1 引言

　　目前，多軸數(shù)控機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)動機床應(yīng)用較廣泛。五軸聯(lián)動數(shù)控機床的特點：(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行分析。

2 吹塑模具的加工工藝分析

　　2.1 機床選用

　　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，多次累積誤差后嚴重影響加工精度，所以往往最后一道工序還需要進行磨削以彌補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到圖紙要求，而無需再進行研磨或拋光，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)?？勺冚喞娛怯糜诰庸び奢喞嫘纬傻膮^(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 機床坐標系關(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°。建立機床各軸坐標關(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，對特定機床的相關(guān)參數(shù)進行設(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)機床的編程規(guī)范及其運動方式，計算出軌跡輪廓點的坐標公式，開發(fā)專用機床的后置處理器。

　　針對DMU-60 MonoBLOCK 5軸聯(lián)動機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行開發(fā)。

　　(1)開發(fā)新的后置文件，文件名為：DMU-60MonoBLOCK。確定機床的類型、公/英制、機床的操作系統(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軸的坐標的插補很大時就可能會使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。

　?、龠M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

　?、谶M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：定義機床控制機床運動和循環(huán)加工等事件Machine Control機床控制：控制卻液主軸刀號刀補等事件。

　　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進入“Motion”運動：定義刀軌的GOTO語句。LinearMove直線運動切削進刀等；Circle Move圓弧運動處圓弧插補的刀軌；Rapid Move快速運動。具體設(shè)置，如圖7所示。

　?、菰O(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。代碼如下：

　　(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)控機床能讀取的標準G代碼，如圖8所示。完成上面所有工序之后，對程序進行仿真校驗。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)控機床，把吹塑模型按照實際在機床上擺放的位置做在里面，在軟件中進行模擬加工。進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)動機床實現(xiàn)了吹塑模具加工，達到了預(yù)期目標。

　　聯(lián)合浙江某機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。