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5轴加工相对三轴加工而言，具有很多优越性，比如可以扩大加工范围，提高加工效率和加工精度等。因此，5轴加工目前在制造业的应用越来越广泛，5轴加工的刀具路径生成方法逐渐被各大CAM软件公司列为研究重点。作为实用性很强的MasterCAM软件，它在其 V9版新增了比较成熟的5轴（含4轴）加工模块，主要提供了5种生成5轴加工刀具路径的方法，即曲线、钻孔、拔模角面、曲面流线和多重曲面5轴加工方法，同时还有4轴加工法。本文讲述了4个MasterCAM V9典型应用实例，对于想了解这方面更多的内容的读者，本文将是不错的选择。
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MasterCAM V9的5轴模块对于常规涉及的曲面加工已经能够基本够用了，但是5轴加工有一个很现实的问题，那就是首先要解决后置处理程序的问题。因为5轴数控机床的配置多种多样，有工作台双摆动，主轴双摆动，工作台旋转与主轴摆动复合运动等多种形式，所以尽管MasterCAM V9提供了5轴加工模块，但要使生成的刀具路径能够后置处理成适合某5轴机床数控系统加工的NC程序，首先应开发出适应所使用的5轴机床的后置处理程序。; K9 C: A/ q$ _# V
+ Q: u* K' I+ i& D, o! s t 笔者在工作实践中，通过参考相关资料，仔细研究并验证后，开发出了适应FIDIA T20的5轴机床后置处理程序。在此基础上应用MasterCAM V9的5轴加工模块，进行了一些较成功应用。
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一、开发FIDIA T205轴后置处理程序# [+ d0 x* a% m( U. p# }
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笔者利用MasterCAM V9提供的一个通用5轴后处理程序模板，即MPGEN5X_FANUC.PST，首先在充分了解模板的结构和内容的基础上，修改该程序模板的某些设置，即可得到适应FIDIA T20系统的5轴后置处理程序。" D: S4 K# T: R: n3 M/ F
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1. FIDIA T20的配置- i3 h& A9 G0 C1 Q- n* e" [6 \
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主轴头双摆动，B为主动旋转轴，A为从动旋转轴，B轴在XZ平面内摆动，A轴在YZ平面内摆动，B轴的范围是±360°，A轴的范围≤＋104°4 t4 C2 N5 |/ b/ `# r/ x
) }5 X4 o: b" d% U j 2. 修改MPGEN5X_FANUC.PST文件# w" z% F. F7 z' u$ X+ m
/ N- W& K6 P5 S' D9 B) e0 Z 针对FIDIA T20的配置修改MPGEN5X_FANUC.PST文件，如?所示。
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图1
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! p1 _2 D |5 d7 Q* u2 ?7 D) V二、5轴钻孔的应用
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! }* v+ {/ M$ M9 c9 E8 @ 我们在实际加工中，往往需要钻曲面上的5轴法向孔或者石油钻头上的5轴切削齿孔，这些孔均要在T20上进行。以前的做法是在MasterCAM中先作出这些5轴孔的轴线，然后一根一根分析计算出每根线的B、A角度，最后手工在NC文件中输入B、A角度值。这种方法效率不高，而且容易出错。借助MasterCAM V9中Drill5ax的5轴钻孔功能，得到5轴钻孔刀具路径，然后用修改后的5轴后置处理程序进行POST，即可自动获得钻法线孔的NC文件。这样不仅提高了编程效率，同时又减少了出错机率。以图2钻曲面法向孔为例，说明MasterCAM V9中Drill5ax5轴钻孔功能的应用。$ _8 g) e0 Q+ N! l& f8 j( d
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图2 9 `4 e/ I' n& N2 H
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(1)先按曲面上的点作出曲面法向孔轴线；
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(2)生成法向孔加工刀具路径：选择Toolpaths－Multiaxis－Drill5ax，出现图3所示对话框，点击“Points/Lines”选项，用Endpoints方式选择每个法向孔轴线的下端点，相当于控制了刀具轴线的方向；% N' `0 Z1 Y6 Y( S8 R8 F
( m" T3 l% r- j6 H (3)选完要加工的点后，出现5轴钻孔对话框，参数设置如图4所示；1 T% }0 v! C1 T: R% e
+ l9 H2 I( q6 X# u" m (4)用修改后的MPGEN5X_FANUC.PST后置处理程序后处理（Post）后得到的NC文件如图5所示。
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# H9 T$ X) r( N: J7 Z& ^" P" t图3
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图4 R: e$ S9 T+ X3 s% s2 S
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图5
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三、5轴加工拔模角面的应用
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; q4 L9 A7 \4 _# x9 T1 ~ 比如，实际中要在如图6所示的模具上加工扭转槽F，其底部带R3倒圆，槽的两个侧壁是空间扭转直纹面。加工方法是先在三轴上粗铣该槽，留精加工余量，然后在5轴铣床上用5轴联动方式精加工槽各面到位。考虑到槽宽及底部的R3倒圆，选用φ8(R3)铣刀加工。" n% i: n+ W/ c" R
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图6 ; E' b4 c8 v2 H. p7 B
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(1)选择Toolpaths－Multiaxis－Swarf5ax，出现图7所示对话框，点击“Chains”选项，按图8先选H再选G来确定刀具轴线的控制方向，然后点击“Surfaces”按钮，选择A、B、C、D面作为控制刀尖的曲面；+ c% ?9 w7 G' K% T0 l- u8 [, l
! W8 W. M. Q0 Z+ W+ Y( z (2)填写完成图7对话框后，进入Swarf5ax加工对话框图9，选择刀具；
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' _ T$ c; ~; B; ?1 k (3)点击图9中的“Multiaxis parameters”进入图10参数设置对话框，按图设置，注意刀具偏置的方向，它与你之前选择的Chains的方向有关；
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7 P& Z: e4 z/ R8 Z p (4)得到的刀具路径仿真（Verify）后如图11所示；& f9 r; V+ \& g$ y
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(5)用修改后的MPGEN5X_FANUC.PST后置处理程序Post后得到的NC文件如图12所示。
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) K6 t, V( b. m- M图11# a# j7 @- s- b+ z6 t
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7 p8 g6 l( S: ?4 `3 G, B9 r图12
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8 T- y1 c& k% z" x四、4轴加工的应用- b$ Q5 g. ~. _ w
# M- A( N$ t! P+ Z9 } 在实际中往往要在某旋转体上加工沟槽形状，利用MasterCAM V9自带的回转功能，通过Contour中置换X或Y轴的功能，可以简单地将三轴问题转换成4轴刀具路径。
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假设有如图13所示的某轨迹CAD二维展开图，我们进行如下的步骤：5 Y; D2 X9 h+ B/ D" S7 T6 J2 l+ D7 P
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(1)生成刀具路径：选择Toolpaths－Contour－Chain，选择图13所示的图素，串连方向如该图所示；
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6 t e5 F/ W3 y% S* \图133 q( P# |! X3 V6 V9 F9 X& B2 ]
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(2)之后进入图14所示的对话框，注意将Ratory Axis选中，进入图15所示的对话框，设置置换Y轴的参数，Ratory diameter设置成展开图的理论直径，置换轴的依据是想要刀具轴线与什么轴平行，就置换那个轴；/ Z2 p8 e& s. a: x, z: A
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图14
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图15
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(3)置换Y轴的参数设置好后，进入图16所示的Contour parameters对话框，注意设置刀具的加工深度，把它设置成相对Ratory diameter理论旋转直径的数值；
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5 m6 w1 @. M5 ^. l$ a, v/ ]& g: X) j5 Z3 i
2 h5 x K: }# Q- {! f2 ^+ w图16
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: { n# @- K2 P# ` (4)产生的刀具路径轨迹如图17所示，仿真（Verify）后如图18所示；/ [, A5 G4 @3 a. w5 B/ v$ U- C/ @
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. P* N1 e& T* u! Q图17
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0 q5 V5 }3 r0 \% O" S# r0 i0 r, p/ a' v! c. a( }! Z
图18
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(5)用MasterCAM V9自带的Mpfan.pst后置处理后的NC程序如图19所示。5 r- ~: \; e: R: C$ W1 X# E: e
; B- l4 l4 h# H- r) K: p
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8 Y0 w. a& f9 |# o图193 J9 E, i) h+ @6 S" I/ h2 P8 F6 Y8 M) p
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+ O. `" g3 R( w# t c+ W五、结束语
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/ ?5 ?4 W. a2 G4 J MasterCAM V9中关于4轴、5轴加工方面的内容还很丰富，值得去深入研究的东西还有很多，而且还应该在实践中不断积累经验，使编制的程序更加优化，不断提高编程效率、加工效率和加工质量。 |
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发表于 2009-1-2 20:55:14