JDPANNT55五轴模块使用说明书文档格式.docx
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图1-3短刀具加工
图1-3可以看出,如果采用普通的三轴加工,将不得不增加刀具的长度。
增加了刀具长度将不可避免带来诸如——切削速度降低、跳动增大等影响加工效率以及加工精度的一系列因素。
采用5轴加工可以很好的解决这个问题。
5)使用五轴加工可以加工极其复杂的、以前只能通过浇注方法才能得到的零件
对于原形加工和对很小零件的加工,采用五轴加工会更快更经济。
如果一零件用铸造的方法需要两个月甚至更多的时间才能完工的话,那么用五轴加工可以将交货期缩短到1~2周。
所以越来越多地企业直接加工原形而很少使用快速成型设备。
这种方法使得在大批量生产时,用同样材料能加工出精度更高的零件。
6)解决叶轮、叶片和螺旋桨等加工的唯一手段
大家普遍认为五轴数控加工技术是解决叶轮、叶片和螺旋桨等加工的唯一手段。
此外,在设计、制造复杂曲面遇到无法解决的难题时,就会求助五轴加工技术。
总之,五轴加工主要的优点是加工整体复杂工件时,可以一次工件夹持定位、避开刀具的静点、适合深模具加工缩短刀具夹持长度、可以加工倒勾处(负角)、减少电极制作,与三轴加工相比较,以上优点皆可得到更好的加工效率与降低加工成本。
1.2五轴数控机床的形态
数控转台与摆头是多坐标数控机床的关键部件。
按照数控转台与摆头的组合位置不同,五坐标数控机床可以分为以下三种形态,如图1-4所示:
a、主轴双摆动(Head/Head)
b、主轴摆动及数控转台摆动(Head/Table)
c、数控转台双摆动(Table/Table)
a、主轴双摆动b、主轴摆动及工作台摆动c、工作台双摆动
图1-4
根据数控机床的组织结构,例如立式机床与卧式机床,以上三种形态可以演变出各式各样的五轴数控机床。
常见的五轴机床结构如下图所示。
a、常见的主轴双摆动机床(Head/Head)
b、常见的主轴摆动及工作台摆动机床(Head/Table)
c、常见的工作台双摆动机床(Table/Table)
第二章多轴精雕机
2.1多轴精雕机形态
目前,多轴精雕机是在三轴精雕机上配备数控回转工作台来实现的,五轴机床属于工作台双摆动机床(Table/Table)类型。
精雕机数控回转工作台主要有以下三种类型,如图2-1所示.
RTTRTDRT
图2-1数控转台类型外观图
其中:
RT——普通数控回转工作台(NCRotaryTable)
TRT——可倾数控回转工作台(TiltingNCRotaryTable)
DRT——双轴数控回转工作台(DoubleAxisTiltingNCRotaryTable)
2.2多轴机床的坐标系约定
一、机床坐标系约定
根据ISO规定,数控机床采用右手直角坐标系,其中平行于主轴的坐标轴定义为Z轴,绕X、Y、Z轴的旋转坐标分别为A、B、C。
上述各坐标轴的运动可由工作台,也可以由刀具的运动来实现,但方向均以刀具相对于工件的运动方向来定义。
通常五轴联动是指X、Y、Z、A、B、C中任意5个坐标的线性插补运动。
1、精雕机数控回转工作台的转轴命名及转向约定。
数控机床完成沿X、Y和Z的直线进给运动所通过的这些轴简称直线轴;
数控机床完成绕X、Y和Z的圆周进给运动通过的这些轴简称回转轴,回转轴轴线平行于X轴的为A轴,
回转轴轴线平行于Y轴的为B轴,回转轴轴线平行于Z轴的为C轴。
2、转轴转向的判断可以通过左手螺旋定则判断:
左手握住轴线,左手大拇指指向直线轴正方向(X/Y/Z),四指的旋转方向为对应轴的正向。
(对于C轴的判断,Z轴向上为正)
(!
!
特别注意:
转轴转向用左手螺旋定则判断,并没有违背国际标准,而是为避免分公司员工在使用过程出错的强行规定。
)
二、机床运动坐标系与工件编程坐标系
1、机床运动坐标系(M-System):
在回转台旋转的五轴加工中,机床运动坐标系的原点为主动轴的旋转轴中心,其它三个矢量方向分别为机床的X,Y,Z轴向;
机床运动坐标系在五轴机床回转台安装完毕后,唯一确定,不可以随意修改,如图2-2所示。
注释:
主动轴与从动轴:
在工作台双摆动的五轴机床中,其中一个回转轴旋转运动后,另一个轴也将跟着它一起运动,两个回转轴分别处于主动和从动的状态,故而分别称之为主动轴和从动轴。
从动轴相对与主动轴的位置(即两轴线的垂直距离)称为旋转轴偏心距。
旋转轴中心:
是指回转台各个旋转轴的坐标轴中心位置,该位置点对四/五轴路径输出是十分关键的。
加工同一工件,旋转轴位置不同,机床运动位置也不同。
2、工件编程坐标系(W-System):
是指操作者使用CAM软件进行加工编程时工件所在的编程坐标系,在JDPaint系统中,通常使用世界坐标系来定义工件坐标系,如图2-3所示。
3、理解机床运动坐标系与工件编程坐标系的相对位置关系是正确实现四轴/五轴后置处理(路径输出)的关键所在,如图2-4所示。
CAM软件的路径输出过程也称为后置处理。
四轴/五轴后置处理与三轴机床后置处理有较大的区别。
相同的一段ENG代码或者NC代码可以在不同的三轴数控机床上可获得相同的加工效果,但某一种五轴机床的NC代码却不能适用于所有类型的五轴机床;
同一段三轴NC代码在EN3D控制系统中进行平移,阵列或者旋转拷贝后,可以加工出同样的图形效果,而同一段五轴NC代码在EN3D控制系统中进行平移,阵列或者旋转拷贝后,加工出来的形状完全可能不是你想像的效果。
(大家一定要理解为什么会这样?
由于五轴数控机床结构形式多样性,多轴后置处理必须选择适当的机床配置,然后再进行路径输出过程。
图2-2机床运动坐标系OXYZ图2-3工件坐标系OXYZ
图2-4将工件安装到机床上,工件坐标系与机床运动坐标系之间的相对位置关系
2.3
几个重要关键数据
进行多轴加工之前,需要测量机床的一些关键数据,并把它们记录到控制软件(EN3D)的机床位置参数中。
下面针对不同的带转轴的精雕机,分别介绍各自需要测量的关键参数。
一)、辊雕机床
1、准确测量出主轴刀具中心线到旋转轴轴心线的垂直距离。
一般地,精雕机出产前均有严格的机械装配精度保证,该距离对后续的工件形状影响可以忽略不计。
但是当遇到客户要求进行高精度的产品加工时,该数据可作为路径计算时的补偿值,来实现高精度的产品加工。
理论上辊雕机床的主轴刀具中心线与旋转轴轴心线之间的垂直距离应该为零,即主轴刀具中心线与旋转轴轴心线相交。
但在实际工程机械装配中,主轴刀具中心线与旋转轴轴心线必然存在一定的偏差,而且随着机床使用过程中的磨损,该偏差值可能增大,该值越大对后续的工件加工形状影响也越大。
二)、四轴机床:
1、准确测量出旋转轴的中心位置。
四轴转台安转时,首先要保证旋转轴线的平行度(即与X轴或者Y轴是否平行);
旋转轴线的平行度对后序的工件加工形状影响较大。
(通常平行度要求为:
60mm长度范围之内,相差0.01~0.02mm)
旋转轴的中心位置测量误差会传递到后续的工件表面加工中,因此测量数据相应地有一定的精度要求,建议大家应把精度控制在两个丝以内(<
0.02mm),对精度要就很高的产品加工,应使用千分表测量。
三)、四轴半机床与五轴机床:
1、准确测量出两个旋转轴中心位置以及旋转轴偏心距。
2、记录机床行程及旋转轴转角限位。
说明:
a.四轴半回转台的测量数据与五轴回转台相同。
b.以XYZBC五坐标机床为例,五轴转台安转时,首先要保证B旋转轴线与Y轴的平行度;
(平行度要求为:
60mm长度范围之内,相差0.01~0.02mm);
其次要保证C轴线与Z轴的平行度.
c.由于旋转轴的中心位置测量误差会传递到后续的工件表面加工中,因此对这些测量数据相应地有一定的精度要求,建议大家应把精度控制在两个丝以内(<
2.4多轴机床数控回转工作台的安装和关键数据的测量
1、数控回转工作台的安装:
(1)在安装完转轴后必须保证:
1、各转轴轴心必须平行对应的直线轴轴心(A//X,B//Y,C//Z);
2、考虑装夹完工件后,转轴和工件在运动行程内不得与机床任何部位发生干涉;
直线轴运动到转台的最大行程不超限位。
(2)安装方法:
回转工作台的端面或侧面有定位块,在主轴套上固定百分表或千分表,通过打回转台外壳上的定位块,调整转台使得转轴轴线与对应直线轴平行。
然后紧固旋转工作台的四个安装锁紧螺母。
2、数控回转工作台的位置参数测量:
针对不同类型的转台,下文将以回转台为A轴、BC转轴为例,分别进行说明。
(1)RT——普通数控回转工作台
图2-5RT数控转台示意图
需要测量尺寸(参考图2-4):
①:
A轴轴线离Y轴机械坐标零点的Y向距离
②:
A轴轴线离对刀仪Z向距离
推荐测量方法:
①、将标准圆棒料装夹在爪盘上,通过打表使得标准圆棒料与旋转轴同心;
②、找到标准圆棒料轴线的Y、Z坐标Ay,Az;
③、对刀,记录对刀基准Zb;
④、计算:
A轴轴线离Y轴机械坐标零点的Y向距离=Ay;
A轴轴心离对刀仪距离=Az-Zb;
(2)TRT——可倾数控回转工作台
DRT——双轴数控回转工作台
需要测量尺寸:
a、C轴轴线的X,Y坐标(Cx,Cy);
b、B轴轴线的X坐标(Bx);
c、B轴轴线与对刀仪的Z向距离;
d、C轴摆正时主动轴补偿角度;
转台位置参数的测量方法有多种,下面介绍一种经常使用的方法。
1)在回转工作台上装夹检棒,结合B、C轴旋转找正,使检棒与Z轴平行,记录此时B轴坐标值,这个值就是C轴摆正时主动轴的补偿角度;
2)机床下电,将C轴摆正时主动轴补偿角度输入到“位置参数设置—转轴轴线位置”中;
图2-6位置参数设置示意图
3)在回转工作台上装夹一块圆形材料;
主轴上装夹一支标准平底刀,刀具半径记作R;
4)B轴回零点,打开主轴转速,用刀具侧刀接触材料,旋转C轴360度,铣出一个深度为3~5mm的圆柱面;
图2-7
5)精确分中圆柱面,记录当前X、Y座标值Cx,Cy;
6)在回转工作台上更换一块矩形材料;
7)B轴回零点,用刀具侧刃沿Y轴方向将材料的左侧铣平,深度3~5mm;
记录当前X坐标值X1:
图2-8
8)用刀具底刃沿Y轴方向将材料的左侧上表面铣平,宽度3~5mm;
记录当前Z坐标值Z1:
图2-9
9)B轴旋转90度,用刀具底刃在刚刚铣过的面上对刀,记录当前Z轴坐标Z2;
图2-10
10)用刀具侧刃在另一个铣过的面上对刀,记录当前X轴坐标X2;
图2-11
11)去对刀仪对刀,记录对刀基准T0;
12)在JDpaint中作图:
绘制:
点1(X1+R,0,Z1);
点2(X2-R,0,Z2);
过点1点2绘直线L;
以点1点2绘制两点圆;
过圆心绘直线与直线L垂直;
测量直线与圆的交点,记录Bx,Bz:
图2-12
至此,转台中心位置坐标值已经全部测量出来了,分别为:
第1步中的C轴摆正时主动轴的补偿角度;
第2步中的Cx,Cy;
第12步中的Bx;
B轴轴线与对刀仪的Z向距离=Bz-T0
最后,将这些数据分别输入到“位置参数设置—转轴轴线位置”中就完成了;
注意:
1)、转台重新安装或移动了位置,必须准确测量关于转轴的相关位置参数。
2)、对刀仪不能随便拆卸,对刀仪一旦移动,B轴线离对刀仪转轴Z向距离可能改变。
如果移动了对刀仪,就必须重新测量该参数。
3)、所有操作必须尽可能精细,保证数据精确。
2.5多轴机床在控制系统EN3D7中各参数的设定
一、转轴功能模块的选择及设定
图2-13EN3D7功能模块的定制
如图2-13所示,EN3D7功能模块中与转台相关的模块有以下几个:
1)、3轴转轴雕刻控制模块。
适用于机床只有两直线控制轴和一转轴的机型,如辊雕GMS60等。
2)、4轴雕刻控制模块。
适用于机床有三直线控制轴(XYZ),在工作台面上安装一RT数控转台的机型,如睿雕Carver300-RT等。
3)、4轴双Z雕刻控制模块。
适用于机床除了有X、Y、Z三直线控制轴外,还多一个主轴Z2的控制,并且在工作台面上还安装一RT数控转台的机型,如睿雕Carver300-DZ-RT等。
4)、4.5轴雕刻控制模块。
适用于机床有三直线控制轴(XYZ),在工作台面上安装一TRT数控转台的机型,如睿雕Carver300-TRT等。
5)、4.5轴双Z雕刻控制模块。
适用于机床除了有X、Y、Z三直线控制轴外,还多一个主轴Z2的控制,并且在工作台面上安装一TRT数控转台的机型,如Carver300-DZ-TRT等.
6)、5轴雕刻控制模块。
适用于机床有三直线控制轴(XYZ),在工作台面上安装一DRT数控转台的机型。
注意:
控制软件必须根据不同床型选择正确对应的功能模块和设备型号!
二、机械参数的设定
图2-14设备参数-机械参数设置
1、通道:
根据数控回转工作台的转轴命名原则,选择对应的轴栏为轴分配通道,一般辊雕A轴分配通道1,其他AB分配通道3,TRT转台C分配通道3,其余C分配通道4。
(如果通道分配有改变,将另行通知)。
2、反向:
进入加工界面以后,根据数控回转工作台的转轴转向原则,判断当前转轴转向是否正确,如果不对,必须修改该参数。
3、每转脉冲:
转轴电机转一圈需要的脉冲数。
调节细分数后,要对该参数做相应调整。
4、转数比:
转台转一圈电机转动的圈数。
该参数一般是固定的,如果做修改另行通知。
5、限位:
RT、TRT转台没有限位信号,DRT转台中的A或B有限位,C没有限位。
6、光码原点:
转轴电机是否支持光码信号,以上三种转台都支持光码原点。
7、机械原点:
目前三种转台机械原点为行程开关。
三、运动特性设定
运动特性是影响机床加工的关键参数,非公司技术人员,不得随意修改。
四、位置参数的设定
位置参数设置之前要对转台进行正确的安装和关键数据的测量。
下面将根据不同模块来说明位置参数的设定:
1)、3轴转轴雕刻控制模块:
如果加工是包裹模式(后面将讲解),在“程控模式->
旋转加工模式”中的“旋转中心计算模式”为“根据对刀仪与旋转轴心距离配置计算”,则需要设定“A/B轴与对刀仪Z向距离”参数;
如果为“根据工件半径和工件原点计算”,则该项参数不须设定(A/B是根据转台的轴命名来选A或B,下面不再重述)。
如果没有配备对刀仪,只能选择“根据工件半径和工件原点计算”;
如果配备对刀仪,正确设置了参数“A/B轴与对刀仪Z向距离”,两种计算模式都可以。
2)、4轴雕刻控制模块、4轴双Z雕刻控制模块
需要设定F4:
“A轴Y”、“A轴与对刀仪Z向距离”或F5:
“B轴X”、“B轴与对刀仪Z向距离”。
如果加工是包裹模式,“A/B轴与对刀仪Z向距离”参数的设置原则同“3轴转轴雕刻控制模块”。
3)、4.5轴雕刻控制模块、4.5轴双Z雕刻控制模块
该模块下必须选手动轴F8:
“手动轴”(命名依据数控回转工作台的转轴命名原则);
“B轴X”、“B轴与对刀仪Z向距离”;
F6:
“C轴X”、“C轴Y”。
4)、5轴雕刻控制模块:
F7:
C轴摆正时主动轴的原点补偿角度。
以上参数根据数控回转工作台的测量位置参数进行相应填写,这是使用带转台机床前期必须要做的工作,请使用者务必正确理解各参数的含义!
五、转台加工参数的设定及加工注意事项
一)、加工模式。
在En3D7控制系统中,除5轴雕刻控制模块外的其它带有转轴的雕刻模块中,都包括两种加工模式:
包裹模式和标准模式。
包裹模式:
在该模式中,控制系统将指定的方向路径包裹到相应的转轴上,转化为转轴旋转指令,完成旋转加工。
包裹对应关系如下表:
三轴旋转雕刻
XZA
将Y方向路径包裹到A轴
YZB
将X方向路径包裹到B轴
四轴雕刻
(包括双Z轴)
XYZA
XYZB
4.5轴雕刻
A为手动转轴
将X方向路径包裹到C轴
B为手动转轴
将Y方向路径包裹到C轴
标准模式:
在该加工模式中,由路径文件中的转轴控制指令驱动旋转轴工作。
二)、旋转中心计算模式。
在包裹模式中,需要设置旋转中心计算模式。
在En3D7中包括“根据工件半径与工件原点计算”和“根据对刀仪与旋转轴心距离配置参数计算”两种方式,如图2-14。
4.5轴雕刻控制模块必须选择“根据对刀仪与旋转轴心距离配置参数计算”方式,其它转轴雕刻控制模块两种方式都可以选择,但选择“根据对刀仪与旋转轴心距离配置参数计算”方式的前提是机床必须配置对刀仪,并正确设置了转轴的相应位置参数。
图2-14
三)、加工界面参数设置
加工界面参数定义与三轴雕刻控制模块基本相同,下面就带转台加工的各模块的不同点进行讲述:
1、3轴转轴雕刻控制模块。
1)、首先确定转轴转动方向是否正确,否则要修改“设备参数”里的“机械参数”中的“反向”!
2)、在包裹模式加工中,要正确设置工件直径和旋转中心计算模式,否则将得不到预期的加工效果;
3)如果机床配有对刀仪并在加工中使用,则在设定加工参数之前要先完成对刀工作。
2、4轴雕刻控制模块、4轴双Z雕刻控制模块。
除注意1中三点内容外,还要注意以下几点:
1)、原点设置:
对于图2-15和2-16中灰色标记的原点坐标,可以根据系统参数计算出来,用“计算原点”功能即可,如果需要手工设置灰色标记原点坐标,可以通过F8“允许手工设置原点”开关,用手工设置该原点坐标。
(建议尽量不要用手工设置原点,除非对原点设置确信无误!
)。
如果重新定义对刀基准,必须重新计算原点Z。
图2-15四轴包裹加工原点设置
图2-16四轴标准加工原点设置
2)、定位高度:
定位高度是抬刀位置离原点的距离,在标准模式下一般路径设计原点为转轴中心,所以要清楚此时的定位高度是从轴心算起的。
3、4.5轴雕刻控制模块、4.5轴双Z雕刻控制模块。
1)、该模块是五轴加工的一个特例,该模块也分标准模式和包裹模式两种加工方式。
值得注意的是该模块的包裹模式。
如果手动轴为A,就将路径中的X运动转为C轴的运动上,由YZC三轴的运动,将原路中的X轴路径包裹在C轴上;
如果手动轴为B,就将路径中的Y运动转为C轴的运动上,由XZC三轴的运动,将原路中的Y轴路径包裹在C轴上。
2)、加工前需要设定手动轴角度。
4、5轴雕刻控制模块。
注意事项与4轴雕刻控制模块基本相同,只是在生成路径上有所区别。
加工时需要注意输出原点偏移和旋转轴偏心距离等参数。
这些参数的计算与具体机床转轴的位置和工件在CAM中造型原点在机床机械坐标系中的位置等方面有关。
在En3D7中,提供了该参数计算的功能。
点击
中的
按钮弹出该计算器,如图2-17所示。
图2-17多轴路经转换器计算原点偏移值
图2-18五轴标准加工原点设置
参数说明:
1)、路径编程原点坐标:
工件装卡在机床后,工件在CAM中造型原点在机械坐标系中的坐标,
2)、各按钮功能:
获取当前X
将机床当前X坐标设为路径原点坐标X
获取当前Y
将机床当前Y坐标设为路径原点坐标Y
获取当前Z
将机床当前Z坐标设为路径原点坐标Z
计算
计算路径原点坐标编辑框中的数学表达式
计算参数
根据路径原点坐标和转轴位置参数计算原点偏移值
旋转轴偏心距离
根据转轴位置参数计算旋转轴偏心距离
根据转台中心转换路经
通过此按钮转换成实际加工所需要的路径,否则不能进行正确加工。
确定
完成设置
取消
取消设置
整个过程大致如下:
a)、对“转轴轴线位置参数”进行了正确的设置后,在转台位置没有发生变化的情况下,A(B)轴轴心X、Y坐标是不变的,可通过鼠标点击图2-18中CF2和CF3按钮直接获取到。
b)、在设定加工参数之前先完成对刀工作,然后可通过鼠标点击图2-18中CF4按钮,获得当前对刀基准下刀具刀尖到A(B)轴心的Z坐标。
c)、找到对应工件的路径编程原点(X,Y,Z),通过图2-17中CF1、CF2、CF3按钮输入到相应位置,再按CH5计算,得到原点偏移值和旋转轴偏心距离,再按F5转换,最后点“确定”按钮。
1、如果是4.5轴DZ模式加工,“路径原点”指的是Z1
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