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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。 2 a$ L0 o4 c" i. a% S" H, D
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7 z* U, V" ?; G7 B 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。" {; B- m5 F3 f
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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。8 |: s1 B O6 g' j/ u) \$ X0 N0 c
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- d3 S0 I9 S8 \: q& W( i) g一、开发FIDIA T205轴后置处理程序$ e' @7 J0 w8 ~
* W) x( J' i' A2 y& n* I 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。: E2 ]! B c2 f; l) | H
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1. FIDIA T20的配置
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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°
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0 `* p9 |, a7 o 2. 修改MPGEN5X_FANUC.PST文件0 u. o$ u k( z
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针对FIDIA T20的配置修改MPGEN5X_FANUC.PST文件，如?所示。. Y! \& Q9 e0 s
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. R% f. U# c% N+ A9 O! A1 R2 u图1 + M; e% r" d. o) b: u% t& m
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7 E% j) | ?8 A! ? V# U7 ^二、5轴钻孔的应用
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. o" S) b+ \1 x+ v( J 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。% r- B4 w# b8 K- Z1 I$ l+ N
$ R. C y/ Y$ T- b& ^ D3 N& C
0 n, d( H. K% j7 C, O3 E: b" n. c6 Y: x4 Z4 H/ A
图2
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; C+ y4 j0 d4 l: ` r. ~ (1)先按曲面上的点作出曲面法向孔轴线；* X' f. ?/ C/ K& i3 ]
# U6 \2 G+ `! I, q8 x/ W& u (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；0 l, L: w. L( {2 M
: O8 b- c% i; f+ H- a) ?. C
(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；
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(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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) t: _7 B3 I2 e3 m图31 F: K" F: ^1 U, D8 t. Q' x
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, p/ h$ g i* Z/ ]图4 ! p2 w5 j* S) t0 w- H
, {, d+ a" @9 g% Z# q' r: V3 r: Q$ i3 K+ Y: c9 W
. y2 _5 N* z: D5 H9 p, w图5
+ f9 j- c/ s p; P/ S( R5 d) A) b8 H. t4 ]
, ~3 E3 |) ]2 N. }6 t# m三、5轴加工拔模角面的应用) c% C6 z) w3 t+ ]% a! }; d0 P
. ~ C* X6 C, t 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。
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( ^1 C. l2 ]5 V# r
8 \- V4 x4 p+ |2 O6 i ?: l图6
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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；- R+ c. K. G! ^
" Q; F( K& e9 }# s% g7 O (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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) ^; b h c* N6 k3 ~- g2 i (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；" [+ W) [, y/ s3 M
, K/ S, j. f1 H5 A: S$ J& D0 o
(4)得到的刀具路径仿真（Verify）后如图11所示；
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5 Y8 }; c L4 E1 s- q (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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2 B/ o8 V3 C& G0 D4 V5 n9 U5 Y; V. j& a) ?" j/ Y+ e
图7: ^2 k& o# B/ g9 D$ l, \
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& B% {( z$ B; P' I/ _0 w8 F
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图8
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1 ^. G- m' w* G' F9 t4 W( A0 Y+ r
, T7 S" E, A5 m3 l$ b# E0 n图9
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* _9 a `4 b0 n8 S& O+ }图10
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图129 B" \! q y) B! X! X7 b$ \
, R y I6 ]0 S; m
' g" B; v# a1 K$ ?! z四、4轴加工的应用/ Z5 Z# Q) h% j" J5 o9 w% Y
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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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4 I8 s7 L6 k1 O2 x. Y9 x8 a9 C, J) h 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：% ]: \' c F! @: r, h. _
& _8 a ?3 A7 p6 P1 t) E
(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；$ A7 g0 h" ]+ J2 r5 ]
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& n% ^# N, B4 |; T ?+ H
( k" c) R; ]8 f; y7 O: l: Z7 P图13
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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；& g% c+ S" [7 l
[) _7 V8 R+ K4 f0 B6 \9 _, b5 p2 E M$ v" ~5 C/ [
" w2 O1 ]$ [. O/ `( b图14, @- U. S# A V9 @0 c( ]3 P
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图15
5 M' U, T! f4 ^0 E0 P: G# d* p' a0 m) w g. g0 S
(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；5 H0 T! [% f a$ g. E- {! D
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; X2 u# t0 [8 P, m2 U图165 M' u* o% o8 b
9 \9 x7 Y0 \. T (4)产生的刀具路径轨迹如图17所示，仿真（Verify）后如图18所示；! ~1 K5 o! y2 y/ X
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% { J3 j/ y7 \- \2 M图17+ Z" M, J8 k9 c/ g/ J- C3 r3 ~
9 _) g2 o: \9 q: m6 g3 `
# T* v( f8 |$ M9 t4 E
. k7 ^% l1 V: {$ m1 r图18- C4 y& k$ L* y/ J
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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。& ~$ e& J7 k1 _. Z; [$ z& h6 P
, e: s: q" E0 _: L: ^4 B# n
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& d: [ {9 E7 i H) R8 k/ ?图195 \8 d4 d4 C3 R9 ]6 y1 _! {$ z/ k% V
5 b1 F* g- O- l& g
& R+ T: U$ T2 }, E, W五、结束语* [( ^, S4 g* |
. a* u2 u) H4 b+ @7 w9 p4 L
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