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CNC加工中心四軸加工技巧

　　制造業是國民經濟和綜合國力的重要支柱，其生產總值一般占一個國家國內生產總值的20% ～ 55%。在一個國家企業生產力構成中，制造
技術的作用一般占 60% 左右。世界上各個國家經濟的競爭，實際上是先進制造技術的競爭，其競爭能力最終體現在所生產的產品的市場占有率。隨著經濟技術的高速發展以及顧客的需求和市場環境的不斷變化，這種競爭日趨激烈，因而各國政府都非常重視對先進制造技術的研究。
　　現今，隨著工業 4.0 的深入和智能制造的全面推廣，多軸加工中心作為先進生產力的代表在制造企業中的運用越來越廣泛。以航空航天、汽車等制造業龍頭企業為代表，由于其產品結構的復雜化、部件的多樣化，以及對零件曲面曲片的大量運用，故而對制造加工提出了很高的要求。傳統機床已經滿足不了這樣的生產要求，四軸、五軸以及多附加軸的機床正是解決這類問題的關鍵所在?，F代制造企業中，四軸、五軸加工編程多利用 CAD/CAM 技術來完成。利用數據模型、自動編程、仿真加工、后處理技術可以完整處理復雜零件從圖紙到成品件的虛擬加工，即工業 4.0 中提到的“數字雙胞胎”。因此，掌握多軸加工的基本原理和基本編程方式，對于零件的制造、生產效率的提高都起著重要的作用 [1]。
1 四軸加工的概述
　　四軸加工準確地說應該是四坐標軸聯動加工。目前，很多數控系統可以實現此類插補運算功能，以達到一次裝夾多面加工的要求。也有一些數控設備是在普通的數控三坐標加工中心的基礎上，對第四軸進行擴展而來，使其可以滿足多面或軸面上的軌跡加工。
　　在數控機床里，對于坐標系的定義是源于右手笛卡爾直角坐標系，即：相交于原點的兩條數軸，構成了平面放射坐標系；而相交于原點的三條不共面的數軸構成空間的放射坐標系。在笛卡爾坐標系中，過定點 0，作三條互相垂直的數軸，它們都以 0 為原點且一般具有相同的長度單位。這三條軸分別叫作 X 軸、Y 軸、Z 軸，統稱坐標軸。在數控機床上，X、Y、Z 軸的正方向要符合右手規則，即以右手握住 Z 軸，當右手的四指從正向 X 軸以 π/2 角度轉向正向Y 軸時，大拇指的指向就是 Z 軸的正向，這樣的三條坐標軸就組成了一個空間直角坐標系，點 0 叫作坐標原點，X、Y、Z 軸就是空間中的三個直線軸。多軸機床里除了三個直線軸，還定義了三個旋轉軸，分別是繞著 X、Y、Z 軸旋轉的 A、B、
C 軸。A、B、C 軸的方向確定也符合右手笛卡爾規則，即右手握住某一直線軸（例如：X 軸），大拇指的指向與該直線軸正向相同，四指旋握的方向即為該直線軸對應的旋轉軸（即 A 軸）的正方向。
在CNC 加工中心里，四軸機床指的是配有X、Y、
Z 三個直線軸以及 A 或 B 或 C 三個旋轉軸之一的加工中心，且三個直線軸與一個旋轉軸可以進行插補運算及加工，即為聯動。立式機床往往配備的第四軸為 A 軸（如圖 1 所示），臥式機床則配備的第四軸為 B 軸（即 Y 軸所對應的旋轉軸）。
2 四軸加工的特點
　　四軸加工中心最早應用于曲線曲面的加工，即葉片的加工?，F如今，四軸加工中心可以適用于多面體零件、帶回轉角度的螺旋線（圓柱面油槽）、螺旋槽、圓柱面凸輪、擺線的加工等等，應用及其廣泛。
　　從加工產品我們可以看出，四軸加工有以下特點：
　?。?）由于有旋轉軸的加入，使得空間曲面的加工成為可能，大大提高了自由空間曲面的加工精度、質量和效率；
　?。?）三軸加工機床無法加工到的或需要裝夾過長的工件（如長軸類軸面加工）的加工，可以通過四軸旋轉工作臺完成；
　?。?）縮短裝夾時間，減少加工工序，盡可能地通過一次定位進行多工序加工，減少定位誤差；
（4）刀具得到很大改善，延長刀具壽命；
（5）有利于生產集中化。
3 四軸加工中心的工作模式
　　四軸加工中心一般有兩種加工模式：定位加工和插補加工，分別對應多面體零件加工和回轉體輪廓加工?，F在，以帶 A 軸為旋轉軸的四軸加工中心為例，分別對兩種加工模式進行說明。
3.1 定位加工
　　在進行多面體零件加工時，需要將多面體的各個加工工作平面在圍繞A 軸旋轉后能與A 軸軸線平行，否則將造成無法加工，出現欠切或過切的現象。一般來說，通過安裝在第四軸上的夾具將加工零件固定在旋轉工作臺上，校正基準面以確定工件坐標系
A 軸零點位置。在實際加工中先通過A 軸的角度旋轉得到加工工作平面的正確位置，然后利用相關指令
（例如FANUC 系統中的M10）鎖定該位置，保證加工過程中加工面與A 軸零點位置固定，從而使得該加工面內所有元素的完整正確加工。對多面體下一個加工面加工時，只需先利用A 軸打開指令（例如
FANUC 系統中的M11）將A 軸打開，再旋轉A 軸角度至下一個加工平面與A 軸軸線和主軸軸線組成的相交平面平行或垂直，然后鎖定即可加工 [2]。
　　此類加工中，A 軸僅起到分度的作用，并沒有參與插補加工，因此并不能體現四軸聯動的運算。
3.2 插補加工
　　回轉零件的軸面輪廓加工或螺旋槽的加工，就是典型的利用四軸聯動插補計算而成的插補加工。例如圓柱面上的回轉槽、圓柱凸輪的加工主要是依靠 A 軸的旋轉加 X 軸的移動來實現的。此時，需要將 A 軸角度展開，與 X 軸做插補運算，以確保 A 軸與X 軸的聯動，這個過程將用到圓柱插補命令（例如 FANUC 的 G07.1）。

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5 結語
　　90 度與 270 度柱面上的圓是附著在外圓表面上，加工時必須要工件旋轉與 X 軸方向的移動同時進行中進行熟練化的操作，發現問題，解決問題。目前，多軸數控加工技術正朝著高速、高精、復合、柔性和多功能方向發展，努力達到高質量、高效率的目標。因此，掌握多軸數控加工技術和應用是加工制造業的方向和任務。智能制造離不開先進加工技術，多軸制造必然成為工業 4.0 的熱點和焦點。

標簽：加工中心

分類：加工中心

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