Cimatron五轴教程

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大家新年好!
祝大家在新的一年里身体健康,工资翻番.
其实一直都有想做五轴教程的想法.
7 T! i: ~4 Y0 m  q由于种种原因,一直拖到了2013.
8 t1 a6 P1 ]6 c3 w  M5 }9 m在接下来的时候,我会抽时间慢慢完成教程.
分批上传,跟大家一起讨论.
在这里提前说一声,时间上不敢保证.
尽量每天都有教程出吧.
3 ~  U, r. Y! A. k学习过程中有问题可以直接在本帖回复,我会持续跟踪.
也同样加我QQ:40320986,或关注我新浪微博:http://weibo.com/i/2547013394
( U, W  b4 h9 Q8 \3 Z! w$ W
好了,开始吧,新的征程.

本次教程我会加入比较多的个人理解,可能会存在误差,甚至是错误,欢迎大家一起讨论.
$ x2 D/ g; B( p3 h' W2 L

温馨提醒：为保证帖子质量，杜绝非技术类回帖及灌水，一经发现将作删除处理！
                                                                                   密密麻麻 示

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9 t  ~  n  e3 X
. R& X6 o) J  Y- A' P# T3 O1 N; ?在学习五轴加工之前必需先了解以下几方面.
1:五轴加工的概念.
2:机床结构(不仅仅是五轴,四轴,六轴甚至更多的轴)
3 p+ ~9 d6 H8 m3:控制系统.
4:五轴加工类型.
+ D+ O( y3 J8 {' Z! Q5: (到这一步)学习五轴加工的方法,也就是如何编程.
- B/ @( T" ?* v; R6:机床仿真.
, j4 q4 N. I! w" Y( V4 \$ |7:后处理,输出匹配机床的G代码.
- \& g+ l$ u; l' O: J
接下来的时间我会跟大家一一讨论.
+ B; |$ b. }" @, N# @# q, f- i4 t

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0 e* v( Z2 r* [& N  t
五轴加工的概念

五轴加工是指在一台机床上至少存在五条运动轴(三条线性轴和两条旋转轴),
- P! L  f! d: b, e9 {+ Y其可在计算机数控(CNC)系统的协调下进行加工.
) w7 Y, H( `, G8 b  x0 `' k! T9 u) z五轴加工为集机床结构、数控系统和编程技术于一体的综合应用.
以下为实际加工案例:

! Z/ Q" F) |/ c! o! \4 a  g双转台(TT)





摆头加转台(TH)
) e- l1 n* W$ L  C# a5 n/ Q% U



% N2 r" B5 n+ {( T0 b) G
双摆头(HH)

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机床结构
& K6 g  Y1 Y: Q# S# ?/ U9 {根据主轴的方向分:
  L: V: Y# g* N  ]7 [立式(Vertical)    简写为V ,接下来的教程中出现V则代表立式机床
卧式(Horizontal)    简写为H ,接下来的教程中出现H则代表立式机床
8 p1 H1 v( ~9 o: G' Y. r
根据旋转轴的结构及位置分:
双转台(Table-Table)    简写为TT ,接下来的教程中出现TT则代表双转台机床
1 `' \4 P. Y2 w+ z双摆头(Head-Head)     简写为HH ,接下来的教程中出现HH则代表双转台机床
5 G1 q8 h8 j; ~4 D% S$ J- R转台加摆头(Table-Head)     简写为TH ,接下来的教程中出现TH则代表双转台机床
8 a+ f$ e. K% D* p/ T8 \
以下为各种机床结构:
  t4 z$ ]8 }3 d1 d4 y+ ~

通常情况下:平行于X轴的旋转轴称之为A轴, 平行于Y轴的旋转轴称之为B轴, 平行于Z轴的旋转轴称之为C轴.同样存在一些旋转轴不平行任何常规的线性轴,该类机床称之为非正交机床.
旋转轴有旋转方向之分,默认规则为右手定则,见下图:
, A. z# ~) _) M& e6 ]! ^) L" i
- I: w3 r& D/ }4 J# }拇指指向线性轴正方向,四指弯曲方向为正.
% \, `7 T: p" D8 E& g8 {当然有些机床的旋转方向是反的,这些可以在控制系统中设置.
同时我们也不用纠结,就算是反的也没有关系,这部分同样由后处理控制.

5 o! M4 n- B! x+ F' F2 n5 y& P7 Z4 R在CimatronE中进行多轴编程时,需要注意的是最大加工范围.如AC结构的五轴机床,A轴旋转范围为-20°至110°,编程的时候A轴旋转角度就不可以大于110°,否则机床会超程.同时后处理的时候就会报错.其它所有的一切就不是编程需要考虑的事了,全部由后处理的完成.换句话说,假如有三台机床,分别为TT,TH,HH,其加工范围都一样.编程则不存在任何区别,其机床所需要的代码由后置控制输出来匹配.假如是四轴机床,则由输出坐标系来匹配正确的旋转方向.
: Z5 {; q4 Z: E  `0 P& R8 O  X. z
) s" D- o+ r0 q8 C6 l& k软件只能用五轴来描叙运动,六轴联动是存在的,可以手工编程,但是软件暂时还无法描叙.就理论上来说,常规的加工五轴就足够了.
换句话说:不管是五轴机床,还是5+1的机床(立卧转换?),还是六轴联动机床,其实在软件中编程时都只是五轴而已.包括高端的复合机床,如九轴五联动之类,甚至乎128轴的机床(这是我见过的最多轴的机床了).这些都一样,目前软件能够描叙的运动最高为五轴.


$ H) X1 i2 A$ A9 Q

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0 Y9 u/ p8 J* j* ]8 g- S! [5 g
/ ~1 g: K1 k; w0 A0 j  _# r- G  w控制系统
! B! V0 ?, i- Z; j
( @' o7 L1 V6 `/ W( s3 k五轴控制系统有很多很多,常见的有以下类型:
% M7 G8 Q4 V* O: ?HEIDENHAIN
3 J4 }$ F% H4 }! ]0 L9 USIEMENS
MITSUBISHI
7 A- A4 R$ [0 p% n; M* \6 ~$ mFANUC
7 v' q3 i: g* `FAGOR  
NUM
FIDIA
Osai
华中数控
..........

5 c2 b8 d4 m5 X- u& t凡事都有好丑之分,凡物都有好坏之分.控制系统也不例外.
# z5 I/ e* V6 [4 M7 K$ c" _* _% m五轴控制系统与三轴控制系统的区别在以下方面:
  @5 g8 }- d( [1: RTCP(也有称之为TCP或TCPM等),其表示自动跟随刀具旋转中心点(Rotation Tool Center Point). 带RTCP功能的可以称之为高级控制器,其接受的G代码与Cimatron编程窗口中显示的刀位点一致(参考输出坐标),旋转轴旋转后所产生的线性轴差异由控制系统的RTCP功能自动补偿.其区别见下图:

8 V' p" u  d* N" Q. d! i$ }* S' n除此之外,RTCP功能可以提高加工精度.见下图:
! r; s+ t3 z7 I, }/ i" T

) z  }# Y  @. v( T带RTCP功能的控制器就可以完美的补偿整个运动.
/ Z) [  E: m0 f( \' ~当然,不带RTCP功能的控制器,可以在后处理种控制器误差,后处理将整个运动打断成多段.
0 }; V( d9 @/ e0 L# D以小线段来逼近公差.
0 h8 u9 j* o  u- a0 |4 p9 U   常见的控制命令有:M128, TRAORI, G43.4 ......
" a: X0 s( m/ x" g: I/ u
2: Working planes (简写为WP),工作平面.
) k6 O) ^# M- e5 W   WP用于定位加工和钻孔.定义WP,可根据不同方向的坐标输出.其好处是可以使用所有的标准功能(如,圆弧插补,样条线插补,刀具半径补偿,工件旋转,钻孔循环等).换句话说:不定义工作平面就无法在任意空间平面进行上述操作.
1 w+ j& Y! ]' Z  u常见的控制命令有 CYCL DEF 19, PLANE SPATIAL, ROT, G168.2  ......

4 h5 F4 K5 I$ o' `6 \3: Datum shift,原点转换
  R- L- B' y+ g6 g# f4 C9 Q  c, D  原点转换可以将输出代码原点放置在编程坐标上,其G代码与导航器中所见到的坐标一致(该坐标参考的是编程坐标,不一定是输出时用的参考坐标).
* U$ v; R0 f. L5 d0 q该功能对于手工编程来说是非常有用的.
常见的控制命令有 CYCL DEF 7.0, TRANS  ......

& K" R6 A! f; T- x$ X这些基础知识仅需要了解即可,对于编程人员来说,不用纠结控制系统是什么?
所有输出的代码都由后处理控制.编程的时候只要控制输出坐标系即可.

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五轴加工类型
( t( g9 c& [& U; @: [- S& Q  i在CimatronE中五轴加工主要分以下四种类型:
定位加工,联动加工,自动倾斜,裁边加工.
: N: n$ f7 n# m6 e/ p( Z其中自动倾斜和裁边加工都属于联动加工,
自动倾斜主要用于模具精加工及清角.
: L. \( P" R' H; Y  c裁边加工主要用于产品最终成型修边.
/ \( a5 U- g7 H! t% ?, I见下图:
. a! \6 \+ e& n" g; H
. a4 \% h6 z6 M

' N/ W4 Y) P0 `, Q

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2 I" [, C6 `) A" C& j$ H
五轴加工方式:

本节为学习的重点,将使用实例加工来一一讲解各种加工类型可用的加工方式.

1:定位加工,任何策略(常规的三轴策略及高级五轴策略)都可以用于定位加工,(3+1,3+2,4+1,5+1)都可以认为是定位加工.

2:联动加工,通常是使用高级五轴策略,在CimatronE中也称之为航空铣.

3:自动倾斜,通常使用曲面精加工及清角策略.

4:裁边加工,CimatronE有专业的裁边加工策略.某些情况下也可以使用的高级五轴策略进行裁边加工.
6 G0 ]3 Y9 K3 @4 U, h/ M4 ~

本部分在后续进行详细讨论.

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- j: X/ m' L( v  U/ _+ f: X
机床仿真

Cimatron提供了专用的机床模拟模块.

可进行毛坯切除过程模拟、余量分析验证等.可观看机床各个轴的运动情况.对刀具、夹头与工件、夹具及机床本身之间进行干涉及过切检查.检验装夹的合理性，优化摆放位置.

CimatronE内置机床库 – 目前有70余种不同类型的机床模型.

同时支持自定义机床,完全模拟实际机床及加工过程.

在这需要提醒各位一件非常重要的事,在机床上的实际运动与软件(CimatronE)中编程的刀轨有可能有一些细微的差别.这主要体现在连接部分(具体连接在后处理部分会提及).如此,CimatronE中直接模拟的是编程的刀轨,仅可以确认刀轨是否正确.必须使用经过验证的后处理才能确保机床加工安全.如需要验证G代码是否安全,可以将G代码反读入来模拟.或者使用专用的G代码验证软件进行验证.

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关于后处理

         五轴后处理基于控制系统,机床结构而定制.

     记住一点,为了您的机床着想.请不要使用未经测试的后处理输出代码上机运行.

     就算是相同的控制系统,相同的机床结构也需要特别小心.

     最有可能出问题的就是连接部分.

     关于连接部分:

     1:两程式之间,快速运动之间都属于连接.在GPP2中处理这些连接分为长连接和短连接,输出的代码不一样.这样就有可能撞机!!切记切记.

     2:当到达旋转极限时,GPP2称之为两解决方案之间的连接.比方说:AC结构的机床,A轴范围为-10°至100°.刀具位于A-5,C0°时,GPP2同样可以输出A5°,C180°,这就是两种解决方案.当A轴到达-10°时,首先需要沿刀轴方向退刀(TT的机床就是Z轴了,这种最简单,TH呢?HH呢?).退刀完毕后,假如机床支持RTCP(M128功能),这时候需要关闭RTCP,旋转轴旋转至第二解决方案.再开启RTCP,再沿刀轴方向返回切削点.再继续执行.

     3:换刀后连接.这种情况通常都是安全的(特殊情况下,需要将工作台移动至某一无干涉的位置).
* \) R/ N! H5 W: k& |/ S" x9 U+ d/ v

     
附件为测试用的后置,仅用于查看代码.本人不对代码产生的任何结果负任何责任.
test_post.rar (42.23 KB, 下载次数: 369)

2013-1-21 16:00 上传

点击文件名下载附件

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五轴应用范围:
叶轮,叶片,弯管,接头,刀具,航空结构件,轮胎模具,模型,玩具,复杂零件,深腔模具,钟表业……

" X- U! @+ s  [9 ^
2 {) v/ B7 t$ N0 K  g7 H

you3232001

好吧，咱占个地下室吧，五轴的程序匹配三轴的后处理在三轴的机床上能运行吗，为什么

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you3232001 发表于 2013-1-4 07:43 static/image/common/back.gif
好吧，咱占个地下室吧，五轴的程序匹配三轴的后处理在三轴的机床上能运行吗，为什么

# a. h; l9 k# L8 u按我的理解,五轴程式应该是五轴联动程式,这样的话,其轨迹应该有旋转轴代码,三轴机床无旋转轴,无法执行.

% t# o* i9 C9 D; R6 l如果是五轴策略,其可以编三轴程式,三轴程式当然是可以在三轴机床上运行的.

% J+ p8 E  l' C" s7 }Cimatron从E9开始,对三轴用户开放了航空铣(五轴)策略.完全可以用于三轴机床.

abpfnet

编程原点一般是不是都放在机床旋转摆动的交线点上

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abpfnet 发表于 2013-1-4 13:49 static/image/common/back.gif
& i2 D' Q4 X/ h编程原点一般是不是都放在机床旋转摆动的交线点上

不需要,这种方式是上世纪的办法.
自从海德汉最早开发出RTCP功能之后,就可以随意放置在任何位置了.
# P% y4 R4 E9 W同时后处理器也有更新,就算是不支持RTCP的机床,也可以随意放置在任何位置,
后处理会提供人机交互区供补偿.

密密麻麻

交互区截图：
$ I" c8 d9 J+ o5 e: U

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密密麻麻 发表于 2013-1-4 15:02 static/image/common/back.gif
1 ]+ N' ~6 y% j  }  U, D交互区截图：

& W) p$ l: O* h2 x! ^通常来说是做在这个位置的.
GPP2提供了专门的变量来补偿差值.
1 B, U& e5 _- s, D) d% Q同时也提供了虚拟点,A=B+C.详情可以查看GPP2手册4.8关于五轴机床定义部分.
* D& x& u! `1 f9 q5 s+ m9 Z通常都是在这个位置输入

密密麻麻

80597690 发表于 2013-1-4 15:24 static/image/common/back.gif
) k# q- Z1 F# }/ _4 o通常来说是做在这个位置的.
GPP2提供了专门的变量来补偿差值.
: L. b) P0 s! q' u3 Z% ]( o  |1 V/ o同时也提供了虚拟点,A=B+C.详情可以查看G ...

5轴涉及变量多一些，4轴就两种情况，在旋转中心和不在旋转中心，也就是说做一个Z的变量就好了！

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密密麻麻 发表于 2013-1-4 16:11 static/image/common/back.gif
' b$ R* P% T4 F5轴涉及变量多一些，4轴就两种情况，在旋转中心和不在旋转中心，也就是说做一个Z的变量就好了！

A轴机床有Y和Z,B轴的有X和Z.
五轴机床有XYZ,但是为了不用每次都去计算XYZ的差值.
* b, l9 _3 V/ N: x9 m7 \可以直接把机床旋转中心写入后置,对话框中直接输入工件坐标即可(方便,不需要计算).
后处理将对两值相加.
4 G5 G: E9 l* x+ d/ e2 Y6 c这就是我说的A=B+C.

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定位加工:

3 s) h" [6 I  K+ s

本教程使用一个实例来介绍如何创建定位加工程式.
1 U( g. w1 E- q* s+ L
" M- K# i4 g  i$ _+ V. o

知识点:

a)         定位加工程式的坐标如何创建

b)         安全高度的定义
; L0 m- x$ I0 p' X( A8 k- T

   接下来我们一步步来完成本案例的编程.

      注意:假设读者已有三轴基础,对于简单的,常识性的三轴内容在本教程将不再重复.

1.   打开 定位加工.elt (见本帖附件).

2.创建TP.按下图设置,点击 确定.

" @. J$ G; G1 M; j# i( S2 A  ?

    首先将刀轨类型修改为5轴.

实际上,如果仅使用三轴程式,不用五轴联动,类型也可以为3轴,但3轴类型的TP中无法创建五轴联动程式,所有通常设定为5轴即可.
4 d* b/ J) i4 _* F, d坐标系: 可以是工件的任何位置.建议选用工件取数(分中对刀)位置.本坐标不参与G代码的任何计算,仅影响下文起始起始点的位置.
起始点:XY的值可以不用管,任何时候都不会输出这些值.Z代表安全高度.在两程式之间连接时可能会抓取该值(取决于后处理如何处理连接部分).与三轴程式不同的是,三轴仅考虑Z方向即可.但五轴程式需考虑整体工件大小.比如当前工件,其X长度为180.在可能的情况下(机床Z轴行程足够),安全高度应该大于该值的一半.

3.   创建新的平底刀,直径为10mm.

4.创建零件.直接确定.
0 v4 t& y0 i9 o* l

5.       如图所示创建毛坯,修改Z最高度为0.
4 N" @. L# a( \3 R. Q8 m4 y' o. [! O

6.       创建程式,选择体积铣-环绕粗铣.
选择所有曲面为零件曲面.使用刚创建的刀具.
# J/ P. ?3 \" v+ }9 ]% I如下图所示设置参数,不重要的参数已经隐藏.

& g* M. Y' \1 K' r4 K1 w点击 预览,查看剩余毛坯.

保存并计算.结果如下图:

7.       创建新的平底刀,直径为6mm.

8.       接下来对Y负方向,侧边的槽进行定位加工.首先应该创建加工坐标.点击主菜单"基准--坐标系--垂直于平面",如图所示选择槽底面,并在该平面上任意选择一点来放置坐标.
该坐标就是定位加工程式中将使用的坐标,其主要作用是确定加工方向.X或Y轴方向不重要,Z深度所在位置也不重要.

9.       创建新的开粗程式.选择槽底面作为轮廓,所有曲面为加工曲面.
! H1 R  p/ ?( F! X" I" s% ]* [( n" k  
选择刚创建的6mm的刀具.如下图所示设定加工参数.
, }1 `' y6 x6 X% }% W1 N
注意:程式坐标系需修改为刚创建的坐标.保存并计算.

10.       使用导航器模拟查看,可以发现,CimatronE会自动参考之前毛坯.尽量减少空刀存在.如下图:

* Y9 r$ l7 a0 D! V8 `

11.       重复第8至第10步,对X正方向的槽进行加工.

12.       旋转复制上述两程式,注意参考坐标系(可自行测试选择不同的坐标来查看结果,深刻理解此参数).
) {4 W9 I; t# @6 B' w
2 Z1 W. V" h) J. ]% c) n$ ^自程式中选择要复制的程式.选择转换方式为:仅放射中心.当前点为model坐标原点.如下图所示设定参数:
4 F( L' O2 w2 w6 t5 U! H
% t) s( K) c2 v/ p: z特别注意参考坐标系.

13.       同理完成钻孔程式.

END!先到这里,后续再补充.

ELT文件在这!
4 j3 D. g* K- f: @8 w# w4 u8 Y 定位加工.rar (1.05 MB, 下载次数: 534)

2013-1-4 17:14 上传

点击文件名下载附件

5 P5 ]2 J- D: }$ M7 @


  T' u' p7 m6 x2 a) o# z
6 U- m# p" z1 ^) z) x" I
- X0 m5 t, n% k$ N; e2 O
1 M, I* v7 T4 p  e2 c, \

xiaodong526

曾工，向你请教下！post 在程序输出模拟时总是与实际刀路位置不合！我在vericut 上也是一样，我换成  工作台转中心为输出也是一样! 因程序在机床上跑过没有问题为什么模拟时出现这样情况？

glen

80597690 发表于 2013-1-4 13:52 static/image/common/back.gif
, I0 M: M" c& w' O  c不需要,这种方式是上世纪的办法.
自从海德汉最早开发出RTCP功能之后,就可以随意放置在任何位置了.
同时 ...

RTCP应该是fidia最早开发出来的，而不是海德汉。

luo7534211

曾老大 期待整个钻孔的3+2

glen

xiaodong526 发表于 2013-1-4 20:34 static/image/common/back.gif
* S6 y0 `' p, B1 T  A0 U5 T曾工，向你请教下！post 在程序输出模拟时总是与实际刀路位置不合！我在vericut 上也是一样，我换成  工作台 ...

你这应该是模拟时设置不对吧。明显的模拟时零件小于刀路，软件的模拟跟你post没关系的

luo7534211

80597690 发表于 2013-1-4 16:57 static/image/common/back.gif
A轴机床有Y和Z,B轴的有X和Z.
五轴机床有XYZ,但是为了不用每次都去计算XYZ的差值.
可以直接把机床旋转中 ...

* t4 a7 y) z4 O8 [' c/ h7 P老大 这段文字有图片看没？

glen

luo7534211 发表于 2013-1-4 22:42 static/image/common/back.gif
& Q% K' U' R& {! v老大 这段文字有图片看没？

2 A# V  S9 c+ \3 x这里估计不会给你看图，都是关于后处理了。他那图也只是告诉你他在后处理定义了变量可供人机交互区直接补偿。