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，五軸聯(lián)動機(jī)床應(yīng)用較廣泛。五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床的特點：(1)加工過程中刀具角度可以隨時調(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)動方式采用直線電機(jī)驅(qū)動田。同時，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發(fā)實現(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)過多道工序才能完成加工，因工序多，需要多次對刀，容易造成多次對刀和測量誤差，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剛。

　　采用五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床加工，因其主軸可以實現(xiàn)一定角度的擺動，其采用球頭刀具加工型腔時，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，其加工出來的零件表面精度高，往往可以通過精加工就能達(dá)到圖紙要求，而無需再進(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，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。驅(qū)動方式：曲面區(qū)域驅(qū)動。指定切削步長為“公差”，設(shè)置切削步長的內(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“相對于驅(qū)動”，設(shè)定前傾角為15°，設(shè)定側(cè)傾角為30°，勾選“應(yīng)用光順”。指定投影方向為刀軸。

　　(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)動方式：表面積驅(qū)動方式。切削模式：螺旋。步距采用“殘余高度”，殘余高度為0.001mm，切削步長的內(nèi)外公差為0.005mm。如表1所示。

(4)在加工過程中由于有較小的加工區(qū)域，如果采用一次開粗到位，就得使用直徑較小的圓角刀，這會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)行開粗，再選用相對較小的圓角刀半精加工，這樣就能保證精加工時的加工余量均勻。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)多軸編程是通過驅(qū)動曲面或驅(qū)動曲線按照一定的方法策略產(chǎn)生相應(yīng)驅(qū)動點，然后把驅(qū)動點按照相關(guān)的投影方法投影到被加工的工件表面，再按照規(guī)則來生成刀具路徑的。通過反復(fù)加工實踐證明，吹塑模具加工驅(qū)動方案：半精加工，采用曲面區(qū)域驅(qū)動方式。精加工，采用的是表面積驅(qū)動方式。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)動曲面制作時也較簡單。

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，要對兩根旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行專門定義。DMU60monoBLOCK五軸五聯(lián)動數(shù)控加工中心有X、Y、Z三個直線軸和B、C兩個旋轉(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 后置處理器的開發(fā)

　　目前，UG后置處理器有二種開發(fā)模式：

　　(1)利用UG_POSTBUILD模塊，對特定機(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)范及其運動方式，計算出軌跡輪廓點的坐標(biāo)公式，開發(fā)專用機(jī)床的后置處理器。

針對DMU-60 MonoBLOCK 5軸聯(lián)動機(jī)床專用的后置處理器開發(fā)的相關(guān)過程，主要是按第一種方法進(jìn)行開發(fā)。

　　(1)開發(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)很大時就可能會使B軸反方向的旋轉(zhuǎn)。而且，在B軸反向旋轉(zhuǎn)時，有可能會導(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)控程序開始部分、刀軌移動部分、程序結(jié)束部分。

　　①進(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N打開，程序頭開始符“％”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：定義從操作開始到第一個切削運動之間的事件。每一個操作都有自動換刀。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)床運動和循環(huán)加工等事件Machine Control機(jī)床控制：控制卻液主軸刀號刀補(bǔ)等事件。

③設(shè)置自動換刀信息：在Program&ToolPath中的Program子頁中選擇“Operation Start Sequence”。在下拉窗13中的CustomCommand添加到“AutoToolChange”節(jié)點中TM06和T之間，更改對話框上方的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”運動：定義刀軌的GOTO語句。LinearMove直線運動切削進(jìn)刀等；Circle Move圓弧運動處圓弧插補(bǔ)的刀軌；Rapid Move快速運動。

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

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

　　3.3 后置處理刀位程序與仿真校驗

　　將自動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，對程序進(jìn)行仿真校驗。UG中自建一個與實際結(jié)構(gòu)一致的轉(zhuǎn)臺+擺頭式五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床，把吹塑模型按照實際在機(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，確保程序運行可靠，如圖9所示。

4 工程應(yīng)用

　　通過運用UG軟件能很好實現(xiàn)吹塑模具零件的建模及程序生成，并通過DMU-60 MonoBLOCK五軸聯(lián)動機(jī)床實現(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)用于其他型號的飲料瓶吹塑模具(一模多腔)的五軸聯(lián)動數(shù)控加工，如圖10所示。實踐證明，加工方案能為企業(yè)實現(xiàn)塑料瓶吹塑模具零件的高效率、高精度加丁，對企業(yè)降低生產(chǎn)成本和加快新產(chǎn)品開發(fā)都具有重大的理論和現(xiàn)實意義。