2.1.3 五轴定位加工坐标系创建练习
此练习主要目的如下：
● 学习在编制五轴定位加工程序时坐标系新的创建方法：在编程过程中创建合适的坐标系，不同于上一小节介绍的方法，这里介绍的方法可以在复杂编程中发挥作用，因为在创建坐标系时可以浏览到刀具、零件和毛坯等，可更直观地定义出合适的坐标系，提高编程效率。
● 练习五轴定位编程方法。
五轴定位编程具体操作方法如下：
1）打开五轴定位加工_UCS. elt文档，文档的路径为：电子资源\第二章参考文档\五轴定位加工_UCS. elt。文档里只有一个粗加工程序，下面将在粗加工程序下面编一个使用刀具侧刃加工斜面的程序，加工的面如图2-3中箭头所示。
提示：本书中介绍的编程全部采用向导式编程，编程方式切换请参照图2-4箭头指示的位置进行。
图2-3 编程零件
图2-4 编程方式的切换位置
2）单击上述粗加工程序（不要双击，目的是在其下面创建程序），再单击程序向导条上的“创建程序”按钮
，在“程序向导”对话框中参照图2-5选择“开放轮廓”铣削工艺。
3）单击图2-5中的“轮廓”按钮，选择图2-6中箭头指示的直线，“刀具位置”为“切向”；“铣削侧”为“左侧”。
图2-5 选择编程工艺
图2-6 选择加工轮廓
4）单击“程序向导”对话框中的“刀具”图标
，为本程序选择刀具，这里选择“F-25”，如图2-7所示。
5）刀具确定以后，单击“程序向导”对话框中的“刀路参数”图标
，进入参数设置对话框，如图2-8所示，单击图中箭头指示的创建坐标系的“进入”按钮，打开创建坐标系对话框，如图2-9所示。
图2-7 选择刀具
图2-8 参数设置对话框
注意：刀尖会立刻显示在激活坐标系的原点上，当前激活的坐标系是“MODEL坐标系”，后面定义新坐标系旋转时是参照这个坐标系的。
图2-9 创建坐标系对话框
“参考坐标系”有三个选项：MODEL坐标系、刀轨坐标系和当前程序坐标系，此处刀轨坐标系和“MODEL坐标系”是一致的。
6）单击Cimatron工具栏上的“测量”按钮
，测量图2-10中箭头指示的两个面的夹角是10°（见电子资源/清楚的图文件夹中的图2-10），这里测量目的是为步骤8）设定角度提供参考。
图2-10 测量两个面夹角
7）设置“刀轴方向”为“固定倾斜角度”，如图2-11所示，并单击图中箭头指示的斜面上任一点。
注意：
● 在刀轴方向选择的点是垂直水平面的，和当前激活坐标系的Z轴方向一致；
图2-11 更改刀轴方向选项
● 系统默认的倾斜角度为0°，倾斜方向为-90°。
提示：
● “倾斜角度”是从参考坐标系Z轴方向倾斜的角度；
● “倾斜方向”是绕着参考坐标系的Z轴方向旋转的角度，如果“倾斜角度”设置为90°，“倾斜方向”为0时，刀轴方向和X轴正方向一致，“倾斜方向”为90时，刀轴方向和Y轴正方向一致。
8）把“倾斜角度”设置为上面测量出来的10°，可以发现刀具偏离了斜面，说明这样设置是不对的；把“倾斜方向”改成“90”，则可以发现刀具侧刃已经贴到倾斜面，说明这项是需要设置的，如图2-12所示。
9）单击图2-13中的“反转方向（面朝另一侧）”按钮，可以发现刀具切换到另一个方向，再次单击这个按钮，把刀具切换到正确的位置。
图2-12 设置确定坐标系的角度
图2-13 切换刀轴方向
以下参数采用系统默认设置，如图2-14所示，图中各参数的含义如下：
● “切换毛坯显示”。把毛坯显示出来，为下面查看刀具是否和毛坯干涉提供参考；
● “夹持偏置”。通过给一个安全值直观地查看刀具是否和毛坯干涉，如果干涉需要重新选择合适的加工刀具；
● “如果存在类似坐标系（Z轴）”。如果新建的坐标系Z轴和已经存在的坐标系Z轴一致，可以选“使用现有的”或“创建新的”坐标系，本练习使用“创建新的”选项；
● “新坐标系位置”。定义新坐标系原点位置，可以选择在参考坐标系原点位置或者在选择的点位置上创建坐标系。
单击图2-14中的“确定”按钮
，完成本程序坐标系的创建，系统会重新回到程序参数设置对话框，如图2-15所示。
图2-14 系统默认设置的参数
图2-15 程序参数设置对话框
10）从图2-15中的参数表里可以看到已经创建了一个新的坐标系，再仔细观察箭头所指示的位置，可以发现新创建的坐标系自动激活了，变成了红色。下面步骤设定的加工参数会参考这个坐标系给定。
11）刀路参数按照图2-16和图2-17设置，其余参数全部采用系统默认值，再单击程序向导条上“保存并计算程序”按钮
，完成斜面的侧刃加工程序设计。
图2-16 切入/切出参数
图2-17 刀路轨迹参数
单击程序向导条上“导航器”按钮，可以发现刀具采用侧刃加工斜面，单击Cimatron工具按钮“保存”，保存NC文件。
下面继续介绍坐标系创建练习，使用刀具的端刃加工零件的另一个部位，注意下面创建坐标系的方法。
12）单击程序向导条上的“创建程序”按钮
，在打开的“程序向导”对话框中选择“开放轮廓”选项，如图2-18所示。
图2-18 选择编程工艺
13）单击“轮廓”按钮，先取消步骤12）选择的轮廓，再选择图2-19所示的零件左下角部位的开放轮廓，“刀具位置”选择“切向”，“铣削侧”为“左侧”，注意轮廓起始边在左边。
图2-19 选择加工轮廓
14）为本程序刀具选择牛鼻刀“BN-8”，如图2-20所示，注意此时刀轴方向和步骤9）创建的坐标系Z轴一致，因为这个坐标系处于激活状态。
15）切换到程序参数设置对话框，如图2-21所示，单击箭头指示的创建坐标系的“进入”按钮，打开创建坐标系对话框，把“刀轴方向”切换到“垂直于曲面”选项，并单击要加工面上任意一点，如图2-22所示。
图2-20 选择刀具
图2-21 参数设置对话框
图2-22 设置创建坐标系参数
此时显示的刀轴方向与斜面垂直，另外创建坐标系时参考的坐标系是TP（TOOL_PATH的缩写）坐标系而不是步骤9）新建的坐标系。
16）练习一下其他参数的设置。勾选“锁定方向至选择的曲面”，勾选后就确定了Z轴方向，再选择其他面和点，坐标系的Z轴方向都不会变了。勾选后，再单击箭头所指面上的点，然后在“新坐标系名称”中输入创建坐标系名称为“前面-80度”，“新坐标系位置”切换到“上一显示点”，如图2-23所示。
单击“创建新的坐标系”对话框下面的“确定”按钮，完成此程序坐标系的创建，如图2-24所示，注意创建的坐标系位置和坐标系名称和图2-23中的定义一致。
17）输入其他加工参数。切入和切出参数按照图2-25设置，刀路轨迹参数按照图2-26设置，其他加工参数全部采用默认设置。
图2-23 设置创建坐标系的其他参数
图2-24 创建一个新的坐标系
图2-25 切入/切出参数
图2-26 刀路轨迹参数
单击“程序向导”对话框上的“保存并计算程序”命令，再通过编程向导条上提供的“导航器”功能，可以看出刀具是采用端刃加工斜面。
下面创建另一个斜面程序，此斜面法向和本小节上面创建加工的斜面一致。在创建新的坐标系时系统会自动选择已经存在的坐标系。
18）按照上面创建的开放轮廓程序的方法，在零件右侧，如图2-27箭头所指的部位，创建一个新的程序。
图2-27 要加工的面
19）进入到创建坐标系对话框，不勾选“锁定方向至选择的曲面”，刀轴方向为“垂直于曲面”，如图2-28所示，再单击箭头所指示的要加工的面上的一个点。
图2-28 选择加工面上的点
把“如果存在类似坐标系（Z轴）”参数切换到“使用现有的”选项，如图2-29所示，单击“确定”按钮
，完成坐标系的创建，结果如图2-30所示。可以发现系统没有创建新的坐标系，是因为要创建的坐标系与已存在的坐标系类似，程序使用的是已经存在的坐标系。
图2-29 创建坐标系选项切换
图2-30 创建新坐标系的结果
提示：编制定位加工程序时需要创建坐标系，但如果有可用的坐标系，就不要再创建了，否则创建太多坐标系，窗口就显得凌乱，还不好管理。
下面将创建一个采用曲面铣削精加工深腔的程序练习，读者通过此练习可以了解程序内部创建坐标系的方便性。
20）激活“MODEL”坐标系，在程序向导条单击“创建程序”按钮
，在“程序向导”对话框中选择图2-31所示的加工策略“曲面铣削”/“精铣所有”。
“零件曲面”中选择图2-32箭头所指区域的9张绿色的面（具体的颜色面可通过：电子资源\“彩色的面”文件夹\图2-32进行查看），“检查面曲”中选择剩余的零件面。
图2-31 选择编程工艺
图2-32 选择零件曲面
特别提示：开始没有在NC-SETUP创建零件，因此编程时不会激活零件面，零件面没有被保护，编程时需要选择检查面，否则实际加工会过切。
21）加工对象选择完后，为此程序选择球刀：“BALL-12”，如图2-33所示。同时把刀具放在图示所在位置，可以发现使用“MODEL”坐标系加工时刀具会干涉零件，如图2-34所示，因此需要创建一个坐标系让刀具倾斜一定角度才能完成曲面的加工任务。
图2-33 选择刀具
图2-34 刀具和零件发生干涉
22）在程序参数设置对话框中，单击创建坐标系的“进入”按钮，如图2-35所示，打开创建坐标系对话框。
23）在打开的对话框中，如图3-36所示，对以下参数进行设置：
● 参考坐标系选择“刀轨坐标系”选项；
● 不勾选“锁定方向至选择的曲面”选项；
● 刀轴方向选择“固定倾斜角度”选项。
图2-35 程序参数设置对话框
单击图2-36中箭头所指位置，同样可以发现刀柄和零件发生干涉了。
图2-36 设置创建坐标系参数
24）把“倾斜角度”由0°改成20°，如图2-37所示，可以发现刀轴发生了倾斜。
图2-37 修改倾斜角度参数
25）把“倾斜方向”改成整数-65°，勾选“锁定方向至选择的曲面”选项，如图2-38所示。
图2-38 修改倾斜方向参数
提示：勾选“锁定方向至选择的曲面”选项的目的是在选择加工面上其他任一点刀轴方向都不会改变，这样便于查看刀具在任意位置加工是否和零件干涉。下面介绍的练习步骤就是发现干涉再调整刀轴方向来避免干涉。
26）单击加工底面的位置，如图2-39中箭头所指，可以发现在图中圆形区域，刀柄和零件发生了干涉。
图2-39 查看刀具和零件是否发生干涉
27）修改倾斜角度为15°，如图2-40所示，刀轴发生倾斜，刀柄和零件没有干涉，但是这不代表实际加工刀具和毛坯没有干涉（因为有剩余毛坯存在）。
图2-40 修改倾斜角度
28）单击“切换毛坯显示”按钮，系统会在零件上显示毛坯，不难发现刀柄已经和毛坯发生干涉了，如图2-41所示，说明需要继续调整角度。
图2-41 刀柄和毛坯发生干涉
29）为了更安全，把“夹持偏置”由“0”改成“3”，把“倾斜方向”改成“-40”，如图2-42所示，可以发现在加工底面时，刀柄也不会和毛坯发生干涉了。
可以继续单击可能会发生干涉的部位，没有干涉就可以认为创建的坐标系就是当前程序所用的坐标系了。
30）先不要退出创建坐标系对话框，注意其底部有一个“修改刀具”选项，如图2-43所示，单击箭头所指的按钮可以选择其他刀具。
图2-42 刀柄和毛坯没有干涉
图2-43 修改刀具按钮
之所以有这个选项，是因为在新建的坐标系下可能会用其他刀具继续加工所选的区域，不同刀具的尺寸是不同的，所以编程时要对每把刀具都要进行干涉检查。下面练习如何在创建坐标系对话框中更改刀具。
31）单击“修改刀具”按钮，选择刀具“BN-8”，然后单击加工面底部（即容易发生干涉的位置），如图2-44所示，可以发现刀具和毛坯没有发生干涉。
32）检查发现其他刀具也没有发生干涉，再把刀具改成球刀“BALL-12”，单击“确定”按钮，退出坐标系创建对话框，可以发现有新的坐标系被创建，其他所有加工参数采用系统默认设置，保存并运行程序。
图2-44 修改刀具也没有和毛坯干涉
33）单击“程序向导”条上的“机床模拟”按钮
，弹出“机床模拟”对话框，如图2-45所示，不勾选其上的“检查参照体”和“使用机床”选项，仅勾选“材料去除”选项，选择模拟所有程序，模拟结果如图2-46所示，没有发现干涉，说明上面编制的程序有效。保存练习文件。
图2-45 模拟测试窗口
图2-46 模拟结果
此练习答案所在路径为：电子资源\五轴教程练习结果\第二章练习结果\五轴定位加工_UCS-f.elt。
总结：以上练习虽然只创建了四个程序，但是能从中学到五轴定位的编程方法，尤其是坐标系的正确创建，不同于Cimatron以前版本的操作。以前版本在创建程序之前需要创建一个坐标系，但是因为这种方法不能浏览刀具，创建的坐标系没有上述的方法有效，尤其是编制复杂零件程序，此练习介绍的方法更有效。