由於這一車間最大的五軸加工中心上（shàng）的CNC係統采用矢量坐標作為程（chéng）序輸入，而（ér）不是采用（yòng）傳統的G代（dài）碼（mǎ），因（yīn）此（cǐ）複雜工件可以（yǐ）輕易地從一台機床轉移到另一（yī）台機床上（shàng）進行加工。

     Desemco公司（位於（yú）喬治（zhì）亞州Marietta市（shì））作為（wéi）航空航天工業中非常優秀的一（yī）個五軸加工車間，它可承擔從（cóng）設計到最終生（shēng）產的全部加工項目。這家（jiā）由15人組成的公司以其具有競爭力的價格、一（yī）流的生產質量和優異的按時交貨紀錄，贏得了附近一家航空航天製造（zào）商和其他航空航天及國防（fáng）承包商的加工（gōng）業務。

     Desemco公司的專長是（shì）從事（shì）航空航天工業複雜工件的高精度加工，這些工件由鎳鐵合金一類的航（háng）空（kōng）級鋁合（hé）金、鈦合金和高強（qiáng）度合金材料製成。其加工的典型工件包括縱（zòng）梁、艙壁、葉輪和窗戶墊圈（quān）的模具。

     對於加工這麽多類型（xíng）的零件而言，采用（yòng）具有五軸加工能力的機床是必不可（kě）少（shǎo）的。某些幾何形狀，例如像複雜的（de）輪廓和底部切槽，簡直是無法加工生產的，除非刀具或（huò）工件可以與其他3根直線運動軸（zhóu）同時協（xié）調地聯動旋轉運行。在其（qí）他情況下，如無法接近零件的5個加工麵（miàn），那麽工件必將需要進行多次的調試設置，因而會影響機床的生產（chǎn）時間，甚至危及加工精度。

    出於這個原（yuán）因，Desemco公司已（yǐ）投入巨（jù）資購置五軸加（jiā）工中心。其中體積最大（dà）和加工能力最強的是兩台來自OKK公司的機床：KCV1000和VP600。KCV1000型（xíng）機床通常配有一個很長的工（gōng）作台和行程可以延伸到的137in（1in=25.4mm）的X軸。這台機床（chuáng）具有加工專門為飛（fēi）機設計的較長（zhǎng）和較大工件的能力。購置這台機床是一個重要的市場戰略性（xìng）決定（dìng），因為極少的加（jiā）工車間需要這樣大尺寸的機床，其超長（zhǎng）的X軸，也使得Desemco公司能夠在工作台的不同區（qū）段上設置幾個較小的工作區。機床的這種靈活（huó）性為作業調度和生產計劃提供了極大的戰術價值。該機床（chuáng）屬於“刀具旋轉”類機型。旋轉軸位於主軸加工頭內。
 
 

圖1 配有一特長工作台的五軸加（jiā）工（gōng）機床具有很（hěn）大的靈活性，既可以通過一次性裝卡調試加工一個大型零件，
也可在工作台的不同區段上設置加工幾個更小的零（líng）件

     相比之下，VP600型機床屬於（yú）“工作台旋轉”類機型。其旋轉軸由一個裝有耳軸的旋轉工作（zuò）台組成。除了處（chù）理在長工作台機床上開始堆積的較小五軸加（jiā）工件之外，VP600型機床業還可（kě）以鎖住其旋轉軸，作為一台功能強大的三軸銑床使用。

     遺憾的是，購置（zhì）兩台（tái）不同配置的五（wǔ）軸機床給預期的靈（líng）活性造成了一個障礙。原先適用於在刀具旋轉型機床上後處理（lǐ）加工的傳統G代碼CNC程序，無（wú）法在工作台（tái）旋轉的（de）機床上使用。為（wéi）了將工件從一台機床上轉移到另一台機床上加工，Desemco公（gōng）司的編（biān）程人員將不得不（bú）為第二台機床購置適當的後處理器（qì），並將其應用於原先由Mastercam公司提供的五軸（zhóu）編程軟件所生成的（de）刀具路徑數據。

     當Desemco公司找到（dào）這家為第一台OKK機床開發後處理器的本地經銷商Mastercam公司時，他（tā）們（men）提（tí）出了一個不同的方法。Mastercam公司認為，該機床的FANUC CNC係統有一款（kuǎn）軟件，可以使他們直接處（chù）理（lǐ）五軸矢量（liàng）坐標，作為CNC程序的輸入。

     在概念上，這種“矢量編程”可以避開兩個困難（nán）。因（yīn）為由CAM係統生成的矢量坐標（X、Y、Z、I、J及K）將隻確定（dìng）與零件（jiàn）幾何形狀有關係的刀具運動方向，因此它們屬於“中性類機床”。也就（jiù）是說，需要將這些坐標轉變成機床特定運動指（zhǐ）令（lìng）的轉換值（zhí）和計算值（zhí）還沒有得到（dào）應用（yòng）。這使得矢量編（biān）程易於（yú）攜帶：一台機床（chuáng）上的輸入可以攜帶或傳送到另一台機床上，隻需做少量的修改或無需修改。

    除了能夠解決（jué）不兼（jiān）容的G代碼程序（xù）問題之外，矢量編程對某（mǒu）些後處理器問題的解決也是非常有效（xiào）的。有了矢量輸入，執行一個零件的程序（xù）時，通常由後處理器（qì）執行的複雜數（shù）學問題，現在可（kě）以在CNC係統中進行處理。這（zhè）意味著後處理器隻具有一個應用基本（běn）數據格式約定的簡單翻譯器功能。此外，同樣的後處理（lǐ）器，現在可用於任意OKK機床上的程序。任何特定機床的旋轉（zhuǎn）軸指令，例如像（xiàng）基準（zhǔn）複位指令，都可由儲存（cún）在單個控製係統內的宏指令進行處理。

    這聽起來像一個不錯的想法，但要將這個想法實現，需要一（yī）個團體的（de）共同（tóng）努力（lì），這裏將涉及到CAM軟件（jiàn）經銷商、CNC係統（tǒng）供應商、當地的機床經銷商和Desemco公司的（de）技術人員。隻有通過共同合作（zuò），才能夠使矢量編程成為一個（gè）成功的現實。

    Desemco公司的（de）銷售（shòu）主任Grant Salmon先生認為，他的車間是到目前為止（zhǐ）的最大的受（shòu）益者：“當我們將便攜式CNC技術向我們最大的航空航（háng）天客戶演示（shì）時，給他們留下了（le）深（shēn）刻的印象。他們看到了（le）我們（men）的五軸加工具有更大的靈活性和安（ān）全性。這給了他們更大的信心，清楚我們有能力處理複雜的（de）工（gōng）件，並能夠按時完成（chéng）任（rèn）務。”Salmon先生根據這一增（zēng）強的五軸（zhóu）加工能力，也看（kàn）到（dào）了其車間業務的發展潛力。Salmon先生（shēng）表示：“我們還打（dǎ）算購置一台更大的五軸（zhóu）龍（lóng）門式（shì）機床。對於這樣的機床來說，具有矢量編程的功能是（shì）絕對需要的，隻有這樣，機床才能適應（yīng）車間靈活的加工策略。”

 
圖2 OKK KCV1000型機床的旋轉（zhuǎn）軸主軸加（jiā）工（gōng）頭

     追根溯源

     Jimmy Wakeford先生是（shì）Barefoot CNC公司的總（zǒng）裁，是Mastercam公司的經（jīng）銷商。通（tōng）過（guò）與Watson先（xiān）生的合作，他確信其編程部門的Mastercam五軸加工軟件可設置（zhì）用於生成相應的矢量坐標，並使後處器具（jù）有發送為機床準備程序的能力。他還與Eric Dechant先生和Todd Horton先生密切合作，前者是FANUC FA美國公（gōng）司地區辦事處負責機床（chuáng）生（shēng）產率程序的地區經（jīng）理；後者是（shì）Phillips公司Jeffreys Manufacturing Solutions分公司的亞特蘭大地區銷售工程師，該公司是（shì）該地區負（fù）責OKK係列產品的機床經銷商。他們一起解決有關某（mǒu）些（xiē）機床參數可變設定值（zhí）的各種細節問題和每台機床（chuáng）上（shàng）FANUC CNC係統（tǒng）所固有的運動極限問題。

    2012年1月，Desemco公司將矢量編程完全融（róng）入到其操作之中。五軸加工機床操作員將已完成的CNC程序，從該車間網絡的文件服務器上下載到矢量（liàng）格（gé）式之（zhī）中，現（xiàn）在（zài）這種做法已成他們的常規工作。一個程（chéng）序需要在（zài）車間編（biān）輯的情況非常罕見，他可以改變代碼，重新運行一（yī）個零件（jiàn），然後將（jiāng）改變的程序返回（huí）給（gěi）服務器。由於同樣的程序可以在任何一台OKK機床上使用（yòng），將工件從一台機床轉移到另（lìng）一台機床（chuáng），無需編程部門的幫助（zhù）。

    CNC係統中的應用技術

    Dechant先生說，矢量編程的（de）主要應用（yòng）技術在於CNC係統。早在（zài）2000年的時候，FANUC公司就（jiù）開（kāi）始提供了支持某種格式的矢量編程。他（tā）解釋說，隨著越來越多的廠商采用（yòng）五軸加工技術，製造商開始引進新（xīn）的機床設計與不同的主軸配置，人們對矢量編程的興趣也越來越大。最初，當FANUC公司推廣（guǎng）這一係列控製係統（FANUC係列30i/31i/32i-Model A CNC係統）時，將重點放在由該（gāi）公司開發的先進功能（néng）上，以提高五軸加工的生（shēng）產效率。矢量編程（chéng）選項補充（chōng）了其他的CNC功能，例（lì）如（rú）像自動工具中心點（TCP）的控（kòng）製、刀具位置的控製（TPC）以及TCP的極微量調（diào）節和（hé）高速穩定性（xìng）。所有這些功（gōng）能都應用複雜的軟件程序來調節刀具的位置和方向，以達到更加順暢和更快的加工效果。

    在準備零件的五軸加工程序時，通過將通常為後處理器保留的轉換值和計算值合並在一起，矢量編程（chéng）就可以更進一步。通常情況下，五軸CAM軟件可生成兩組相應的幾何坐標。X、Y和Z代表了3D空間（jiān）中一係（xì）列的密集點，它幾乎接近刀尖與工件（jiàn）表麵之間的整個行程。而I、J和K坐（zuò）標則代表在給定長度上的刀具另一端行程。X、Y、Z和I、J、K坐標一起構成了確定刀具位置和方向的矢量值。

     在過去，後處理器的工作是從CAM係統（通常（cháng）是CL數據或類（lèi）似（sì）的格式）中獲取數據，然後將其轉換成可以在某一特定機床上使用的代碼（mǎ）。除了特定機床上的刀具長度、直徑、樞軸長度、零件位置和任何機械誤差之外，該後處理器還將處理線性軸（zhóu）和旋轉軸位置所需的所有計算值。程序是為（wéi）“特定機床”設計的，這些變量中的任何變化需（xū）要返回到編程部門重新做起。

    有了今天的CNC係（xì）統的先進功能，這種情況將不會再次發生。矢量編（biān）程將後處理器（qì）的某些關鍵功能轉移到了CNC係統。這使得來自CAM係（xì）統的X、Y、Z坐標和I、J、K坐標能夠作為一個CNC的數控程序（xù）輸入方式進行輸入。因為該輸入基於（yú）零件幾何形狀的基礎（chǔ）之上，而不是機床的幾（jǐ）何形狀，因而仍然保（bǎo）留著其（qí）便攜性特點。

    還必須了解的是，矢量編程在FANUC 300iS-A控製（zhì）係統（tǒng）上以及在OKK機床的310iS-A5控製係統上是非常有效的，因為（wéi）它集中了有關刀（dāo）具的控製功能。Dechant先生說：“它們作為一個工具包一起工作，以提高五軸加工的（de）生產成果。”

眾多的優點

     Salmon先生說，矢量編程對Desemco公司產生了眾多的戰術和戰略價值。反過（guò）來說，該車間的成功，對參與該項目的供應商也產生（shēng）了一個積極的漣漪效應。

    提供一個相對比較簡單的後處理器，針對OKK五軸機床中的其中一台機床（chuáng），用FANUC控製係統準備CNC程序（xù）。還希望相同的後處理器能夠用於配有該（gāi）車間可能購置（zhì）類似控（kòng）製（zhì）係統的其他（tā）五軸加工機床上。這（zhè）個後處理器的更新（xīn），將確保所有目前的（de）五軸編程與最新技（jì）術保持與時俱進。采用流水線作業排除故障，後處理時間大大縮短。這有利（lì）於編程部門節約（yuē）更多的時（shí）間，以便在CNC發放給車間使用前，進行徹底的（de）驗證和優（yōu）化。Salmon先生說，這一點是（shì）非常重要的，因為Desemco公司已（yǐ）成為 CGTech公司Vericut模擬和優化軟件的一個廣泛用戶（hù）。

    因為比（bǐ）較簡單的（de）後處理器（qì）可（kě）以進行徹底的測試和（hé）調試，並可（kě）獲得一致（zhì）性更（gèng）好和更有預見性的加工效果，質量問題大大減少。同樣，在CNC中執行的後處理器功能是不會變化的。一旦將最優值和最佳設置值輸入到（dào）機床以後，其後處理的結果將始終是（shì）相同的。Salmon先生報告說，這（zhè）對改善（shàn）加（jiā）工時（shí）間的作用雖然微不足（zú）道，但卻具有實質性意義，由於程序的優（yōu）化，這將有利於超越（yuè）和加速加工周期時間。

    Salmon先生（shēng）確信，由（yóu）於采用矢量編程，五軸的運動越流暢就越能（néng）提高表麵（miàn）質量，但他也承認，這一點還未（wèi）能予以驗證。矢量編程是采用一個（gè）市場的微分器（qì）進行區（qū）別（bié）的，Desemco公司已成為該項技術的領頭羊。客戶的信（xìn）心在不斷增（zēng）加，因為該車間承擔的（de）工作任務並（bìng）不（bú）是依賴（lài）任何一個主軸的實用性。該車間對安裝（zhuāng）一（yī）台更大型化五軸龍門銑床的計劃（huá）具有更大的信心，因為後處（chù）理器發生延誤或困難（nán）的情況似乎是不可（kě）能的。作為一種生產（chǎn）資源，這台機床的靈活性將得（dé）到保證（zhèng）。

    一個全球性（xìng）的大轉移

    Dechant先生認為Desemco公司將不是（shì）唯一的案例，以矢量格式作為CNC的輸入（rù）使用程序的概念並不是（shì）其專有的方式，FANUC公司提供這種能力作為五軸機床用戶的一個選項並不是獨此一家（jiā）。“然而，采（cǎi）用配（pèi）有這種先進技術的CNC係統隻是走出了（le）第（dì）一步。”他解釋（shì）說，“為了達到實施它的目的，必（bì）須掌握CNC係（xì）統背後的（de）專業知識，這是至關重要的。”Dechant先生建議所有的五軸加工車間更密切地注意這一（yī）情況。

     同樣，Salmon先生渴望更廣泛地推廣使用這種技術。“我們大家從這個國家（jiā）航空航天供應商的強大基礎上獲益匪淺。對我們來（lái）說，尤（yóu）其（qí）重要的是，矢量編程使我們的重點集中在加強從設計到生產的無縫連接的工作（zuò）能力之上。”他說。