解析EdgeCAM的创新思维多轴加工篇0扣件
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解析EdgeCAM的创新思维--多轴加工篇
解析EdgeCAM的创新思维--多轴加工篇 2011年12月03日 来源： 随着多轴数控机床的广泛应用，越来越多的企业发现，多轴编程工作已经成为了影响加工效率的一个瓶颈。这里我们力图为大家提供一个简单而可靠的解决方案----EdgeCAM产品在多轴加工方面的创新之处以及化繁为简的两个特点。 首先我们先来了解一下产生这个瓶颈问题的根源。多轴加工准确地说应该是多坐标联动加工。当前大多数控加工设备最多可以实现五坐标联动，这类设备的种类很多，结构类型和控制系统都各不相同，在三坐标铣切加工和普通的两坐标车削加工中，作为加工程序的NC代码的主体是众多的坐标点，控制系统通过坐标点来控制刀尖参考点的运动，从而加工出需要的零件形状。在编程的过程中，我们只需要通过对零件模型进行计算，在零件上得到点位数据即可。而在多轴加工中，不仅需要计算出点位坐标数据，更需要得到坐标点上的矢量方向数据，这个矢量方向在加工中通常用来表达刀具的刀轴方向，这就对人们的计算能力提出了挑战。目前这项工作最经济的解决方案是通过计算机和CAM软件来完成，众多的CAM软件都具有这方面的能力。但是，这些软件在使用和学习上难度比较大，编程过程中需要考虑的因素比较多，能使用CAM软件编程的人员成为了多坐标加工的一个瓶颈因素。 其次，即使利用CAM软件，从目标零件上获得了点位数据和矢量方向数据之后，并不代表这些数据可以直接用来进行实际加工。因为随着机床结构和控制系统的不同，这些数据如何能准确地解释为机床的运动，是多坐标联动加工需要着重解决的问题。这里我们首先来看看不同的机床结构对加工程序的影响。我们以五坐标联动的铣切设备为例，从结构类型上看，分为双转台、双摆头、单摆头/单转台三大类，每大类中，由于机床运动部件的运动方式的不同而有所不同。例如，就拿直线轴Z轴为例，对于立式设备来说，人们编程时习惯以Z轴向上为正方向，但是有些设备是通过主轴头固定而工作台向下移动，产生的刀具相对向上移动实现的Z轴正方向移动，又有些设备是工作台固定而主轴头向上移动，产生的刀具向上移动。在刀具参考坐标系和零件参考坐标系的相对关系中，不同的机床结构对三坐标加工中心没有什么影响，但是对于多轴联动的设备来说，就不同了，这些相对运动关系的不同对加工程序有着不同的要求。其次，由于机床控制系统的不同，刀具补偿的方式和程序的格式也都有不同的要求。因此，仅仅利用CAM软件计算出点位数据和矢量方向并不能真正地满足最终的加工需要。这些点位数据和矢量方向数据就是编程人员常常提到的前置文件。我们还需要在后期，利用另外的工具将这些前置文件转换成适合机床使用的加工程序，这个工具就是人们常说的后处理。 后处理的制作需要由专业人员利用各种软件工具来完成，虽然大多数的CAM软件都能够提供这类工具模块，但是这项工作很难由工程技术人员来完成，它对人员的综合能力要求很高，不仅要了解CAM软件平台的使用，还需要使用一些程序开发语言和工具，以至于有一些软件公司抓住这个商机，专门研发这类工具软件来满足市场的需要，这才是多坐标加工瓶颈的根源所在。
现在我们来看一下EdgeCAM是如何解决这些问题的。首先我们来了解一下生成刀位坐标点和刀轴矢量数据的过程，也就是刀具路径的生成过程。不同的CAM系统在计算刀具路径的过程中，都是通过参数设置对话框来进行交互，由使用者输入相关参数和对象，然后计算机进行计算处理。EdgeCAM也不例外，但是EdgeCAM有两个独特之处：其一，EdgeCAM并没有像其他软件那样提供了众多定型的加工策略，而是在一个“五轴加工”的框架下，集成了所有的加工策略和所有的刀轴控制方式，这些加工策略和刀轴控制方式可以任意组合，增加了使用的灵活性。另外，还有一些速度控制、检查项设置、引导设置、粗加工选项等功能，满足对刀具路径进行调整优化的需要。下图为“五轴加工”中参数设置对话框中的两个页面：
其二，EdgeCAM为了使用者能够更方便快捷地生成刀具路径，定制了四个常用的加工方法，也就是加工策略和刀轴控制方式典型的组合方式，它们分别是：四轴旋转铣、五轴侧刃铣、五轴平行精加工、五轴外形铣，这些加工方法简化了参数设置页面，并提供了参数说明图解，使用者只需要点击参数栏目，即可看到这些参数的注释图片和动画，可以很直观地理解各个参数的含义和要点。当然，如果生成的刀具路径不理想，还可以在“五轴加工”提供的详细参数进行微调。
交互式的参数设置页面中，点击任意参数栏目可见注释图片或动画
在加工策略上，EdgeCAM利用了这两个特点相互支撑的优势，满足了不同类型的用户和不同类型零件的编程需要。“五轴加工”加工方法灵活多变，突破常规的设计给使用者提供了更大的想象力发挥的空间，定制成型的四个加工方法更是化繁为简，像路标一样引导使用者达到最终目的。 此外，在刀具路径的计算过程中，可以同时设置多达四个检查项目，包括刀具/刀套与型面、检查面等项目，并设定了退刀、停止计算、倾斜、删除干涩刀路、沿着刀轴矢量方向移动等处理方式。刀具路径的计算过程，还与机床的各个直线轴和旋转轴的行程相关，确保满足实际加工的需要。由于五坐标加工中的刀具切削速度是一个合成速度，为避免摆动角度对合成速度的影响，还设置了速度优化选项，弥补了一些控制系统在进给速度的调控处理能力方面的不足。 以上特点使EdgeCAM生成的刀具轨迹不仅可以满足各类加工零件的需要，更可以弥补数控设备硬件的不足和限制，使得刀具轨迹更具有可实现性。 最后，我们来看看EdgeCAM如何将刀具路径转换成可应用的NC代码。前面讲述过，不同类型的机床在配置后处理的时候有不同的要求。EdgeCAM提供了代码向导----Windows风格的交互式界面，利用此工具，将繁琐的后处理定制过程简单化直观化。无需任何编程经验，只需要了解机床的结构和代码格式，即可通过向导定义出满足要求的后处理。关于机床结构等一些复杂的问题都由程序开发人员在前期定义完成，无须使用者关注。这个向导的工作过程如下，首先，通过下面的对话框选定机床的结构种类：
机床类型分为：卧式、立式、龙门三大项；然后指定旋转轴类型，分为转台和摆头两大类，可以根据您的机床结构任意组合。在完成了前面两项任务后，选定一个相似的模板即可。这里既可以选中“导入默认的机床结构模型”选项获得默认的参数化机床模型，也可以插入用户现有的机床三维模型（模型类型不限，只要EdgeCAM能直接加载的实体模型格式均可）。然后在机床结构树中，设定机床各个部件的行程、初始位置等参数，这些参数将在计算刀路时发挥作用。
在后处理向导中，通过在机床结构设置页面中对机床结构树的设置，可以定义机床各个运动部件之间的相对运动关系，一旦这些部件的运动关系确定了，生成的代码即满足此类机床结构对程序的要求。由于控制系统对NC代码格式的要求，我们可以参照普通三坐标后处理定制过程的方式进行处理。例如常用的G、M代码等，通过对话框填空的方式即可完成，见下图：
常用G、M代码设置页面。所有栏目都设有默认值，无需全部输入。默认值来源于选定的默认模板。在机床结构设置界面中可以看到有多种默认模板可供选择。
在向导中完成这些配置后，向导界面还提供了自动编译功能，可以按照设定的项目和机床参数自动生成后处理文件；生成的后处理文件可以直接在EdgeCAM中被选用。补充说明一点，EdgeCAM并不是先将刀具路径输出成APT前置文件，再由后处理转成后置文件；而是进入加工环境之前进行初始化的时候，就要求指定后处理文件，进入加工环境之后，所有的加工功能和生成的刀具路径，均与后处理设定相关联，生成刀具路径后，直接生成机床可以使用的NC代码。 五轴加工编程过程中，在CAM环境下的编程操作是关键环节，由于需要考虑的因素比较多，因此对CAM软件提出了更高的要求；EdgeCAM在此开放的基础上会进一步的发展以满足各种零件的加工需要。增强功能的同时，也不会忘记怎么样才能更简单地解决问题，使得多轴加工更容易被掌握。刀具路径的生成不仅与软件环境相关，同时与模型的质量关系也非常大，好的模型使得编程操作事半功倍。因此，再进行多轴加工编程之前，应该对建模工作给予足够的重视。(end)