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SINUMERIK 840D SL 5軸CYCLE800 和TRAORI 加工應用

DI MC MTS

應用工程師: Vincent Hung (洪國財)

Unrestricted © Siemens AG 2015

October 2015Page 2 Lisa Davis, Roland Busch, Janina Kugel

市面上 5 軸機類型介紹



航太加工件



銑床 3 軸或 3+2 軸或 5 軸加工?

3 軸 / 路徑 X, Y, Z

3 + 2 軸路徑 X, Y, Z / 旋轉軸 A, C (table)

5 軸路徑 X, Y, Z / 旋轉軸 A, B .

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XX.XX.20XXPage 5 Author / Department

CYCLE800 簡介

何謂Cycle 800?即針真對五軸定位加工(不含五軸同動TRAORI功能)，提供簡易輸入的循環輔助畫面，達到工件加工座標轉換設定。Cycle 800是以工件的座標系來旋轉 (定義為工件本身旋轉非機械軸座標系旋轉)來做斜面或傾斜面加工。

CYCLE800的程式可以在不同的機械結構的五軸機器上做加工。

優點：程式製作只須針對工件，依工件加工面的參考點及角度資料來設定所要的加工面。其意義是一個CYCLE800的程式可以在不同的機械結構的五軸機器上做加工。

Unrestricted © Siemens Taiwan 2017

28.07.2017 Vincent Hung/ DF MC MT

CYCLE800加工應用領域

CYCLE800 「迴轉平面」CYCLE800 「接近刀具」

「迴轉平面」功能主要用於 2D應用範圍中傾斜平面上的銑削與鑽孔，其中的線性軸XYZ 可移動，而旋轉軸僅定位用於定義迴轉加工平面（3+2 軸定位）。

「接近刀具」循環主要用於 3D模具及表面加工，並可用於 3+2 軸加工。加工以改變刀具方向的方式進行，因此線性軸 XYZ 能移動，而旋轉軸的定位僅用於產生刀具方向的變化，在加工過程中維持靜態。



▪座標系統 (1) 移動並旋轉至對齊傾斜表面，做鑽孔循環加工（請參閱圖 1.2）。利用CYCLE800 透平面轉換且包含刀具方向的變更，加工傾斜面孔和平面。刀具軸 (2) 垂直（正常）於傾斜的加工表面 (1)（請參閱圖 1.3）。

CYCLE800「迴轉平面」介紹



CYCLE800 Axis by Axis 模式的編程優點

迴轉模式為「axis by axis」:編程與運動無關。程式執行於任何運動上，與5軸機型類型無關。

在CAM系統上設計程式不需要kinematic專屬的後處理器。

可隨時在機械參數中設定及修改刀具與工作偏移量，無需修改 NC 程式。

使用銑削與鑽孔循環以及量測循環，因為刀具與加工表面的對齊（刀具軸平行於 Z 軸 G17 平面）。

考量軟體的限制，在迴轉之前自動回退。這裡有各種回退策略可供使用。

迴轉框架在NC 重置或停電時將被保留。允許刀具回退於傾斜平面（迴轉框架儲存至靜態NC記憶體以供旋轉軸參考、工件參考及刀具參考）



CYCLE800 「接近刀具」

「接近刀具」:刀具透過改變刀具的方向，以最佳的切削條件進行加工已完成最佳加工自由曲面，有時候必須變更刀具方向數次。使用CYCLE800「接近刀具」時，工件座標系統並不旋轉，僅變更刀具方向。加工平面維持垂直至WCS,刀具方向的改變必須繞刀具中心點(TCP) 進行。



迴轉循環 CYCLE800 詳細說明

CYCEL800轉換傾斜的加工平面，基本上需要以下步驟：1. 在旋轉之前的 WCS 平移2. 繞新參考點的 WCS 旋轉3. 在新的迴轉平面旋轉後的 WCS 平移



CYCLE800 Directly （直接）模式介紹

迴轉模式為「Directly」:編程與運動無關。程式執行於任何運動上，與5軸機型類型相關。

CYCLE800 直接模式,類似一般日系控制器 CAD/CAM 軟體轉出格式 , 以目前機台型式類型之旋轉軸定義,來設定座標偏移,旋轉,旋轉完後再次偏移等,來加工傾斜面孔循環加工或平面加工。如下圖說明:



BU: DF MC

CYCLE800 「退刀」模式

沿著「Z」退刀。沿 Z 軸退刀的位置是參考MCS 定義。回退僅在 Z 進行。

沿著「Z, XY」退刀。沿 Z、X、Y 軸回退的位置是參考MCS 定義的。退刀首先在 Z 進行，然後在 XY 進行。

以「最大刀具方向」退刀。退刀將以參考WCS 的刀具方向進行，直到達到軟體限制為止。當運動類型 T 與 M 多重軸同時移動時。

西門子5軸同動 TRAORI加工

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5 軸轉換 TRAORI

多軸加工的主要目標在於達到完美的表面品質、精確度及速度，不需再次加工。在此環境內的工作流程通常具有CAD→CAM→POST-Processior→CNC 處理鏈的特性。840D sl Operate配備了強大、先進的功能，透過智能方式用下，能夠大幅簡化5軸加工與編程的整體流程，同時大幅提升機台架動率與成果。常用加工領域如下:

鑄壓模渦輪葉片航鈦業



5軸加工機分為三大類機型簡介

Table-Table(俗稱搖式5軸機)

Head-Table(擺頭+床台式5軸機)

Head-Head(擺頭式5軸機)



TRAORI編程5 軸轉換笛卡兒向量 A3..B3..C3..

定義刀具方位的方向向量1 元件，是透過A3、B3、C3 編程。向量會從目前X、Y、Z 原點指向刀架方向。

建議:建議您使用方向向量做為慣用編程方法，以便獨立於機床運動。向量精確度應設為相對高的數字。對線性軸使用5 個小數位數的值，對方向向量使用 6 個小數位數的值，可產生較佳的結果。



5 軸轉換 RPY 角度進行編程 (A2=.. B2=.. C2=..)

RPY 5軸轉換為先繞著 Z 軸旋轉的 C2，然後以 B2（繞著新 Y 軸 1 旋轉），最後以 A2（繞著新 X軸 2 旋轉）朝 Z 方向車削向量產生方位向量，順序為 Z, Y’, X’’。

說明:參數MD21100=0, 依照$MC_ORIENTATION_IS_EULER 解譯MD21100=1 , 透過 G 碼 ORIEULER 或 ORIRPY 解譯



5 軸轉換 Euler 角進行編程 (A2=.. B2=.. C2=..)

說明:MD21100 $MC_ORIENTATION_IS_EULER = 1（預設）時，方位軸的方位角度會解譯為 Euler角度。MD21102 $MC_ORI_DEF_WITH_G_CODE 或 MD21103 $MC_ORI_ANGLE_WITH_GCODE 可以設定透過MD21100 或藉由編程 G 碼指令解譯方位角度 A2、B2、C2。

初始方位 1，先以繞 Z 軸 2 旋轉的 A2，然後以繞著新 X 軸 3 旋轉的 B2，最後以繞著新 Z 軸旋轉的 C2 朝 Z 方向車削向量產生方位向量，順序為” Z, X’, Z’’。



5軸轉換相對於表面直角和路徑切線編程LEAD 與 TILT

刀具要採用與加工表面相關的固定設定角度，使加工不會在切削表面速度為0 時於切削中心進行，則可編程LEAD和TILT

1.路徑切線TB2.表面直角向量FN，於區塊3.啟動A4, B4, C4和結束A5,

B5, C5 4.導入角度 LEAD 1 傾斜角度

TILT 2，於區塊結束。

LEAD允許的最大角度可在通道機器資料中設定： MD21090 $MC_MAX_LEAD_ANGLE （範圍 0-80 度）。允許的最大TILT 角度可在通道機器資料中設定： MD21092 $MC_MAX_TILT_ANGLE（範圍 –180 到 +180 度）。



5軸加工旋轉軸/線性插補 ORIAXES 指令

如再下圖從開始 1 到結束方位 2 的線性插補中，必要的旋轉軸移動會分成幾個等距區段。這種插補不一定適用於圓周銑削。在使用5 軸銑削策略的 CAM 系統上，建議採用使用ORIAXES 的向量插補進行鑄壓模部分的不規則表面加工,建議結合「先進表面」功能加工。

建議CAM 系統上的線性點允差必須設定為相對夠小的數值（建議值至少 LinTol



5軸轉換:直接旋轉軸位置(A.. B.. C..)

透過指定機台直接旋轉軸位置，編程與方向向量編程相同的刀具方位位置。刀尖會指向工件上的X、Y、Z 原點，且刀具方位是透過使用 A、B、C 編程的筆直機床旋轉軸位置描繪。即一般絕大部分CAD\CAM廠商常用5軸加工後處理輸出格式如下:

N10 TRAORI N20 G54 D1 N30 G1 X0 Y0 Z0 B35.264 C45 F10000 …….

說明：如果使用直接旋轉軸模式，產生的 NC 程式會變成與機床運動相依。如此就失去彈性，因為程式變成只能在於本針該機床上執行。



5軸加工向量/大圓插補 ORIVECT

從開始 1 到結束方位 2 的路徑會加以插補，使方位向量於起始向量與最終向量所延伸的平面上行進。每個旋轉軸都會逼近等距角度（請見下頁中的圖）。這類方位插補可用於像是單節中精確5軸側刃加工斜面在 CAM 系統上進行編程，或在控制系統上針對規則表面（例如結構化元件）的側銑削操作（5 軸圓周銑削）進行手動編程時，建議採用使用ORIVECT 的方位插補。

使用ORIVECT 時不需要在開始方位 1 和結束方位 2 之間計算中間方位，就可以插補明確義的表面（刀具路徑），NC 會處理計算。使用 ORIVECT 時，方位軸一律在兩個方位之間的最短路徑上移動。



比較使用RIAXES 和 ORIVECT 的插補

傾斜45 度的牆，其中每個角有 2 個位置/方位，以及 1 個中間位置。使用直接旋轉軸位置編程的刀具方位




傾斜45 度的牆，其中每個角有 2 個位置方位，以及 1 個中間位置。使用笛卡兒向量編程的刀具方位

….. N112 TRAORI N113 ORIWKS N114 ORIVECT N115 X0 Y0 A3=-1 B3=-1 C3=1 N116 Y10 A3=-1 B3=1 C3=1 N117 X10 A3=1 B3=1 C3=1 N118 Y0 A3=1 B3=-1 C3=1 N119 X0 Y0 A3=-1 B3=-1 C3=1 N159 TOROT N160 G1 G91 Z100 F1000 N161 TOROTOF N162 TRAFOOF N163 M30

….. N112 TRAORI N113 ORIWKS N114 ORIAXES N115 X0 Y0 A3=-1 B3=-1 C3=1 N116 Y10 A3=-1 B3=1 C3=1 N117 X10 A3=1 B3=1 C3=1 N118 Y0 A3=1 B3=-1 C3=1 N119 X0 Y0 A3=-1 B3=-1 C3=1 N159 TOROT N160 G1 G91 Z100 F1000 N161 TOROTOF N162 TRAFOOF N163 M30




傾斜45 度壁面的矩形腔室。矩形的每個角有 4 個位置/方位，且每一個邊有 9 個中間位置方位。



5軸平滑化功能 ORISON

ORISON （Orientation Smoothing ON）方向平滑化開啟功能可在 5 軸程式中透過數個阻斷使影響方位的擺動變為平緩，其目的在於使方位和輪廓雙方面達到平滑的特性。

透過 ORISON 可在不涉及輪廓的情況下使刀具方位平緩（向量），如此就可使用較高的旋轉軸允差，進而加快加工速率，換句話說就是縮短加工時間。這樣做的理由在於減少因為允差設定較高，而使旋轉軸減速的情形。ORISON 更能只能搭配 5 軸轉換 TRAORI 使用。此功能不屬於 CYCLE832 或 CUST_832，因此如果需要使向量平緩，就必須在工件程式中另行編程此功能。



先進表面功能－CYCLE832

CYCLE832即為西門子控制器高速高精度的運動控制功能，以最佳化「單節預讀」功能可透過穩定一致的相鄰銑削路徑、精準度及提升速率，實現完美的表面品質與工件表面。主要加強的部份在於路徑設定檔的加速度及緩衝限制（請參閱下圖）。



無使用ＣＹＣＬＥ８３２與有使用ＣＹＣＬＥ８３２功能加工比較

無使用CYCLE832 有使用CYCLE832無使用CYCLE832 有使用CYCLE832

右側加工件有使用CYCLE832功能，獲得穩定一致的相鄰銑削路徑控制實現完美的表面品質。



CYCLE832 「高速設定」介紹

程式編輯器由下列軟鍵開啟CYCLE832「高速設定」：



CYCLE832 「高速設定」粗加工介紹

CYCLE832粗加工定設:



CYCLE832 「高速設定」中加工介紹

CYCLE832粗中加工定設:



CYCLE832 「高速設定」精加工介紹

CYCLE832精加工定設:



CYCLE832 「高速設定」 Multi-axis programming ORI tolerance介紹

5軸方位向量允差：多軸程式搭配生效的 5 軸轉換 TRAORI 選擇「Multi-axis programming Yes」時，可針對旋轉軸定義額外的平滑化允差，並傳送至各個旋轉軸的壓縮程序方向位置允差。SD55220 Bit 1要生效， CYCLE832才會有ORI tplerance設定欄位



5 軸工件加工的處理應用鏈

特別是在鑄模加工環境中，整個 CAD/CAM/CNC 處理鏈扮演了確保獲得最佳加工結果的主要角色。CAD 系統會產生所需工件的幾何。依據這個幾何檔案，CAM 系統產生對應的加工策略，以及相關的技術資訊。CAM 系統輸出的資料格式通常是 APT 或 CL 資料檔。這個檔案會在後置處理器中轉換成可執行的 NC 碼。



以上介紹～謝謝各位參與！！

Date post:	30-Jan-2021
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