梁丰，吕辉

（河源职业技术学院，广东河源517000）

基于PowerMill的蜘蛛五轴数控加工

梁丰，吕辉

（河源职业技术学院，广东河源517000）

分析了蜘蛛的结构特点，介绍PowerMill的五轴加工技术对蜘蛛的数控编程和加工工艺的规划，并分析了数控编程中加工策略的选择及参数的设置，解决了蜘蛛加工工艺难点，取得了良好的加工效果。

蜘蛛；PowerMill；五轴数控加工

随着模具制造技术的迅速发展，对加工中心的加工能力和加工效率提出了更高的要求，因此多轴数控加工技术得到了空前的发展。多轴数控加工具有代表性的是5轴数控加工。多轴数控加工能同时控制4个以上坐标轴的联动，将数控铣、数控镗、数控钻等功能组合在一起，工件在一次装夹后，可以对多个加工面进行铣、镗、钻等多工序加工，有效地避免了由于多次安装造成的定位误差，能缩短生产周期，提高加工精度[1-2]。本文旨在介绍蜘蛛的加工工艺及加工方法，希望能为企业生产提供相应借鉴。

1 工艺分析

蜘蛛结构如图1所示，主要包括：头部、腰部、尾部和脚等结构。该零件的毛坯尺寸为￠300×60，材料为铝合金，表面光洁度较高，如果在三轴机床上很难一次性把所有的面都加工到位，可能要多次装夹加工，在效率上相对来说会慢很多，并且多次装夹会产生误差，使得工件精度达不到加工效果，通过以上分析，此工件采用五轴加工一次装夹就可以切削加工所有的面。

图1 舍弃式螺旋刀的组成

根据蜘蛛的结构特点，特制订蜘蛛的加工工序为：蜘蛛正反面粗加工→蜘蛛正反面半精加工→蜘蛛头部半精加工→蜘蛛肚子精加工→蜘蛛尾部精加工→蜘蛛腰部1精加工→蜘蛛腰部2精加工→蜘蛛头部1精加工→蜘蛛头部2精加工→蜘蛛头部触须及脚精加工→蜘蛛根部精加工→蜘蛛脚根支撑部位切除。

2 加工准备

2.1 加工设备的选取

根据加工要求及学院实训室现有的条件，选用了五轴数控铣床HY125-1（工业型，操作系统为Lynuc N3数控系统，A/B为轴旋转角度（度）≥+110°/-10°，C轴旋转角度（度）：360°），主轴最高转速为12 000 r/min，机床刚性较好，加工精度稳定，能够满足蜘蛛的加工需要。

2.2 工件的装夹

为了便于加工，需要制作专门的夹具。装夹时，首先将毛坯料加工成如图2所示的形状，并且在毛坯端面上钻4个工艺孔进行螺丝固定到夹具体上（夹具设计如图3所示）。现场装夹效果如图4所示。

图2 毛坯料

图3 夹具

图4 蜘蛛毛坯的装夹

2.3 加工工序及关键工艺参数表

由于蜘蛛的材料为铝合金材料，其硬度较低，切削性较好，另根据模型各加工区域形状和结构特点，对其进行加工工艺分析，确定各加工工序使用的刀具及主要切削参数如表1所示。

表1 加工工序使用刀具及主要切削参数表

3 数控加工工艺的制定与后置处理

本文数控加工工艺的刀路制定是基于PowerMill软件，该软件在实践加工中应用非常广泛。软件功能很强大，可以进行多轴数控加工。本文的多轴加工编程刀路采用了其中比较常用的基本加工策略和多轴加工策略[3-4]。

3.1 数控加工工艺的制定

（1）蜘蛛正反面粗加工，采用“模型区域清除加工”去除余料，留0.3余量进行后续半精加工，生成的刀路如图5所示。

图5 蜘蛛正反面粗加工刀路

（2）蜘蛛正反面半精加工，采用“模型残留区域清除加工”均匀余料，留0.2余量进行后续精加工，生成的刀路如图6所示。

图6 蜘蛛正反面半径加工刀路

（3）蜘蛛头部半精加工，采用“模型残留区域清除加工”均匀余料，留0.1余量进行后续精加工，限界设置如图7曲线，生成的刀路如图7所示。

图7 蜘蛛头部半精加工刀路

（4）蜘蛛肚子精加工，采用“螺旋精加工策略”进行精加工，生成的刀路如图8所示。

图8 蜘蛛肚子精加工刀路

（5）蜘蛛尾部精加工，采用“曲面精加工策略”进行精加工，生成的刀路如图9所示。

图9 蜘蛛尾部精加工刀路

（6）蜘蛛腰部1精加工，采用“放射状精加工策略”进行精加工，生成的刀路如图10所示。

图10 蜘蛛腰部1精加工刀路

（7）蜘蛛腰部2精加工，采用“曲面精加工策略”进行精加工，生成的刀路如图11所示。

图11 蜘蛛腰部2精加工刀路

（8）蜘蛛头部1精加工，采用“曲面精加工策略”进行精加工，生成的刀路如图12所示。

图12 蜘蛛头部1精加工刀路

（9）蜘蛛头部2精加工，采用“曲面精加工策略”进行精加工，生成的刀路如图13所示。

图13 蜘蛛头部2精加工刀路

（10）蜘蛛头部触须及脚精加工，采用“曲面精加工策略”进行精加工，生成的刀路如图14所示。

图14 蜘蛛头部触须及脚精加工精加工刀路

（11）蜘蛛根部精加工，采用“等高精加工策略”进行精加工，生成的刀路如图15所示。

图15 蜘蛛根部精加工刀路

（12）蜘蛛脚根支撑部位切除，采用“参考线精加工策略”进行精加工，生成的刀路如图16所示。

图16 蜘蛛脚根支撑部位切除加工刀路

3.2 后置处理

由于选用的五轴数控机床编程相比三轴数控机床多了一个A/B轴和一个C轴。为了保证加工的安全，编程后还需进行仿真加工和后置处理。各特征刀路路径编程后，需要全部仿真加工进行初步校验，检查是否存有漏切、过切现象，初步检验是否满足加工要求。在仿真软件中进行刀路仿真时，有些安全隐患是看不出的，如夹具对刀具产生的干涉。因此在加工前，必须对机床后置处理和装夹干涉，按实际情况设置。后处理程序必需按照五轴数控机床的实际配置考虑，五轴数控机床的后置处理根据系统和机床型号不同而不同，不同类型的五轴数控机床要根据具体的机床运动轴配置（绕哪个轴为旋转轴）、数控系统和机床型号、工作台的行程等因素编制适合具体机床型号的后处理选项文件，这样产生的NC代码才能使用，否则刀路会产生乱刀，出现主轴与零件、机床相碰撞的情况[5]。

4 加工效果

按上述工艺参数设置，经试切、干涉检查确认无误后进入实体的加工阶段，加工完成的蜘蛛如图17所示。其精度都达到了使用要求。

图17 加工完成的蜘蛛

5 结束语

通过对蜘蛛的结构特点进行分析，确定了其装夹方案。并通过PowerMill的五轴加工技术对蜘蛛的数控编程和加工工艺的进行了规划，确定了加工刀具及加工参数，加工程序经仿真加工及后置处理，顺利完成了蜘蛛的加工任务，取得了良好的加工效果。

[1]吕辉，廖晓明．多轴加工编程实例教程[M]．西安：西北工业大学出版社，2016.

[2]张喜江．多轴数控加工中心编程与加工技术[M]．北京：化学工业出版社，2014.

[3]寇文化．数控铣多轴加工工艺与编程[M]．北京：化学工业出版社，2015.

[4]高长银．UG NX 8.5多轴数控加工典型实例详解[M]．2版.北京：机械工业出版社，2014.

[5]朱克忆，彭劲枝．PowerMILL多轴数控加工编程实用教程[M]．2版.北京：机械工业出版社，2015.

Four-Axes CNC Machining of Abandoning Type Spiral Cutting Blade Based on PowerMill

LIANG Feng，LV Hui
（Heyuan Polytechnic，Heyuan Guangdong 517000，China）

The structural characteristics of spider was analyzed in this paper.This paper also introduced the CNC programming and the planning of processing technology for Spider applying the five-axes NC technology based on PowerMill.The CNC machining programming choices and parameter settings were also analyzed in this paper.The processing technology difficulties were solved and a good machining results were achieved.

spider；PowerMill；five-axes cnc machining

TG659

A

1672-545X（2017）06-0105-03

2017-03-08

梁丰（1978-），男，黑龙江密山人，讲师，本科，主要研究方向：机电产品设计与制造。