的情况下，尽可能加大切削深度，以减少走允许的情况下，尽可能加大切削深度，以减少走刀次数，提高加工效率。刀次数，提高加工效率。2.2.对于精度和表面粗糙度有较高要求的零件，应对于精度和表面粗糙度有较高要求的零件，应留有足够的加工余量。留有足够的加工余量。工艺要点切削条件确定及其优化（工艺要点切削条件确定及其优化（2）主轴转速：根据允许的切削速度根据允许的切削速度V V和刀具直径和刀具直径D D选择：选择：其中，切削速度V受刀具耐用度的限制。工艺要点切削条件确定及其优化（工艺要点切削条件确定及其优化（3）进给速度：要根据零件加

9、工精度和表面粗糙度要求以及刀具与工件材料选取。工艺要点切削条件确定及其优化（工艺要点切削条件确定及其优化（4）选择进给速度时需要注意的某些特殊情况选择进给速度时需要注意的某些特殊情况 ：1.1.加工圆弧段时，切削点的实际进给速度并不等于加工圆弧段时，切削点的实际进给速度并不等于编程数值。编程数值。2.2.复杂形状零件的加工特别是多坐标加工时，如果复杂形状零件的加工特别是多坐标加工时，如果进给速度是恒定的，材料切除率常常波动并且可能进给速度是恒定的，材料切除率常常波动并且可能超过刀具容量的极限，机床各运动轴的速度和加速超过刀具容量的极限，机床各运动轴的速度和加速度也可能超出允许的范围。度也可能超

10、出允许的范围。3.3.为了实现进给速度自动生成，必须根据工件与刀为了实现进给速度自动生成，必须根据工件与刀具的几何信息计算刀具沿轨迹移动时的瞬时材料切具的几何信息计算刀具沿轨迹移动时的瞬时材料切除率除率工艺要点其它工艺问题（工艺要点其它工艺问题（1）加工工序的划分：1.刀具集中分序法 2.粗、精加工分序法 3.按加工部位分序法 工艺要点其它工艺问题（工艺要点其它工艺问题（2）工件装夹方式的确定：工件装夹方式的确定：1.1.尽量采用组合夹具尽量采用组合夹具 2.2.零件定位、夹紧的部位应考虑到不妨碍各部位的加零件定位、夹紧的部位应考虑到不妨碍各部位的加工、更换刀具以及重要部位的测量。工、更换刀具

11、以及重要部位的测量。3.3.夹紧力应力求通过靠近主要支承点上或在支承点夹紧力应力求通过靠近主要支承点上或在支承点所组成的三角形内，应力求靠近切削部位，并作用所组成的三角形内，应力求靠近切削部位，并作用在刚性较好的地方，以减小零件变形。在刚性较好的地方，以减小零件变形。4.4.零件的装夹、定位要考虑到重复安装的一致性，以零件的装夹、定位要考虑到重复安装的一致性，以减少对刀时间，提高同一批零件加工的一致性。减少对刀时间，提高同一批零件加工的一致性。工艺要点其它工艺问题（工艺要点其它工艺问题（3）对刀点与换刀点的确定：1.1.选择对刀点的原则是：便于确定工件坐标系与选择对刀点的原则是：便于确定工件坐

12、标系与机床坐标系的相互位置、容易找正、加工过程中机床坐标系的相互位置、容易找正、加工过程中便于检查、引起的加工误差小。便于检查、引起的加工误差小。2.2.对刀点可以设在工件上、夹具上或机床上，但对刀点可以设在工件上、夹具上或机床上，但必须与工件的定位基准必须与工件的定位基准(相当于与工件坐标系相当于与工件坐标系)有有已知的准确关系。已知的准确关系。3.3.对刀时直接或间接地使对刀点与刀位点重合。对刀时直接或间接地使对刀点与刀位点重合。4.“4.“换刀点换刀点”应根据工序内容安排。应根据工序内容安排。工艺要点其它工艺问题（工艺要点其它工艺问题（4）编程误差及其控制：1.几何建模误差2.逼近误差3

13、.舍入误差第二节第二节.五轴联动加工刀具五轴联动加工刀具轨迹生成技术轨迹生成技术 2.1 刀位数据及其计算刀位数据及其计算2.2 走刀步长的确定走刀步长的确定2.3 走刀行距的确定走刀行距的确定2.4 干涉检测与处理干涉检测与处理刀位数据及其计算（刀位数据及其计算（1）五轴加工刀位计算 为切削点位矢、则刀位点 的位矢 和刀轴单位矢量 为：刀位数据及其计算（刀位数据及其计算（2）特殊情况下的刀位计算表达：1.1.垂直于表面端铣垂直于表面端铣(=0)=0)2.2.平行于表面侧铣平行于表面侧铣(=90)=90)走刀步长的确定走刀步长的确定 基本方法简介（基本方法简介（1）等步长法：等参数离散逼近法等

14、步长离散逼近走刀步长的确定走刀步长的确定 基本方法简介（基本方法简介（2）步长筛选法：参数筛选法走刀步长的确定走刀步长的确定 基本方法简介（基本方法简介（3）步长估计法：1.1.根据当前刀具接触点处曲面的微观几何形状与根据当前刀具接触点处曲面的微观几何形状与走刀方向来估计满足编程精度要求的离散走刀步走刀方向来估计满足编程精度要求的离散走刀步长，再由此确定下一刀具接触点或刀位点的位置。长，再由此确定下一刀具接触点或刀位点的位置。2.2.步长估计的常见方法是对理论刀具轨迹和刀具步长估计的常见方法是对理论刀具轨迹和刀具接触点路径进行弧弦逼近，由弦弓高误差来近似接触点路径进行弧弦逼近，由弦弓高误差来近

15、似确定加工误差和进给步长。确定加工误差和进给步长。走刀行距的确定方法简介（走刀行距的确定方法简介（1）1.参数线法：以被加工曲面的参数以被加工曲面的参数线作为刀具接触点路线作为刀具接触点路径来生成刀具轨迹径来生成刀具轨迹算法简单，计算量小算法简单，计算量小适合于曲面参数线分适合于曲面参数线分布较均匀的情况。布较均匀的情况。参数线法生成刀具轨迹 走刀行距的确定方法简介（走刀行距的确定方法简介（2）2.CC路径截面线法（之一）：在走刀过程中，将刀具与被加工曲面的接触点在走刀过程中，将刀具与被加工曲面的接触点(CCCC点点)始终约束在另外一组曲面内，即用一组始终约束在另外一组曲面内，即用一组约束曲面

16、与被加工曲面的截交线作为刀具接触约束曲面与被加工曲面的截交线作为刀具接触点路径来生成刀具轨迹。点路径来生成刀具轨迹。生成的刀具接触点轨迹分布均匀，适合于参数生成的刀具接触点轨迹分布均匀，适合于参数线分布不均匀的曲面加工、型腔加工及复杂组线分布不均匀的曲面加工、型腔加工及复杂组合曲面的加工。合曲面的加工。需要求交运算，算法复杂，计算量大。需要求交运算，算法复杂，计算量大。走刀行距的确定方法简介（走刀行距的确定方法简介（3）2.CC路径截面线法（之二）：CC路径截面线法生成刀具轨迹示例走刀行距的确定方法简介（走刀行距的确定方法简介（4）3.CL路径截面线法（之一）：用一组约束曲面与被加工曲面的刀具

17、偏置面的用一组约束曲面与被加工曲面的刀具偏置面的截交线作为刀具轨迹截交线作为刀具轨迹 实施算法有两种实施算法有两种 ：直接构造零件曲面的刀具偏：直接构造零件曲面的刀具偏置面，由约束面与偏置面求交；通过迭代等措置面，由约束面与偏置面求交；通过迭代等措施直接在约束面上找到刀具与被加工曲面相切施直接在约束面上找到刀具与被加工曲面相切的一系列刀位点的一系列刀位点 特别适合于具有边界约束的曲底型腔加工及复特别适合于具有边界约束的曲底型腔加工及复杂组合曲面的连续加工。杂组合曲面的连续加工。走刀行距的确定方法简介（走刀行距的确定方法简介（5）3.CL路径截面线法（之二）：CL路径截面线法生成刀具轨迹示例走刀

18、行距的确定方法简介（走刀行距的确定方法简介（6）4.导动面法（之一）：通过引入导动面来对走刀过程进行约束，使走通过引入导动面来对走刀过程进行约束，使走刀过程中刀具始终保持与被加工表面刀过程中刀具始终保持与被加工表面(零件面零件面)与导动面相切。与导动面相切。代表是代表是APTAPT的刀具轨迹生成算法的刀具轨迹生成算法数值迭代计算量较大，并存在迭代是否收敛的数值迭代计算量较大，并存在迭代是否收敛的稳定性问题。一般多用于对组合曲面的交线进稳定性问题。一般多用于对组合曲面的交线进行清根处理。行清根处理。走刀行距的确定方法简介（走刀行距的确定方法简介（7）4.导动面法（之二）：导动面法生成刀具轨迹干涉

19、检测与处理干涉产生的情况（干涉检测与处理干涉产生的情况（1）端铣加工时的刀具干涉：刀头部位干涉刀头部位干涉刀杆干涉干涉检测与处理干涉产生的情况（干涉检测与处理干涉产生的情况（2）侧铣加工时的刀具干涉：刀杆干涉刀头干涉干涉检测与处理干涉检测与处理干涉的检测1.对三角片的三个顶点以及刀位点绕工件坐标系的两个坐标轴进行旋转变换，使旋转变换后的刀轴矢量平行于坐标轴2.后续的详细干涉检测算法将与三坐标加工时完全一致。干涉检测与处理干涉检测与处理干涉的避免方法（1）端铣加工刀具干涉的避免：(a)轴向移动法 (b)轴线摆动法刀头干涉避免轴线摆动法避免刀杆干涉干涉检测与处理干涉检测与处理干涉的避免方法（2）侧

20、铣加工刀具干涉的避免：轴线平移法避免刀杆干涉轴向移动法避免刀头干涉干涉检测与处理干涉检测与处理干涉的避免方法（3）五坐标加工干涉检测与处理流程第三节第三节.五轴联动加工编程的典型软五轴联动加工编程的典型软件、特色件、特色3.1 NC刀具轨迹生成方法研究发展现状刀具轨迹生成方法研究发展现状3.2 UG五轴加工刀具轴线控制方法简介五轴加工刀具轴线控制方法简介3.3 Pro/E五轴加工刀具轴线控制方法简介五轴加工刀具轴线控制方法简介NC刀具轨迹生成方法研究发展现状（刀具轨迹生成方法研究发展现状（1）基于点、线、面和体的NC刀轨生成方法 基于特征的NC刀轨生成方法 NC刀具轨迹生成方法研究发展现状（刀

21、具轨迹生成方法研究发展现状（2）现役几个主要CAD/CAM系统中的NC刀轨生成方法分析 n n一体化的一体化的 CAD/CAMCAD/CAM系统（如：系统（如：UGIIUGII、EuclidEuclid、Pro/ENGINEERPro/ENGINEER等）等）n n相对独立的相对独立的CAMCAM系统（如：系统（如：MastercamMastercam、SurfcamSurfcam等）。等）。UG五轴加工刀具轴线控制方式简介Tool Axis 刀轴矢量用于定义固定刀轴与可变刀轴的刀轴矢量用于定义固定刀轴与可变刀轴的方向。固定刀轴与指定的矢量平行，而可方向。固定刀轴与指定的矢量平行，而可变刀轴在

22、刀具沿刀具路径移动时，可不断变刀轴在刀具沿刀具路径移动时，可不断地改变方向。地改变方向。Tool Axis Vector刀轴矢量的定义及确定刀轴矢量的定义及确定 刀轴矢量被定义为从刀端指刀轴矢量被定义为从刀端指向刀柄的方向向刀柄的方向 刀轴矢量的确定刀轴矢量的确定输入坐标值输入坐标值选择几何选择几何指定轴与零件表面的相对关系指定轴与零件表面的相对关系指定轴与驱动曲面的相对关系指定轴与驱动曲面的相对关系Material Side Vector 如果使用驱动曲面方式创建刀轴路径，必须首先确定加工侧如果使用驱动曲面方式创建刀轴路径，必须首先确定加工侧矢量方向，该方向应指向材料被去除的方向。矢量方向，

23、该方向应指向材料被去除的方向。图中驱动曲面边缘被投射后与零件几何表面边缘一图中驱动曲面边缘被投射后与零件几何表面边缘一致的部分、或在零件几何表面边缘就可创建接触点；致的部分、或在零件几何表面边缘就可创建接触点；而不一致的边缘部分就不能创建接触点，刀端位于而不一致的边缘部分就不能创建接触点，刀端位于零件几何表面边缘之外，刀具就不能位于零件几何零件几何表面边缘之外，刀具就不能位于零件几何边缘上，此时刀具会先退刀，再跨越，然后进刀，边缘上，此时刀具会先退刀，再跨越，然后进刀，并从可与零件几何表面边缘接触处继续切削。并从可与零件几何表面边缘接触处继续切削。ZM轴指定刀轴矢量沿指定刀轴矢量沿MCSMCS

24、坐标系的坐标系的ZMZM轴方向。轴方向。I,J,K 通过输入通过输入I I，J J，K K的值来确定刀轴矢量的方向的值来确定刀轴矢量的方向Line End Points-Tool Axis 由参考直线和直线的末端点来确定刀轴矢由参考直线和直线的末端点来确定刀轴矢量方向量方向2 Points 通过两点确定刀轴矢量方向通过两点确定刀轴矢量方向Tool Axis-Tangent to Curve 定义刀轴矢量为曲线的切线定义刀轴矢量为曲线的切线Spherical Coordinates通过球面坐标定义刀轴矢量的方向通过球面坐标定义刀轴矢量的方向Away from Point 通过指定一聚焦点来定义通

25、过指定一聚焦点来定义可变刀轴矢量。它以指定可变刀轴矢量。它以指定的聚焦点为起点，并指向的聚焦点为起点，并指向刀柄所形成的矢量，作为刀柄所形成的矢量，作为可变刀轴矢量。可变刀轴矢量。注意：聚焦点必须位于刀注意：聚焦点必须位于刀具与零件几何希望接触表具与零件几何希望接触表面的另一侧。面的另一侧。Toward Line 用指定的一条直线来定义可变刀轴矢量。定义的可变刀轴用指定的一条直线来定义可变刀轴矢量。定义的可变刀轴矢量沿指定直线的全长，并垂直于直线，且从刀柄指向指矢量沿指定直线的全长，并垂直于直线，且从刀柄指向指定直线。定直线。注意：指定的直线必须位于刀具与零件几何希望接触表面注意：指定的直线必

26、须位于刀具与零件几何希望接触表面的同一侧。的同一侧。Relative to Vector 通过定义相对于矢量的引导角和倾斜角确定刀轴方向通过定义相对于矢量的引导角和倾斜角确定刀轴方向LeadLead：引导角定义刀具沿刀具运动方向朝前或朝后引导角定义刀具沿刀具运动方向朝前或朝后倾斜的角度。倾斜的角度。引导角为正时，刀具基于刀具路径引导角为正时，刀具基于刀具路径的方向朝前倾斜；引导角度为负时，刀具基于刀具的方向朝前倾斜；引导角度为负时，刀具基于刀具路径的方向朝后倾斜。路径的方向朝后倾斜。TiltTilt：倾斜角度定义刀具相对于刀具路径往外倾斜的倾斜角度定义刀具相对于刀具路径往外倾斜的角度。沿刀具路

27、径看，倾斜角度为正，使刀具往刀角度。沿刀具路径看，倾斜角度为正，使刀具往刀具路径右边倾斜；倾斜角度为负，使刀具往刀具路具路径右边倾斜；倾斜角度为负，使刀具往刀具路径左边倾斜。与引导角度不同，倾斜角度总是固定径左边倾斜。与引导角度不同，倾斜角度总是固定在一个方向，并不依赖于刀具运动方向。在一个方向，并不依赖于刀具运动方向。Normal to Part 可变刀轴矢量在每一个接触点处垂直于零件几何表面。可变刀轴矢量在每一个接触点处垂直于零件几何表面。Relative to Part-Tool Axis 通过指定引导角和倾通过指定引导角和倾斜角，来定义相对于斜角，来定义相对于零件几何表面法向矢零件几何

28、表面法向矢量的可变刀轴矢量。量的可变刀轴矢量。右图所示为右图所示为 引导角引导角2020度度 倾斜角倾斜角0 0度度4-Axis Normal to Part 通过指定旋转轴（即通过指定旋转轴（即第四轴）及其旋转角第四轴）及其旋转角度来定义刀轴矢量。度来定义刀轴矢量。即刀轴先从零件几何即刀轴先从零件几何表面法向投射到旋转表面法向投射到旋转轴的法向平面，然后轴的法向平面，然后基于刀具运动方向朝基于刀具运动方向朝前或朝后倾斜一个旋前或朝后倾斜一个旋转角度。转角度。4-Axis Relative to Part 通过指定第四轴及其通过指定第四轴及其旋转角度、引导角度旋转角度、引导角度与倾斜角度来定义

29、刀与倾斜角度来定义刀轴矢量。即先使刀轴轴矢量。即先使刀轴从零件几何表面法向、从零件几何表面法向、基于刀具运动方向朝基于刀具运动方向朝前或朝后倾斜引导角前或朝后倾斜引导角度与倾斜角度，然后度与倾斜角度，然后投射到正确的第四轴投射到正确的第四轴运动平面，最后旋转运动平面，最后旋转一个旋转角度。一个旋转角度。Dual 4-Axis on Part-Tool Axis 只能用于只能用于ZigZig-ZagZag切削方法，而切削方法，而且分别对且分别对ZigZig方向与方向与ZagZag方向进方向进行切削。行切削。通过指定第四轴及其旋转角度、通过指定第四轴及其旋转角度、引导角度与倾斜角度来定义刀引导角度

30、与倾斜角度来定义刀轴矢量。即分别在轴矢量。即分别在ZigZig方向与方向与ZagZag方向，先使刀轴从零件几何方向，先使刀轴从零件几何表面法向、基于刀具运动方向表面法向、基于刀具运动方向朝前或朝后倾斜引导角度与倾朝前或朝后倾斜引导角度与倾斜角度，然后投射到正确的第斜角度，然后投射到正确的第四轴运动平面，最后旋转一个四轴运动平面，最后旋转一个旋转角度。旋转角度。注意：若在注意：若在ZigZig方向与方向与ZagZag方向方向指定不同的旋转轴进行切削，指定不同的旋转轴进行切削，实际上就产生五轴切削操作。实际上就产生五轴切削操作。Interpolate-Tool AxisInterpolate-To

31、ol Axis 通过在指定点定义矢量来通过在指定点定义矢量来控制刀轴矢量。也可用来控制刀轴矢量。也可用来调整刀轴，以避免刀具悬调整刀轴，以避免刀具悬空或避让障碍物。空或避让障碍物。根据创建光顺刀轴运动的根据创建光顺刀轴运动的需要，可以从驱动曲面上需要，可以从驱动曲面上的指定位置处，定义出任的指定位置处，定义出任意数量的矢量，然后将按意数量的矢量，然后将按定义的矢量，在驱动几何定义的矢量，在驱动几何上的任意点处插补刀轴。上的任意点处插补刀轴。指定的矢量越多，对刀轴指定的矢量越多，对刀轴就有越多的控制。就有越多的控制。Normal to Drive 在每一个接触点处，创建垂直于驱动曲面的在每一个接

32、触点处，创建垂直于驱动曲面的可变刀轴矢量。可变刀轴矢量。Tool Axis-Swarf Drive 用驱动曲面的直纹线用驱动曲面的直纹线来定义刀轴矢量。来定义刀轴矢量。可以使刀具的侧刃加可以使刀具的侧刃加工驱动曲面，而刀尖工驱动曲面，而刀尖加工零件几何表面，加工零件几何表面，此事驱动曲面引导刀此事驱动曲面引导刀具侧刃，零件几何表具侧刃，零件几何表面引导刀具。面引导刀具。如果驱动曲面是三角形时，如果驱动曲面是三角形时，可能引起刀具倾斜，因为可能引起刀具倾斜，因为在驱动曲面的顶角处，不在驱动曲面的顶角处，不能产生矩形网格状驱动点。能产生矩形网格状驱动点。如果拐角或圆角半径小于如果拐角或圆角半径小于

33、刀具半径，会使刀具不能刀具半径，会使刀具不能沿整个驱动曲面直纹线切沿整个驱动曲面直纹线切削。图中在刀具侧刃沿驱削。图中在刀具侧刃沿驱动曲面动曲面A A完成直纹切削运完成直纹切削运动前，刀尖已经与驱动曲动前，刀尖已经与驱动曲面面B B接触，这就可能导致接触，这就可能导致在刀具与驱动曲面在刀具与驱动曲面B B相切相切时（即刀具侧刃加工曲面时（即刀具侧刃加工曲面B B），），在刀轴方向有突然在刀轴方向有突然的切入，从而引起过切。的切入，从而引起过切。Relative to Drive-Tool Axis 通过指定引导角与倾斜角，来定义相对于通过指定引导角与倾斜角，来定义相对于驱动曲面法向矢量的可变刀

34、轴矢量。驱动曲面法向矢量的可变刀轴矢量。4-Axis Normal to Drive 通过指定旋转轴（即第四轴）及其旋转通过指定旋转轴（即第四轴）及其旋转角度来定义刀轴矢量。即刀轴先从驱动曲角度来定义刀轴矢量。即刀轴先从驱动曲面法向、旋转到旋转轴的法向平面，然后面法向、旋转到旋转轴的法向平面，然后基于刀具运动方向朝前或朝后倾斜一个旋基于刀具运动方向朝前或朝后倾斜一个旋转角度。转角度。4-Axis Relative to Drive 通过指定第四轴及其旋转角度、引导角度与倾斜角度来定义刀轴矢量。即先使刀轴从驱动曲面法向、基于刀具运动方向朝前或朝后倾斜引导角度与倾斜角度，然后投射到正确的第四轴运动

35、平面，最后旋转一个旋转角度。Dual 4-Axis on Drive 通过指定第四轴及其旋转角度、引导角度与倾斜角度来定义刀轴矢量。即分别在Zig方向与Zag方向，先使刀轴从驱动曲面法向、基于刀具运动方向朝前或朝后倾斜引导角度与倾斜角度，然后投射到正确的第四轴运动平面，最后旋转一个旋转角度。注意：若在Zig方向与Zag方向指定不同的旋转轴进行切削时，实际上就产生五轴切削操作。Pro/E五轴加工刀具轴线控制方式简介Points on Surface 曲曲面面上上的的点点：选选取取在在其其上上定定义义刀刀轴轴方方向向的的点点；在在所所选选取取的的点点之之间间的的区区域域中中，Pro/NCPro/N

36、C将将逐逐步步插插入入 正正 确确 的的 刀刀 轴轴 方方 向向。如如 果果 已已 为为 参参 数数LEAD_ANGLELEAD_ANGLE和和TILT_ANGLETILT_ANGLE指指定定了了值值，则则插插入入缺缺省省刀刀轴轴方方向向时时将将不不考考虑虑这这些些值值，但但在在计计算算后后它它们们将将被被增增加加到到该该值值中中，或或从从该该值值中中减减掉掉。对对于于切切 削削 线线（CutlineCutline）加加 工工，也也 可可 沿沿 切切 削削 线线（cutlinescutlines）定义刀轴方向定义刀轴方向1 1：使使用用【EdgeEdge】和和【Along Along Z Z

37、DirDir】创创建建的的轴轴定义。定义。2 2：使用【：使用【LocationLocation】和【和【Datum AxisDatum Axis】创建创建的轴定义。的轴定义。Pivot Point中枢点：选取或创建要作为刀具旋转点的基中枢点：选取或创建要作为刀具旋转点的基准点。加工曲面时，刀具轴将始终通过此点。准点。加工曲面时，刀具轴将始终通过此点。Pivot Axis 中枢轴：同下面要介绍的中枢曲线相似，中枢轴：同下面要介绍的中枢曲线相似，加工曲面时，刀具轴将始终通过中枢轴上加工曲面时，刀具轴将始终通过中枢轴上的某些点。一般只能用球头端铣刀。的某些点。一般只能用球头端铣刀。Pivot Cu

38、rve 中枢曲线。选取要用于引导刀轴的边或曲线的开放或封闭环。加工曲面时，刀具轴将始终通过中枢曲线上的某些点。组成中枢曲线的所有图元互相之间必须相切。可使系统自动将刀具路径与中枢曲线同步或定义自己的同步。一般只能用球头端铣刀。第四节第四节.五轴联动加工编程的五轴联动加工编程的后置处理方法后置处理方法4.1 4.1 后置处理任务与流程后置处理任务与流程后置处理任务与流程后置处理任务与流程4.2 4.2 多坐标机床的结构形式与理想状态下的运动求多坐标机床的结构形式与理想状态下的运动求多坐标机床的结构形式与理想状态下的运动求多坐标机床的结构形式与理想状态下的运动求解算法解算法解算法解算法4.3 4.

39、3 任意运动结构的机床运动学建模与求解任意运动结构的机床运动学建模与求解任意运动结构的机床运动学建模与求解任意运动结构的机床运动学建模与求解4.4 4.4 非线性运动误差校核与处理非线性运动误差校核与处理非线性运动误差校核与处理非线性运动误差校核与处理4.54.5进给速度的校核与修正进给速度的校核与修正进给速度的校核与修正进给速度的校核与修正4.6 4.6 通用后置处理系统原理通用后置处理系统原理通用后置处理系统原理通用后置处理系统原理4.7 4.7 UGUG后置处理过程简介后置处理过程简介后置处理过程简介后置处理过程简介后置处理任务与流程后置处理任务与流程 1.1.机床运动求解机床运动求解2

40、.2.非线性运动误差校核非线性运动误差校核与处理与处理3.3.进给速度的校核与修进给速度的校核与修正正4.4.数控加工程序生成数控加工程序生成后置处理流程框图 多坐标机床的结构形式多坐标机床的结构形式五坐标机床的结构类型：五坐标机床的结构类型：1.刀具摆动型刀具摆动型 2.工作台回转/摆动型 3.刀具与工作台回转/摆动型 理想状态下的运动求解算法理想状态下的运动求解算法（1）工作台回转工作台回转/摆动型数控机床运动求解摆动型数控机床运动求解工作台回转/摆动型(A-C)结构图 工作台回转/摆动型结构的运动链工作台回转/摆动型 结构的坐标系理想状态下的运动求解算法理想状态下的运动求解算法（2）刀具

41、回转/摆动型五坐标机床运动求解刀具回转/摆动型(B-A)结构图刀具回转/摆动型结构的坐标系理想状态下的运动求解算法理想状态下的运动求解算法（3）刀具与工作台回转/摆动型机床运动求解A-B配置的五坐标机床结构图 刀具与工件回转/摆动型的坐标系理想状态下的运动求解算法理想状态下的运动求解算法（4）运动求解的实现要满足以下条件：运动求解的实现要满足以下条件：1.1.对于工作台回转对于工作台回转/摆动型，必须在工件装夹好后通过测摆动型，必须在工件装夹好后通过测量确定两回转量确定两回转/摆动轴交点在工件坐标系中的位置矢量。摆动轴交点在工件坐标系中的位置矢量。2.2.对于刀具回转对于刀具回转/摆动型，必须

42、通过测量确定有效的刀具摆动型，必须通过测量确定有效的刀具长度，即回转轴与刀具轴线的交点到刀位点的距离，它可长度，即回转轴与刀具轴线的交点到刀位点的距离，它可以看成是刀位点总的摆动半径。以看成是刀位点总的摆动半径。3.3.对于刀具与工作台回转对于刀具与工作台回转/摆动型机床，既要通过测量确摆动型机床，既要通过测量确定有效的刀具长度，又要在工件装夹好后通过测量确定工定有效的刀具长度，又要在工件装夹好后通过测量确定工作台回转作台回转/摆动轴线上一点在工件坐标系中的位置矢量。摆动轴线上一点在工件坐标系中的位置矢量。任意运动结构的机床运动学建模与求解任意运动结构的机床运动学建模与求解运动结构的建模运动结

43、构的建模（1）运动结构的通用模型运动结构的通用模型 ：1.1.构成运动链的坐标轴数目不限构成运动链的坐标轴数目不限。但其中联动轴数不超过五个。但其中联动轴数不超过五个(三平动加两转动三平动加两转动)，其余轴则，其余轴则称为辅助轴；称为辅助轴；2.2.各平动轴的运动方向和转动轴各平动轴的运动方向和转动轴的轴线可以不与机床标准坐标的轴线可以不与机床标准坐标系的坐标轴平行，各转动轴的系的坐标轴平行，各转动轴的轴线可相互不垂直；轴线可相互不垂直；3.3.对于定、动轴结构，两回转轴对于定、动轴结构，两回转轴线可不相交于一点；线可不相交于一点；4.4.刀具轴线与作用在刀具上的转刀具轴线与作用在刀具上的转动

44、轴轴线可不相交于一点。动轴轴线可不相交于一点。运动结构通用模型任意运动结构的机床运动学建模与求解任意运动结构的机床运动学建模与求解运动结构的建模运动结构的建模（2）运动结构模型的建立运动结构模型的建立 ：1.1.运动链构成的定义运动链构成的定义2.2.运动轴方向的定义运动轴方向的定义五轴五联动双转台机床任意运动结构的机床运动学建模与求解任意运动结构的机床运动学建模与求解运动关系的建模（运动关系的建模（1）坐标体系的建立：1.与刀具固联的刀具坐标系，其原点在刀位点上。2.与工件固联的工件坐标系，它由零件几何建模时确定。3.与各运动副动构件固联的运动构件坐标系。任意运动结构的机床运动学建模与求解任

45、意运动结构的机床运动学建模与求解运动关系的建模（运动关系的建模（2）相邻坐标系间的变换矩阵：为由坐标系之间的初始位置关系决定的平移变换矩阵，为坐标系 的原点在坐标系 中的位矢，为坐标系随其运动副动构件沿或绕相对初始位置运动的变换矩阵 坐标体系任意运动结构的机床运动学建模与求解任意运动结构的机床运动学建模与求解运动关系的建模（运动关系的建模（3）刀具坐标系到工件坐标系间的变换矩阵刀具坐标系到工件坐标系间的变换矩阵 ：确定刀具坐标系到工件坐标确定刀具坐标系到工件坐标系的变换矩阵，实际上只需要系的变换矩阵，实际上只需要知道各转动副坐标系之间、刀知道各转动副坐标系之间、刀具坐标系和与其相邻的转动副具坐

46、标系和与其相邻的转动副坐标系之间以及工件坐标系和坐标系之间以及工件坐标系和与其相邻的转动副坐标系之间与其相邻的转动副坐标系之间的初始位置关系的初始位置关系 、和、和 共共MM+1+1个位置矢量。个位置矢量。双转台机床初始位置关系任意运动结构的机床运动学建模与求解任意运动结构的机床运动学建模与求解运动关系的建模（运动关系的建模（4）通用运动学模型：任意运动结构的建模过程任意运动结构的机床运动学建模与求解任意运动结构的机床运动学建模与求解机床运动求解机床运动求解1.转动运动求解 计算参与联动控制的转动轴的运动量。2.平动运动求解 计算参与联动控制的三个平动轴的运动位移。非线性运动误差校核与处理非线

47、性运动误差校核与处理当机床各运动轴在各程序段当机床各运动轴在各程序段内作线性插补运动时，其运内作线性插补运动时，其运动的合成将使刀位点的运动动的合成将使刀位点的运动轨迹偏离直线，由此将可能轨迹偏离直线，由此将可能使实际加工误差过大，称为使实际加工误差过大，称为机床非线性运动加工误差。机床非线性运动加工误差。一般在后置处理过程中根据一般在后置处理过程中根据机床运动结构与尺寸对其进机床运动结构与尺寸对其进行校核行校核该误差校核过程只能是近似该误差校核过程只能是近似的的非线性运动误差描述进给速度的校核与修正进给速度的校核与修正(1)概念：根据机床各轴的速度、根据机床各轴的速度、加速度与平稳性等要求加

48、速度与平稳性等要求对各程序段的合成进给对各程序段的合成进给速度进行校核，对指令速度进行校核，对指令的进给速度给予必要的的进给速度给予必要的修调并采取一定的措施修调并采取一定的措施实现进给速度的平滑过实现进给速度的平滑过渡，从而确定出随加工渡，从而确定出随加工轨迹变化的有效进给速轨迹变化的有效进给速度曲线。度曲线。有效进给速度曲线概念进给速度的校核与修正进给速度的校核与修正表面合成切削进给速度与坐标轴运动速度各轴速度与指令合成进给速度的关系为：为刀位点位移增量，为机床各轴的位移增量，为记该程序段的指令进给速度，为机床各轴的运动速度 进给速度的校核与修正进给速度的限制进给速度的校核与修正进给速度的

49、限制1.1.运动轴最大速度限制运动轴最大速度限制2.2.程序段转接处最大速程序段转接处最大速度变化限制度变化限制 3.3.减速程序段长度对其减速程序段长度对其进给速度的限制进给速度的限制刀具轨迹实例 有效进给速度曲线 通用后置处理系统原理（通用后置处理系统原理（1）后置处理通用化的输入信息及其要求：后置处理通用化的输入信息及其要求：1.1.刀位文件刀位文件 将刀位文件中的内容转换为用于具将刀位文件中的内容转换为用于具体数控机床的加工程序体数控机床的加工程序 2.2.数控系统特性文件告诉后置处理系统如何把数控系统特性文件告诉后置处理系统如何把刀位文件的内容转换成适合于具体数控机床的数刀位文件的内

50、容转换成适合于具体数控机床的数控加工程序控加工程序 3.3.数控机床特性文件描述机床运动结构形式、数控机床特性文件描述机床运动结构形式、运动结构参数运动结构参数(包括结构误差包括结构误差)、运动轴行程、最、运动轴行程、最大速度及加速度等的文件大速度及加速度等的文件 通用后置处理系统原理（通用后置处理系统原理（2）通用后置处理系统的实现UG后置处理过程简介UGS180后置处理配置过程简要说明 1.利利用用UGS180UGS180提提供供的的后后置置处处理理配配置置程程序序可可以以生生成成新新的的后后置置处处理理配配置置文文件件，后后置置处处理理配配置置批批处处理理程程序序在在目目录录“ugs18