非正交五轴的离线编程实例分享

当前的数控机床功能日趋精良，五轴机更是品类繁多。根据结构和性能的不同，双转台、单摆头、双摆头、立卧转换、非正交摆头、非正交转台、铣车复合……再结合不同品牌的控制系统，为产品加工开辟了多个战场。下面，我们分享一个典型的非正交五轴机床的离线编程案例。

项目介绍

某航空制造单位现有二十多种数控机床，包括数车、三轴数铣、四轴加工中心、五轴加工中心等。机床的操作系统就不止一种，包括 Fanuc、Siemens、Puma、Okuma、Mazak、Heindenhain 等。机床类型众多，控制器先进，原来的编程方式都是手工编程，明显已跟不上当代数控加工的发展。

02、典型问题

基于现有机床条件，以及编程环境，要想充分利用好每台机床的强大功能，首先要了解当前存在的主要问题。

传统的手工编程，占机时间长，编程效率低。

加工程序管理不方便，缺乏一个统一的编程平台。

工件比较复杂，多采用压板螺栓装夹，刀具容易与夹具碰撞。急需离线碰撞仿真纠错。

多轴转台空间关系复杂，刀位计算困难。人工计算效率低、难度大。

同一工件在不同机床上加工，需要手工修改原有的 NC 程序格式，以匹配当前机床。这会花费大量时间，影响生产进度。缺少一个能适应所有机床的后处理平台。

03、案例展示

鉴于用户现有机床种类较多，无法一一赘述。仅以 DMU80P duoBLOCK 五轴机为例，探讨一下在实际加工中的特点。

该机床配置有先进的 Heindenhain TNC640 数控系统，支持 3+2 定向加工和五轴联动加工。主轴为非正交B旋转轴，B轴中心线与水平面夹角为45度。工作台为 C 回转轴。

独特的非正交摆头，以及大直径的回转台，非常适合加工尺寸较大的壳体、腔体及阀泵类零件。如下图。

非正交主轴旋转范围为 0 – 180 度，可以实现立卧连续摆动。对于 3+2 定向加工，海德汉系统自身的 PLANE 倾斜面编程十分方便，可以轻松实现面向模型的快速编程，而无须人工计算 B 轴摆角。但对于五轴联动加工，就不那么容易了。会话式编程几乎无法实现复杂轮廓或曲面的五轴联动编程，而人工编程更难以计算 BC 角的连续变化值及刀尖方位。

此时，通过完善的多轴后处理，便能够容易地生成符合机床特性的 NC 程序。编程员只需要在 Mastercam 中对模型进行刀路编程即可，后处理器自动将刀路转化为带有PLANE 或 TCPM 等高级指令的 NC 程序。

以下列出某样件的五轴侧刃铣削刀路简图，以及海德汉 TNC640 五轴后处理生成的NC 程序。

五轴侧铣：

NC程序：

该程序包含多种功能：
原点平移【CYCLE DEF 7.0】
TCPM刀具中心点管理【M128】
最近转角距离【M126】
倾斜面定向【PLANE SPATIAL】
矢量定义旋转角【TX\TY\TZ】
此程序使用了矢量定义刀轴方向，充分发挥了控制器的先进性能，同时大大提高了程序的可移植性。当指定机床因故不能用于加工时，该程序可很快适用于另一台类似机床，不必再重新后处理。

采用矢量的形式，也使后处理的应用更加方便。一套后处理可以支持多台不同结构的机床。事实上，现场的一套后处理同时支持了三台不同结构的机床：DMU80P、DMU65 和 Mikron MILL E 700 U。它们分别是 HT结构、BC 转角的非正交五轴，TT 结构、AC 转角的五轴，和 TT 结构、BC转角的五轴。