側向刀具五軸運動控制技術

前言

隨著航太產業對輕量化、高強度以及複雜結構零件需求的不斷提升，五軸加工技術在航太領域扮演著不可或缺的角色。其中，為解決部分航太薄片工件其側邊加工不易，導致機台容易在邊緣發生超過行程限制的問題，就需要側向刀具五軸運動控制技術的介入，此技術搭配控制器G68.2的定平面加工機制，透過刀具的多自由度運動，不僅能實現更複雜的刀具路徑規劃，還能有效減少切削力的影響，提升加工穩定性。本文將針對側向刀具五軸運動控制技術的原理與介面進行介紹，並透過切削模擬分析來驗證其正確性。透過本技術的導入，航太工件的設計與製造將更加高效、精確，為推動整個航太產業的發展提供重要支撐。

五軸加工功能介紹

五軸加工技術的演進為製造業帶來重大突破。傳統五軸同動加工需要依賴CAM系統與後處理器來生成加工程式，這種方式存在一定侷限性，每當更換不同長度的刀具，就必須重新生成程式，且程式往往只能用於特定構型的五軸機台。為解決這個問題，G43.4五軸刀具中心點控制技術應運而生[1]。這項技術的核心在於追蹤切削過程中刀具中心點與工件間的相對位置關係。透過這種方式，同一段程式可以適用於不同旋轉軸類型的機台，大幅提升了程式的通用性。此外，控制器內建的三維刀具長度補正功能，確保刀尖能精確地沿著工件輪廓移動，如圖1所示。

然而，G43.4技術仍有其限制，它只能確保刀具前端的切削點位置準確，在進行側刃銑削時，無法有效控制刀具在插補過程中的姿態變化。為克服這個缺點，更先進的G43.5刀具姿態控制功能被開發出來。G43.5能夠根據CAD/CAM系統定義的刀具位置和姿態資訊[1]，在加工過程中精確控制刀具側刃相對於工件的姿態，確保加工路徑完全符合設計要求。G43.5的一大特點是在控制器的規劃中加入了刀具軸向運動的考量。這不僅保持了程式在不同機台間的通用性，更將傳統的點切割方式提升為線切割加工，顯著提高了加工效率。不過，這種進階的控制方式也相應提高了路徑規劃的複雜度，對控制系統提出了更高的要求。

在製造業中，多面加工是一項常見但具挑戰性的任務，特別是當工件具有非正交平面時。傳統的五軸加工方式需要在CAD/CAM系統中反覆設定不同的平面座標系，這不僅耗時，還可能影響加工效率和精確度。針對這個問題，G68.2傾斜面功能提供了一個優雅的解決方案。這項功能建立了一個靈活的座標系統層級結構，以機械座標系為基礎，在其上建立G54工件座標系，再於G54座標系上設定傾斜面座標系，如圖2所示。這種層層遞進的設計讓操作者能夠輕鬆處理各種複雜的加工需求。這項功能在臺灣的製造業特別實用，因為本地產業常需進行二次加工。當鑄造工件完成後，往往需要在特定位置進行鑽孔、切削或攻牙等精細作業。G68.2傾斜面功能讓這些工作變得更加直觀和便捷。操作者只需簡單設定傾斜面參數，就能在任意角度的平面上進行精確加工。實務上，G68.2的應用大幅簡化了加工流程，不僅提升了生產效率，更確保了加工品質的一致性。對於專注於二次加工的製造商而言，這項功能已成為提升競爭力的關鍵工具，幫助他們在市場中保持領先地位。