(完整PPT)高速多轴加工经典举例
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高速切削加工技术 ppt课件
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3
切削温度/℃
1600
1200
青铜
铸铁
800
钢
硬质合金980℃ Stelite合金850℃ 高速钢650℃
400
软铝
非铁金属
碳素工具钢 450℃
0 切削不 切削适应区 适应区
600
1200
切削适应区
1800
2400
3000
切削速度v/(m/min)
Salomon切削温度与切削速度曲线
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8
高速加工的切削速度范围
➢ 高速加工切削速度范围因不同的工件材料而异 ➢ 高速加工切削速度范围随加工方法不同也有所不同
➢ 车削： 700-7000 m/min ➢ 铣削： 300-6000 m/min ➢ 钻削： 200-1100 m/min ➢ 磨削： 50-300 m/s
塑料 铝合金 铜 铸铁 钢 钛合金 镍合金
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高速切削的加工工艺方法
目前高速切削工艺主要在车削和铣削，各类高速切削机床 的发展将使高速切削工艺范围进一步扩大，从粗加工到精加工 ，从车削、铣削到镗削、钻削、拉削、铰削、攻丝、磨削等。
随着市场竞争的进一步加剧，世界各国的制造业都将更加积 极地应用高速切削技术完成高效高精度生产。
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5
➢ 高速切削是个相对的概念，是相对常规切削而言。高 速切削包括高速软切削、高速硬切削、高速干切削和 大进给切削等。超高速加工的切削速度范围因不同的 刀具材料、工件材料和切削方式而异，目前，高速切 削的高速范围国内外专家尚无共识。
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6
➢ 虽然由于实验条件的限制，当时无法付诸实践，但 这个思想给后人一个非常重要的启示，即如能越过 这个“死谷”，在高速区工作，有可能用现有刀具 材料进行高速切削，切削温度与常规切削基本相同 ，从而可大幅度提高生产效率。
多轴加工
几种常见的刀轴矢量指定方式 通过直线：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 通过直线：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的同一侧。 注意：指定的直线必须位于刀具与零件几何希望接触表面的同一侧。
主要技术参数 可控坐标轴 坐标轴行程 五轴（分别是X Y Z B C）/五联动 五轴（分别是 ） 五联动 X轴：1000mm Y轴:700mm Z轴：800mm B轴：轴 轴 轴 轴 120°~+30°C轴：360°全回转 轴 全回转 主轴最大转速： 采用SK40,HSK63刀柄 刀柄) 主轴最大转速：12000r/min(采用 采用 刀柄
机 械 坐标构成 直线轴： 直线轴：X Y Z 旋转轴：AB或 旋转轴：AB或BC 结 构
一摆头一摆台典型机床
一摆头一摆台5轴加工中心加工视频（经典的全铝头盔一次成型） 一摆头一摆台5轴加工中心加工视频（经典的全铝头盔一次成型）
常见的五轴加工中心控制系统
5轴加工中心的数控系统，多为高档数控系统。目前，国内使用比较广泛的主 要有以下几种：
常见的五轴加工中心结构
五轴联动加工中心旋转部件的运动方式各有不同，有的设计成刀具（主轴）摆 动形式，有的设计成工件（工作台）摆动形式，大体可以归纳为以下三种形式：
五轴加工中心 结构形式
双摆台形式
双摆头形式
一摆台一摆头
双摆台形式
用途及特点： 用途及特点：
这种结构的特点是能通过工作台的摆动和旋转改 变工件相对刀具的姿态，而机床主轴保持不变，可 变工件相对刀具的姿态，而机床主轴保持不变， 以有效地利用机床空间，使加工范围扩大。 以有效地利用机床空间，使加工范围扩大。 这种结构主要应用于中小型五轴加工中心上。 这种结构主要应用于中小型五轴加工中心上。
PowerMILL多轴加工高清介绍
ultrapowermillhsm高速加工典型工艺优化下刀powermillhsm高速加工典型工艺优化下刀摆线加工powermillhsm高速加工典型工艺摆线加工摆线加工powermillhsm高速加工典型工艺赛车道加工赛车道加工圆弧导入导出powermillhsm高速加工典型工艺powermill多轴加工32轴编程定位5轴利用undercut渲染自动确定摆动轴位置连续5轴编程powermill多轴加工五轴仿真五轴曲面加工可选功能连续5轴编程continuousaxismachining可选功能连续5轴编程continuousaxismachiningswarf加工可选功能连续5轴编程continuousaxismachining五轴轮廓加工swarfswarf新增的选项允许刀具路径尽可能沿曲面经线移动在靠近的角落和相似的区域作更精确的控新的改进可以得到更加平滑的机床加工刀具路径可选功能连续5轴编程continuousaxismachining五轴钻孔可选功能连续5轴编程continuousaxismachining五轴仿真谢谢
第三步：创建刀具 自定义复杂的成形刀
–根据线和圆弧形成的半剖面轮廓生成复 杂的成形刀具； –通过 Delcam 的 DGK 文件格式，输入 或输出刀柄和刀杆的数据；
R6
R10
第四步：选择加工策略
丰 富 的 加 工 策 略
可以自定义加工策略模版，将企业常用的策略单独提取出来以提高 工作效率和工艺经验的传承。
PowerMILL多轴加工
连续5轴编程
• • • • • •
五轴多曲面加工 五轴单曲面加工 Swarf加工 五轴轮廓加工 五轴钻孔 五轴仿真
可选功能
连续5 轴编程 (continuous 5 axis machining)
第三步：创建刀具 自定义复杂的成形刀
–根据线和圆弧形成的半剖面轮廓生成复 杂的成形刀具； –通过 Delcam 的 DGK 文件格式，输入 或输出刀柄和刀杆的数据；
R6
R10
第四步：选择加工策略
丰 富 的 加 工 策 略
可以自定义加工策略模版，将企业常用的策略单独提取出来以提高 工作效率和工艺经验的传承。
PowerMILL多轴加工
连续5轴编程
• • • • • •
五轴多曲面加工 五轴单曲面加工 Swarf加工 五轴轮廓加工 五轴钻孔 五轴仿真
可选功能
连续5 轴编程 (continuous 5 axis machining)
第七讲 高速多轴加工
• 3.PowerMILL 五轴刀轴矢量控制的方式丰富灵活，可通 过投影方向、点、直线、曲线、平面、曲面来控制，是 领先的五轴联动加工系统。
PM刀轴控制
前、侧倾角
• 侧倾角使刀轴绕切削方向 侧旋一个角度从而避免刀 尖切削Lean Angle defines a rotation of the Tool axis at right angles to the direction of travel • 正角时为右倾，负角时为 左倾Can be positive or negative to indicate a right/ left lean • 设置侧倾角能有效避免刀 具干涉Useful to avoid collisions when machining close to obstacles
RTCP功能
A Linearized or RTCP Enabled Move
No Linearization, No RTCP
NC
五轴刀轴矢量控制
• 1.五轴刀轴矢量控制是CAM系统五轴技术的核心 • 2.五轴CAM系统给出每个切削点刀具的刀位点（X,Y,Z) 和刀轴矢量(I,J,K)，五轴后处理器将刀轴矢量（I,J,K）转 化为不同机床的旋转轴需要转动的角度（A,B,C中的两 个）；然后计算出考虑了刀轴旋转之后线性轴需要移动 的各轴位移（X,Y,Z）。
方向的改变对直线轴运动的影响
RTCP功能
• 1.RTCP（Rotary tool center point）功能是指刀轴旋转 后为保持刀尖不变五轴controller自动计算并执行线性轴 补偿； RTCP ON时，机床各线性轴在旋转后的坐标系内 移动。 • 2.对于没有RTCP功能的五轴机床，后处理输出程序在工 件装夹完测量出基准点到机床中心距离之后才能做；对 于有RTCP功能的，后处理输出程序无需考虑工件在机床 上的具体位置。 • 3.
多轴加工的技术特点ppt课件
Z向偏置-125
最小角度-20
最大角度45
27
Y向偏置-165
Z向偏置125
最小角度-359.999
最大角度359.999
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双摆头的五轴机床： 刀尖点或者刀心点 距离B轴的长度。
29
DMG机床：
刀尖点或者刀心 点的位置
30
转台中心的位置
转台中心到零件坐标系原 点的距离是多少？
31
32
33
20
曲面零件
大直径铣刀宽行加工
21
1 、编程复杂（尤其是后处理） 2、工艺顺序与三轴不同
22
以UG为例：变轴铣、变轴轮廓铣、变 轴顺序铣、固定轴曲面轮廓铣等 后置处理当中要考虑刀具的长度， 机床的结构、工装夹具的尺寸关系以及 工件的安装位置等
23
建模→生成轨迹→生成代码→装夹零件→找正→ 建立工件坐标系→加工 建模→生成轨迹→装夹零件→找正→建立工件坐 标系→根据原点坐标生成代码→加工
57
58
3、精加工的工艺安排原则 （1）分区域精加工 从浅到深，从上到下，从叶盆叶背到 轮毂，“水落石出” （2）曲面→清根→曲面 切忌底面余量过大造成清根时过切
59
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1、斜筋结构件的加工
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加工步骤： （1）粗加工型腔 用平面轮廓加工的方法加工型腔 UG用型腔铣。CAXA用区域式粗加工 （2）半精加工 用变轴顺序铣分多刀次加工斜筋型腔 （3）精加工 用变轴顺序铣一刀次精加工斜筋型腔
11
12
多轴加工可提高加工质量
（1）利用球刀加工时，倾斜刀具轴线后可以提高加工 质量和切削效率
接触点切削 速度为零
接触点切削 速度不为零
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典型零件加工工艺过程PPT课件
.
22
CA6140. 车床主轴图
23
主轴的机械加工工艺过程
➢主轴加工工艺过程制订的依据 主轴的结构；技术要求；生产批量；
设备条件 ➢主轴加工工艺过程 批量：大批；材料：45钢；毛坯：模
锻件
.
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➢工艺过程： 分为三个阶段（参见表5-5）：
粗加工：工序 1~6 半精加工：工序 7~13（7为预备） 精加工：工序 14~26（14为预备）
.
63
箱孔与孔的位置精度 引起轴安装歪斜，致使主轴径向跳动 和轴向窜动，加剧轴承磨损 同一轴线上各孔的同轴度误差 孔端面对轴线垂直度误差
.
64
孔和平面的位置精度
主要是规定主要孔和主轴箱安装基 面的平行度
主要平面的精度
影响主轴箱与床身的连接刚度
规定底面和导向面必须平直和相互 垂直
平面度、垂直度公差等级为5级
第二节
典型零件加工 工艺过程
机械制造工程——第五章
.
1
一、轴（杆）类零件的加工
1．轴类零件的分类、技术要求
➢轴类零件的作用 支撑传动零件； 承受载荷； 传递扭矩。
.
2
➢轴类零件的特点 长度大于直径； 加工表面为内外圆柱面、圆锥面、
螺纹、花键、沟轴 阶梯轴 空心轴 异形轴（曲轴、齿轮轴、偏心轴、
.
38
➢加工顺序的安排和工序的确定
三种方案
粗加工外圆→钻深孔→精加工外圆→ 粗加工锥孔→精加工锥孔
粗加工外圆→钻深孔→粗加工锥孔→ 精加工锥孔→精加工外圆
粗加工外圆→钻深孔→粗加工锥孔→ 精加工外圆→精加工锥孔
.
39
工序确定的两个原则
➢工序中所用的基准应在该工序前加工
Cimatron13五轴数控加工实用教程最新精品课件-第一章课件ppt
第二节 五轴加工概述
2、五轴定位加工策略和工艺： 包括：环绕铣削、体积插铣、曲面斜率控制加工、3D螺旋加工、清根铣等，见教材p3页的介绍 了解在Cimatron软件编程环境下实现“3+2”定位加工方式，具体见教材p3页的介绍。
第一章 Cimatron5轴加工简介
第二节 五轴加工概述
2、五轴联动加工策略和工艺： 包括：多轴平行切削、多轴垂直曲线铣、多轴两曲线仿形铣、多轴曲线投影铣、多轴两曲面仿形
铣、多轴平行曲面铣、多轴裁剪加工、多轴曲面自动倾斜加工、多轴流线铣等，具体描述见教材p4-p6 的介绍。
第一章 Cimatron5轴加工简介
第三节 五轴加工应用领域
包括以下领域： 具体实例见教材p7-p8页的介绍。 • 航空航天 • 民用消费产品 • 汽车制造 • 造船业 • 医疗行业 • 工模具行业
典型零件如下：
第一章 Cimatron5轴加工简介
Cimatron5轴加工模块介绍：
• 通用五轴联动加工功能和应用场合：
此模块包含了上面的五轴定位加工模块功能，额外提供五轴联动加工策略，可以进行五个轴同时 联动加工，此模块具有自动倾斜功能，自动避让刀具和工件的干涉，可以对带有复杂曲面的零件编程， 支持市面所有五轴加工中心的编程。
此模块最典的应用是在模具上，零件如图所示。
第一章 Cimatron5轴加工简介
Cimatron5轴加工模块介绍：
• 高端五轴加工模块功能和应用场合：
此模块包括了上面两个模块的所有功能，另外增加了五轴加工和五轴应用两个加工策略，是更高级 的模块，此模块还提供专门针对叶轮和弯管等的加工策略，对零件进行五轴粗加工、五轴精加工编程 效率会更高、更安全，主要用于加工更复杂的产品。
第一章 Cimatron5轴加工简介
2、五轴定位加工策略和工艺： 包括：环绕铣削、体积插铣、曲面斜率控制加工、3D螺旋加工、清根铣等，见教材p3页的介绍 了解在Cimatron软件编程环境下实现“3+2”定位加工方式，具体见教材p3页的介绍。
第一章 Cimatron5轴加工简介
第二节 五轴加工概述
2、五轴联动加工策略和工艺： 包括：多轴平行切削、多轴垂直曲线铣、多轴两曲线仿形铣、多轴曲线投影铣、多轴两曲面仿形
铣、多轴平行曲面铣、多轴裁剪加工、多轴曲面自动倾斜加工、多轴流线铣等，具体描述见教材p4-p6 的介绍。
第一章 Cimatron5轴加工简介
第三节 五轴加工应用领域
包括以下领域： 具体实例见教材p7-p8页的介绍。 • 航空航天 • 民用消费产品 • 汽车制造 • 造船业 • 医疗行业 • 工模具行业
典型零件如下：
第一章 Cimatron5轴加工简介
Cimatron5轴加工模块介绍：
• 通用五轴联动加工功能和应用场合：
此模块包含了上面的五轴定位加工模块功能，额外提供五轴联动加工策略，可以进行五个轴同时 联动加工，此模块具有自动倾斜功能，自动避让刀具和工件的干涉，可以对带有复杂曲面的零件编程， 支持市面所有五轴加工中心的编程。
此模块最典的应用是在模具上，零件如图所示。
第一章 Cimatron5轴加工简介
Cimatron5轴加工模块介绍：
• 高端五轴加工模块功能和应用场合：
此模块包括了上面两个模块的所有功能，另外增加了五轴加工和五轴应用两个加工策略，是更高级 的模块，此模块还提供专门针对叶轮和弯管等的加工策略，对零件进行五轴粗加工、五轴精加工编程 效率会更高、更安全，主要用于加工更复杂的产品。
第一章 Cimatron5轴加工简介
高速加工技术93.pptx
静压轴承工作原理
第47页/共99页
静压轴承对轴颈圆度误差的均化作用
第48页/共99页
静压轴系特点
轴承间隙内介质压强由外部供给，忽略主轴旋转时的动 压效应，承载能力不受主轴转速的影响，实现任何转速 下液／气体摩擦，具有设计所需的承载能力；适应性好， 寿命长
主轴浮起后是纯液／气体摩擦，起动摩擦阻力小，主轴 旋转后轴线偏移量比轴颈轴套的加工误差小得多
高速加工在汽车工业中的应用
1
2
3
4
钻孔 表面倒棱 内侧倒棱 铰孔 高速钻孔 表面和内侧倒棱
专用机床
高速加工中心
5轴×4工序 = 20轴（3万件/月）
1台1轴1工序（3万件/月）
刚性（零件、孔数、孔径、孔 型固定不变）
柔性（零件、孔数、孔径 、孔型可变）
汽车轮毂螺栓孔高第速24页加/共工99页实例（日产公司）
和工件受力均小。切削速度高，吃刀量很小， 剪切变形区窄，变形系数ξ减小，切削力降低 大概30%-90% • 刀具和工件受热影响小。切削产生的热量大部 分被高速流出的切屑所带走，故工件和刀具热 变形小，有效地提高了加工精度 • 刀具寿命长（高速切削刀具）。刀具受力小， 受热影响小，破损的机率很小，磨损慢
后径向传感器 轴向传感器 磁浮第轴53承页/高共9速9页主轴
磁悬浮轴承电主轴
高频电动机
磁悬浮轴承
松刀用液压装置
HSK-E刀柄
磁悬浮轴承
水套冷却
瑞士IBGA公司的磁悬浮电主轴
第54页/共99页
磁浮轴承电主轴特点
➢主轴由两个径向和两个轴向磁浮轴承支承，磁 浮轴承定子与转子间空隙约0.1mm。
第8页/共99页
德国 ROEDERS,42000rpm,适 合如手机模具加工
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整个切削路径过程刀轴矢量可根据 要求而改变
控制路径轴 X、Y、Z 控制旋转轴 A(B)、C
五轴联动
五轴机床类型
• Table－Table 刀轴方向不动，两个旋转轴均在工作台上；工件加工时随工作台旋转， 须考虑装夹承重，能加工的工件尺寸比较小。
俯垂型：旋转轴不与直线轴相垂直
五轴机床类型
• Table－Table 刀轴方向不动，两个旋转轴均在工作台上；工件加工时随工作台旋转， 须考虑装夹承重，能加工的工件尺寸比较小。
• 正角时为右倾，负角时为 左倾Can be positive or negative to indicate a right/ left lean
• 设置侧倾角能有效避免刀 具干涉Useful to avoid collisions when machining close to obstacles
• 改进曲面精加工质量，减少或省去手工打磨工序
Improve surface finish and reduce or eliminate hand finishing
• 直接加工高硬度材料
Enable machining of harder materials
• 减少电火花加工
Reduce use of EDM
• 恒定的切削负载和切削量
Constant loading/volume removal rate
• 避免切削方向的突然变化
Avoidance of sharp direction changes
高速加工优点
• 减少数控机床的加工时间和成本
Reduce CNC machining time and cost
五轴加工的优点
• 直纹面或斜平面可充分利用刀具侧 刃和平刀底面进行加工，加工的效 率和质量更高。
五轴加工的优点
• 五轴加工和高速加工结合，使模具加工逐步告别放电加工， 并改变模具的零部件和制造工艺，大大的缩短模具制造周 期。
五轴机床运动
加工此工件时机床、工艺选用？
五轴机床运动
刀具长度对机床运动的影响
五轴机床类型
• Table－Head 两个旋转轴分别放在主轴和工作台上，工作台旋转，可装夹较大的工 件；主轴摆动，改变刀轴方向灵活
五轴加工的优点
• 一次装夹完成三轴加工多次装夹才能完成的加工内容。如 斜顶、滑块和电极。
五轴加工的优点
• 用更短的刀具伸长加工陡峭侧面，提高加工的表面质量和 效率。
前、侧倾角
• 使刀轴总是通过某一固 定点从而避免刀尖切削 The tool is aligned so that the axis passes through a specified point with the
• Without RTCP enabled, the PowerMILL NC Program must be output with a Workplane positioned at the machines 0 0 0
RTCP功能
RTCP功能
A Linearized or RTCP Enabled Move
• 3.
controller Heidenhain
Siemens Andron
RTCP ON M128
TRAORI G25H1
RTCP OFF M129
TRAFOOF G25H0
• Part Position on the table
• With RTCP enabled, the datum of the part can be clocked with ease
轴表
五轴：3个线性（linear axis）＋2个旋转轴（rotary axis）
旋转轴平行于 X Y Z
轴名 A B C
刀轴矢量沿着整个切削路径过程始终不变 控制路径轴 X、Y、Z
三轴加工
3＋2轴（定位五轴）
刀轴矢量可改变，但固定后沿着整个切削路径过程不变 控制路径轴 X、Y、Z 参与旋转轴A(B)、C
No Linearization, No RTCP
NC
五轴刀轴矢量控制
• 1.五轴刀轴矢量控制是CAM系统五轴技术的核心
• 2.五轴CAM系统给出每个切削点刀具的刀位点（X,Y,Z) 和刀轴矢量(I,J,K)，五轴后处理器将刀轴矢量（I,J,K）转 化为不同机床的旋转轴需要转动的角度（A,B,C中的两 个）；然后计算出考虑了刀轴旋转之后线性轴需要移动 的各轴位移（X,Y,Z）。
五轴机床类型
• Head－Head 工作台不动，两个旋转轴均在主轴上。机床能加工的工件尺寸比较大。
俯垂型：旋转轴不与直线轴相垂直
五轴机床类型
• Head－Head 工作台不动，两个旋转轴均在主轴上。机床能加工的工件尺寸比较大。
五轴机床类型
• Table－Head 两个旋转轴分别放在主
轴和工作台上，工作台 旋转，可装夹较大的工 件；主轴摆动，改变刀 轴方向灵活
方向的改变对直线轴运动的影响
RTCP功能
• 1.RTCP（Rotary tool center point）功能是指刀轴旋转 后为保持刀尖不变五轴controller自动计算并执行线性轴 补偿； RTCP ON时，机床各线性轴在旋转后的坐标系内 移动。
• 2.对于没有RTCP功能的五轴机床，后处理输出程序在工 件装夹完测量出基准点到机床中心距离之后才能做；对 于有RTCP功能的，后处理输出程序无需考虑工件在机床 上的具体位置。
PowerMILL高速 多轴加工技术
By Jisensen
高速加工特点
• 主轴速度和刀具具有非常高的刀尖线速率
Very high tip velocity - mainly a function of spindle speed and cutter size
• 小步距，更多的加工步骤
Small step-over, requiring more machining sequences
• 3.PowerMILL 五轴刀轴矢量控制的方式丰富灵活，可通 过投影方向、点、直线、曲线、平面、曲面来控制，是
领先的五轴联侧旋一个角度从而避免刀 尖切削Lean Angle defines a rotation of the Tool axis at right angles to the direction of travel