NX CAM在五轴定位加工中的应用
随着科研产品的复杂化及承接航空航天方面工件，三轴加工愈来愈无法满足产品形状复杂、形位精度高、加工工位多和工期短的特点。而五轴加工恰恰*了这些缺陷，一次装夹即可满足多个面的加工，工件装夹次数少，对刀简化，位置公差由机床一次装夹保证，尺寸公差在机床端由刀补调控。本文论述中所涉及的机床为头摆bc轴，控制系统为西门子840d。
一、五轴联动加工与五轴定位加工的特点与差异
五轴联动加工与五轴定位加工适用的行业对象不同，联动加工适合曲面加工，定位加工适合于平面加工，我厂为机械厂，故本文介绍后一种方法。表1为两者的区别。
图1为我单位某工件，图中除红色面（圆角面）必须用五轴联动外，其余部位均可使用定位加工实现。
二、五轴定位加工手工编程与电脑编程的特点与差异
一直以来，我厂五轴机床并未发挥其应有的性能，开始时作三轴使用，后来虽使用了五轴功能，但处于手工作业（简称“手工五轴编程”）的方式：加工前由程序员告知操作者机床刀轴的角度，操作者根据此角度在机床中手动设置bc轴，然后在工件上对刀，使其与编程的坐标系一致，再调用程序加工，亦即手工作旋转轴定位动作，然后以三轴方式加工。由于此方式涉及手工计算bc轴旋转角度，故计算容易失误，增加多余劳动，加工工位多时，效率低下。且对稍复杂零件如图1当中的蓝色圆柱面（及孔），虽能计算出圆柱轴线的旋转轴定位角度但却无法在加工方向上对刀加工。
在实用化的五轴定位加工中，上述旋转轴bc的旋转角度、定位位置数值均由电脑通过局部坐标系并由后处理生成的（简称“自动五轴编程”），编程员只需在编程时设置不同待加工部位的局部坐标系，在此坐标系下以普通三轴方式编程即可。由此，编程员只需校核实体模型的正确和准确与否，至于机床如何旋转与定位，便变得与编程无关，亦与操作者无关。表2所示为“手工五轴编程”与“自动五轴编程”的对比。
三、nxcam在“支架”定位加工中的实现
“支架”产品如图2所示：要求一次装夹加工完成除总长外全部特征。加工坐标系g54原点位于工件上表面圆心处。其中+x指向凸耳方向，+y指向工件后方，+z向上。操作者以此坐标系对刀。
1.工艺规划
此工件已精车完成外形，铣加工部分可在一次装夹中全部完成，其中四个径向槽、φ1.5光孔（图中zui小孔）及凸耳根部的清根（图中红色线处）需使用5轴定位功能，其余均可使用3轴功能完成。因本文讨论五轴定位功能，故以图中红色线处的清根加工为例说明。
2.五轴定位加工的原理
五轴定位加工的原理实质上就是三轴功能在特定角度（即“定位”）上的实现，简单地说，就是当机床转了角度以后，还是以普通三轴的方式进行加工，因此三轴应用上的特性均可在五轴定位加工上重复使用，其实现的方法是通过对坐标系的旋转和平移。结合图例来说，即由图2的对刀坐标系g54（又称“主坐标系”）转变为如图3所示的加工（编程）坐标系（又称“局部坐标系”，原点位于φ1.5孔圆心，+x仍指向凸耳方向，+y变为指向工件上方，+z变为指向工件前方），上述步骤的意义和目的在于：主坐标系g54沿用普通三轴对刀方式，对机床操作者无任何其他额外要求;局部坐标系与操作者无关，它只用来生成控制机床bc轴旋转定位的坐标值，bc轴依此坐标值并通过840d系统的rtcp功能（即traori指令）自动跟踪至新的坐标位置。当然，旋转轴的旋转角度需经由后处理正确计算出来。
对于840d系统的程序格式而言，旋转指令为rot和arot，平移指令为trans和atrans，需要注意的是，rot和trans指令均为替换指令，其后再次平移或旋转需使用附加指令。
3.运用nxcam编程
以图3为例一步一步说明如何实现nx的定位加工编程。
（1）在nx中建立工件实体模型，实体模型可更好地防止过切。
（2）在操作导航器中建立如图2中所示的主坐标系mcs，双击此坐标系并将其用途设为“主要的”，即。此坐标系与工件在机床上的装夹方向相一致并便于操作者对刀确定g54。
（3）在其下添加如图3中所示的局部坐标系作为子节点，其原点设为φ1.5孔圆心（原点及xy方向随意，程序阅读方便即可），+zm（刀具轴）必须指向平面正法向（即工件前方），其用途为“局部”，“局部”的实际意义为：生成的nc程序坐标值参照此坐标系而非g54。输出为“csys旋转”，“csys旋转”意义很明显：后处理将操作者对刀的g54“旋转”设置为nc程序的参照坐标系，由此产生出相应的trans及rot语句。
（4）使用平面铣类型中的“planarprofile”子模板创建操作。在随后弹出的界面中选择图3中的红色线作为零件边界，并为相切。红色线所在的平面作为底面。调整走刀方向及进退刀，并在非切削运动项中开启刀具半径补偿，生成刀轨如图3所示。此步骤与普通三轴编程无异。
（5）程序代码及说明：
n0001g40g17g54g90（基本设置及选定坐标系）
;pathname:flowcut1（程序名称注释）
;partstock:0.00floorstock:0.0
（加工余量注释）n0002t02d00
n0003m06（调用刀具）
n0004s7958d01m03（主轴正转调用刀补）
n0005traori（开启五轴转换，为刀具定位运动时的自动跟踪作准备）
n0006transx6.5000y-2.0000
z-3.0000（坐标系平移至φ1.5孔圆心，注意此时坐标系方位没变，+zm仍指向工件上方，机床无动作）
n0006arotx90.000aroty0.000arotz0.000（arotx90.000语句使得g54坐标系绕x轴旋转90°，+zm改变为法向于待加工面，此时机床无动作）
n0007g01x2.017y3.698z112.f22222.（刀具运动至“局部坐标系”所确定的*个坐标位置，此时bc轴不动，刀具轴未变）
n0008a3=0.0b3=0.0c3=1.0
（bc轴联动，刀轴由垂直于工作台变为垂直于待加工面）
n0009z3.f15000.（开始正常三轴加工，下同）
n0010z0.0f239.n0011g41x2.y3.6
n0012y0.0
n0013y-11.
……
n0016x2.017y-13.098
n0017z1.
n0018z112.f15000.（退刀至安全高度）
n0019rot（取消“局部坐标系”，系统回到g54坐标系，机床无动作）
n0020a3=0.0b3=0.0c3=1.（bc轴联动，b轴由卧式转为立式，刀轴重定位至g54+zm）
n0021trafoof（关闭五轴转换）n0022m05m09（程序结束）n0023m30（回程序头）
（6）运行程序并在机床刀具补偿页面调整刀具长度磨耗及半径磨耗值，以实现深度及径向上的公差调整。
四、结束语
上述程序可实现多个子程序合并为单一程序，并使用一个坐标系，对刀时仅对*把刀（零号刀）即可，并将其存为g54，其他刀具以对刀仪对刀方式得出刀长。如此一来可实现加工原理、装夹和对刀均简单化，方便编程员及操作者，改变了长期以来“手工五轴编程”的落后局面，提高生产效率。
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一、五轴联动加工与五轴定位加工的特点与差异
五轴联动加工与五轴定位加工适用的行业对象不同，联动加工适合曲面加工，定位加工适合于平面加工，我厂为机械厂，故本文介绍后一种方法。表1为两者的区别。
图1为我单位某工件，图中除红色面（圆角面）必须用五轴联动外，其余部位均可使用定位加工实现。
二、五轴定位加工手工编程与电脑编程的特点与差异
一直以来，我厂五轴机床并未发挥其应有的性能，开始时作三轴使用，后来虽使用了五轴功能，但处于手工作业（简称“手工五轴编程”）的方式：加工前由程序员告知操作者机床刀轴的角度，操作者根据此角度在机床中手动设置bc轴，然后在工件上对刀，使其与编程的坐标系一致，再调用程序加工，亦即手工作旋转轴定位动作，然后以三轴方式加工。由于此方式涉及手工计算bc轴旋转角度，故计算容易失误，增加多余劳动，加工工位多时，效率低下。且对稍复杂零件如图1当中的蓝色圆柱面（及孔），虽能计算出圆柱轴线的旋转轴定位角度但却无法在加工方向上对刀加工。
在实用化的五轴定位加工中，上述旋转轴bc的旋转角度、定位位置数值均由电脑通过局部坐标系并由后处理生成的（简称“自动五轴编程”），编程员只需在编程时设置不同待加工部位的局部坐标系，在此坐标系下以普通三轴方式编程即可。由此，编程员只需校核实体模型的正确和准确与否，至于机床如何旋转与定位，便变得与编程无关，亦与操作者无关。表2所示为“手工五轴编程”与“自动五轴编程”的对比。
三、nxcam在“支架”定位加工中的实现
“支架”产品如图2所示：要求一次装夹加工完成除总长外全部特征。加工坐标系g54原点位于工件上表面圆心处。其中+x指向凸耳方向，+y指向工件后方，+z向上。操作者以此坐标系对刀。
1.工艺规划
此工件已精车完成外形，铣加工部分可在一次装夹中全部完成，其中四个径向槽、φ1.5光孔（图中zui小孔）及凸耳根部的清根（图中红色线处）需使用5轴定位功能，其余均可使用3轴功能完成。因本文讨论五轴定位功能，故以图中红色线处的清根加工为例说明。
2.五轴定位加工的原理
五轴定位加工的原理实质上就是三轴功能在特定角度（即“定位”）上的实现，简单地说，就是当机床转了角度以后，还是以普通三轴的方式进行加工，因此三轴应用上的特性均可在五轴定位加工上重复使用，其实现的方法是通过对坐标系的旋转和平移。结合图例来说，即由图2的对刀坐标系g54（又称“主坐标系”）转变为如图3所示的加工（编程）坐标系（又称“局部坐标系”，原点位于φ1.5孔圆心，+x仍指向凸耳方向，+y变为指向工件上方，+z变为指向工件前方），上述步骤的意义和目的在于：主坐标系g54沿用普通三轴对刀方式，对机床操作者无任何其他额外要求;局部坐标系与操作者无关，它只用来生成控制机床bc轴旋转定位的坐标值，bc轴依此坐标值并通过840d系统的rtcp功能（即traori指令）自动跟踪至新的坐标位置。当然，旋转轴的旋转角度需经由后处理正确计算出来。
对于840d系统的程序格式而言，旋转指令为rot和arot，平移指令为trans和atrans，需要注意的是，rot和trans指令均为替换指令，其后再次平移或旋转需使用附加指令。
3.运用nxcam编程
以图3为例一步一步说明如何实现nx的定位加工编程。
（1）在nx中建立工件实体模型，实体模型可更好地防止过切。
（2）在操作导航器中建立如图2中所示的主坐标系mcs，双击此坐标系并将其用途设为“主要的”，即。此坐标系与工件在机床上的装夹方向相一致并便于操作者对刀确定g54。
（3）在其下添加如图3中所示的局部坐标系作为子节点，其原点设为φ1.5孔圆心（原点及xy方向随意，程序阅读方便即可），+zm（刀具轴）必须指向平面正法向（即工件前方），其用途为“局部”，“局部”的实际意义为：生成的nc程序坐标值参照此坐标系而非g54。输出为“csys旋转”，“csys旋转”意义很明显：后处理将操作者对刀的g54“旋转”设置为nc程序的参照坐标系，由此产生出相应的trans及rot语句。
（4）使用平面铣类型中的“planarprofile”子模板创建操作。在随后弹出的界面中选择图3中的红色线作为零件边界，并为相切。红色线所在的平面作为底面。调整走刀方向及进退刀，并在非切削运动项中开启刀具半径补偿，生成刀轨如图3所示。此步骤与普通三轴编程无异。
（5）程序代码及说明：
n0001g40g17g54g90（基本设置及选定坐标系）
;pathname:flowcut1（程序名称注释）
;partstock:0.00floorstock:0.0
（加工余量注释）n0002t02d00
n0003m06（调用刀具）
n0004s7958d01m03（主轴正转调用刀补）
n0005traori（开启五轴转换，为刀具定位运动时的自动跟踪作准备）
n0006transx6.5000y-2.0000
z-3.0000（坐标系平移至φ1.5孔圆心，注意此时坐标系方位没变，+zm仍指向工件上方，机床无动作）
n0006arotx90.000aroty0.000arotz0.000（arotx90.000语句使得g54坐标系绕x轴旋转90°，+zm改变为法向于待加工面，此时机床无动作）
n0007g01x2.017y3.698z112.f22222.（刀具运动至“局部坐标系”所确定的*个坐标位置，此时bc轴不动，刀具轴未变）
n0008a3=0.0b3=0.0c3=1.0
（bc轴联动，刀轴由垂直于工作台变为垂直于待加工面）
n0009z3.f15000.（开始正常三轴加工，下同）
n0010z0.0f239.n0011g41x2.y3.6
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四、结束语
上述程序可实现多个子程序合并为单一程序，并使用一个坐标系，对刀时仅对*把刀（零号刀）即可，并将其存为g54，其他刀具以对刀仪对刀方式得出刀长。如此一来可实现加工原理、装夹和对刀均简单化，方便编程员及操作者，改变了长期以来“手工五轴编程”的落后局面，提高生产效率。
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