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1、 第二章 多轴加工刀轴控制设置多轴定位加工是在工件坐标系下将刀轴指向相对于机床Z轴倾斜后形成的固定轴指向来进行加工的，在加工过程中，刀轴指向始终是固定不变的，当用户坐标系定义好后，刀轴指向就固定于用户坐标系的Z轴平行（也就是默认的竖直刀轴控制方式），因此多轴定位加工实际上不存在刀轴的控制问题。另一方面如果在加工过程中需要刀轴根据被加工对象作出即时的指向调整，就需要在刀具路径中控制刀轴的指向，从而编制出五轴联动的加工刀具路径。2.1多轴加工刀轴介绍1、控制刀轴的作用刀轴控制是编程时必须要考虑的一项内容，它是多轴加工的核心内容，也是衡量CAM软件多轴加工编程功能丰富与否的主要指标之一，用于控制机床
2、两个旋转轴在切削过程中的运动方式，合理设置刀轴可以生成简洁、安全的多轴路径，大大提高零件的加工精度和切削效率，用户必须根据实际加工零件特点灵活选择刀轴控制方式。刀轴具体作用有以下几个方面：(1)改变刀轴方向，使刀具能够进入一些带有负角等难以加工的区域进行加工；(2)减少刀具的夹持长度，在有限有效刀长下，增加切削深度范围；(3)改变刀具路径形状，使加工过程更顺畅，提高加工效率；(4)改变刀具切削状态，提高加工面质量。2、刀轴方向在做多轴路径编程前一定要明确刀轴的方向，ES-SurfMill6.0软件定义的刀轴方向是由刀尖指向刀柄。图2-1刀轴方向2.2刀轴控制方式在【刀具路径参数】里的【刀轴方向
3、】中，用户可以根据编程要求选择相应的刀轴控制方式。图2-2刀轴控制方式表1 ES-SurfMill6.0软件刀轴控制一览刀轴控制方式说明实际举例竖直刀轴方向保持与当前刀具平面的Z轴方向相同。使用螺旋路径加工车灯曲面法向刀轴方向始终沿着切削位置的曲面法向。眼镜盒表面刻字沿切削方向倾斜刀轴方向和切削方向或切削方向的侧向成一定的角度使用前倾角加工叶片面，避免刀尖切削由点起始刀轴方向始终从某个几何点指向加工面上的点，这个几何点在加工曲面的下面使用下部一点控制刀轴加工车灯指向点刀轴方向始终是从某一个点指向面上的点，点在面的上部通过上部一点控制刀轴加工钵盂凹腔由曲线起始加工过程中，刀轴方向从倾斜曲线指向加
4、工曲面，曲线在加工面的下面通过底部曲线控制刀轴方向，加工医用锉刀指向曲线加工过程中，刀轴方向的倾斜程度受曲线控制，曲线在加工面得上面使用特殊刀具加工弯管内腔，通过红色曲线控制刀轴方向固定方向加工过程中，刀轴始终指向用户指定的方向固定方向，定位加工换能器与指定轴成一固定角度刀轴方向将始终与用户指定轴成一定定角度，并且刀轴总是与固定轴相交与Z轴成一定角度加工红酒瓶盖五轴线方向刀轴方向与五轴曲线上对应点的方向相同通过红色五轴曲线控制刀轴加工叶轮叶片过指定直线该刀轴控制方式只在五轴钻孔加工中可以使用。选择该方式，刀轴将通过钻孔点的直线通过直线控制刀轴加工表壳镶钻孔自动系统通过曲面几何特征自动控制刀轴方
5、向自动控制刀轴加工香水瓶2.2.1 竖直这是三轴加工时默认的刀轴控制方式，刀轴方向始终保持与当前刀具平面的Z轴方向相同。在一些场合可以选择竖直刀轴控制方式可以使用多轴加工方法生成三轴的加工路径 ，满足加工需要。图2-3竖直刀轴控制方式2.2.2 曲面法向刀轴方向始终沿着切削位置的曲面法向。换句话说，在切削过程中刀轴始终指向导动面法向。曲面法向是多轴加工中最常使用的刀轴控制方式。图2-4曲面法向刀轴控制方式2.2.3 沿切削方向倾斜选择该方式，用户可以定义刀轴沿着切削方向相对于初始刀轴倾斜一定的角度。图2-5沿切削方向倾斜刀轴控制方式沿切削方向倾斜角度是相对初始刀轴方向而言的，初始刀轴方向分为曲
6、面法向、固定方向、竖直三种，在编程时用户可以根据需要进行选择。具体内容可分别参考相应的刀轴控制方式。图2-6初始刀轴方向类型注意：在多轴侧铣加工中，初始刀轴除了竖直、固定方向外，还包括曲面流线方向、垂直于底边曲线和垂直于切削方向三种方向。图2-7侧铣功能中的初始刀轴方向类型参数说明图例曲面流线方向选择该方式，刀轴方向将沿着曲面流线方向。垂直于底边曲线选择该方式，刀轴方向将垂直于底部边界曲线。垂直于切削方向选择该方式，刀轴方向将垂直于切削方向。确定初始方向后，按要求设置倾斜角度。倾斜角度分为前倾角和侧倾角两种。具体参数见下表。参数说明图例前倾角度该参数控制刀轴沿切削方向相对初始刀轴向前或向后倾斜
7、的角度。 前倾方向是依据切削方向判定的。前倾角度为正时，刀具沿着切削方向向前倾斜；前倾角度为负时，刀具沿着切削方向向后倾斜；双向往复切削时，倾斜方向与单向切削时保持一致。典型情况下是将刀轴前倾用于避免球头刀在切削浅滩表面区域时，刀具的切削点发生在球刀的刀尖点（线速度为零的点，也称静点），一般前倾角度设置为15度。侧倾角度该参数控制刀轴沿切削方向相对初始刀轴向左或向右倾斜的角度。 倾斜方向依据右手定则判定。沿切削方向看，侧倾角度为正时，刀具向右倾斜；侧倾角度为负时，刀具向左倾斜；双向往复切削时，倾斜方向判定与单向切削时一致。设置侧倾角有两个作用，一是用于避免在铣削零件陡峭侧壁时，刀具与工件发生碰
8、撞；二是当刀具从零件的浅滩区域铣刀陡峭区域时（为爬坡式的铣削），允许使用小直径刀具代替大直径刀具来进行铣削。通常情况下，设置侧倾角是为了避免刀具夹持与工件发生碰撞。曲面流线校正刀轴方向选择该参数，使用曲面流线对刀轴进行校正，可以使刀轴沿着曲面的流线方向侧倾，这样加工时刀轴运动更加流畅，残料更小。 用底部边界的刀轴方向选择该参数，将使用与切削位置参数对应的底部边界的刀轴方向。2.2.4 由点起始使用该刀轴控制方式，刀轴方向始终由指定点指向路径点，在加工过程中刀轴的角度是连续变化的。由点起始这种刀轴控制方式适用于凸模型的加工，特别是带有陡峭凸壁、负角面的零件的加工。图2-8由点起始刀轴控制方式参数
9、说明图例点该参数控制指定点的位置，用户可以通过以下两种方式设置点的位置：(1)用户可以通过（X，Y，Z）设置点的坐标。(2)通过点击拾取指定点位置。 侧倾角度该参数控制刀轴沿切削方向相对初始刀轴向左或向右倾斜。 注意：指定点必须位于刀具与加工面接触点的另一侧。2.2.5指向点 使用该刀轴控制方式，刀轴方向始终由路径点指向指定点，与由点起始正好相反，在加工过程中刀轴的角度也是连续变化的。这种刀轴控制方式适用于凹模型的加工，特别是带有型腔、负角面的凹模零件。图2-9指向点刀轴控制方式参数说明图例点该参数控制指定点的位置，用户可以通过以下两种方式设置点的位置：(1)用户可以通过（X，Y，Z）设置点的
10、坐标。 (2)通过点击拾取指定点位置。侧倾角度该参数控制刀轴沿切削方向相对初始刀轴向左或向右倾斜。 注意：指定点必须位于刀具与加工面接触点的同侧。2.2.6 指向曲线使用该刀轴控制方式，加工过程中刀轴始终与刀轴曲线相交，刀轴方向由路径点指向刀轴曲线上的点。该刀轴控制方式适合加工管道类或叶轮根部时的刀轴控制 。图2-10指向曲线刀轴控制方式参数对应方式参数用来控制刀具路径与刀轴曲线的对应方式，包括最近距离对应、U向参数对应、V向参数对应三种方式。图2-11参数对应方式方式说明图例最近距离对应刀轴始终通过刀轴曲线，刀尖点与刀轴曲线保持最近距离。U向参数对应选择该方式，刀具路径点沿U方向与刀轴曲线参
11、数对应。V向参数对应选择该方式， 刀具路径点沿V方向与刀轴曲线参数对应。注意：（1）刀轴曲线必须位于刀具与加工面接触点的同侧；（2）刀轴曲线通常为一根光滑的单条曲线。（3）可以通过侧倾角度参数设置倾斜角度。图2-12倾斜角度2.2.7由曲线起始使用该刀轴控制方式，加工过程中刀轴始终与刀轴曲线相交，刀轴方向由刀轴曲线上的点指向路径点。图2-13由曲线起始刀轴控制方式参数对应方式参数用来控制刀具路径与刀轴曲线的对应方式，包括最近距离对应、U向参数对应、V向参数对应三种方式。图2-14参数对应方式方式说明图例最近距离对应刀尖点与刀轴曲线始终保持最近距离。U向参数对应刀具路径点沿U方向与刀轴曲线参数对
12、应。V向参数对应刀具路径点沿V方向与刀轴曲线参数对应。注意：（1）刀轴曲线必须位于刀具与加工面接触点的另一侧；（2）刀轴曲线通常为一根光滑的单条曲线。（3）可以通过侧倾角度参数设置倾斜角度。图2-15倾斜角度2.2.8固定方向选择该方式，刀轴始终指向用户指定的固定方向，类似建立一个坐标系，做三轴加工。图2-16固定方向刀轴控制方式该参数控制指定的方向，用户可以通过以下两种方式设置方向：（1）通过（I，J，K）设置指定轴方向； （2）通过点击拾取一个指定轴方向。图2-17方向设置2.2.9与指定轴成一定角度根据倾斜角度定义方式不同，与指定轴成一定角度分为固定值和分段设置两种刀轴控制方式。 图2-
13、18与指定轴成一定角度刀轴控制方式2.2.9.1 固定值选择该方式，刀轴方向将始终与用户指定轴成固定角度，并且刀轴总是与固定轴相交。这种刀轴控制方式，加工时表现为主动轴转到一个固定角度后不动，旋转轴参与连续加工，即四轴半加工。图2-19固定值方式参数说明图例点该参数控制指定轴的位置，用户可以通过以下两种方式设置点的位置： (1)用户可以通过（X，Y，Z）设置点的坐标；(2)通过点击拾取指定点位置。方向该参数控制指定轴的方向，用户可以通过以下两种方式设置方向：(1)通过（I，J，K）设置指定轴方向；(2)通过点击拾取一个指定轴方向。倾斜角度该参数控制刀轴相对指定轴的倾斜角度。 2.2.9.2 分
14、段设置选择该方式，用户可以通过定义在几个参数位置点刀轴相对指定轴的倾斜角度分段控制刀轴，段间刀轴采用渐变方式过渡。通过定义在几个位置点刀轴相对指定轴的倾斜角度分段控制刀轴，段间刀轴采用渐变方式过渡，图2-20分段设置方式参数说明图例点该参数控制指定轴的位置，用户可以通过以下两种方式设置点的位置： (1)用户可以通过（X，Y，Z）设置点的坐标。(2)通过点击拾取指定点位置。方向该参数控制指定轴的方向，用户可以通过以下两种方式设置方向： (1)通过（I，J，K）设置指定轴方向；(2)通过点击拾取一个指定轴方向。倾斜角度变化方式该参数控制分段设置倾斜角度时，倾斜角度的变化方式。沿U向变化选择该方式，将沿U向分段设置刀轴相对指定轴角度。沿V向变化选择该方式，将沿V向分段设置刀轴相对指定轴角度。倾斜角度设置个数用户可以根据需要设置倾斜角度参数位置点个数。第n点用户可以设置每一个点的参数位置和倾斜角度。2.2.10 五轴线方向选择该方式，刀轴方向将与五轴曲线上对应点的方向相同。图2-21五轴线方向刀轴控制方式参数说明图例参数对应方式该参数控制刀具路径与五轴曲线的对应方式，详细说明请参照参数对应方式。优先经过
