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MasterCAM V9在4轴和5轴加工中的应用
Q! t; W; x! g' v. v& L6 z作者：成都飞机设计研究所制造中心 李丽梅 | 阅读次数：347 转自：《CAD/CAM与制造业信息化》 时间：2006年5月10日13:37
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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。 ! C; I$ F9 q7 _ r* \
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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。1 N; `/ i# h+ U) w
, d& `0 g% k- S( p3 w) V' M, @ 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" m- Z2 A0 S& C1 E9 \
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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。
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1. FIDIA T20的配置
+ t! I3 G+ A9 C( t! Z6 E0 w
, S( K4 x t6 T( M 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°; H+ b4 ?3 Q& s. p" ?
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2. 修改MPGEN5X_FANUC.PST文件
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针对FIDIA T20的配置修改MPGEN5X_FANUC.PST文件，如?所示。6 l* X8 \/ o5 @6 ~. `# ~, D7 m$ }
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( I6 X( R& g2 |6 ^二、5轴钻孔的应用
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9 h8 i, m1 Z" s3 E 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 [: l2 X/ `; a0 h2 c% W
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, U8 c$ B8 ^& l" m- T: ]
图2 3 x6 ?* t9 q* S: M* O/ t
6 u7 r% p m1 O6 |2 t- L& a (1)先按曲面上的点作出曲面法向孔轴线；
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$ _& X n. H1 O7 b0 ^ (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) V; E) `8 m. t1 S6 s. s
n5 s) e4 o! w j e5 O8 b (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；0 K* L* ?: ~! _. K3 x9 Y( w
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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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3 K/ ]7 S3 _! t& _8 J/ {$ Q; k* W* R+ R4 a8 F% c
图31 Y6 W9 G. l3 P3 @; W A
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6 ^; [; _! g+ _3 n% j图4
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; O% C0 M( O9 ?3 l2 s% K; _图5
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3 M G1 p9 f' b a5 j三、5轴加工拔模角面的应用
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* x( r, b: T. p 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。$ d1 e4 U: {6 m0 R7 C; Q
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& Q1 V: W% M7 `" Y# _; D q$ P图6 ( Y" q+ H5 y& m$ _; d6 b
6 L' O- W; z) p& p& U
(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； z# O6 G) L- c! Q$ c
8 R, F# O# [9 y" q" R (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；: J/ l3 y# _5 [% A/ L& h7 m
) ]8 m4 S- `1 Y) ? (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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9 X# d! j" Y9 L0 T# W) u5 u6 l (4)得到的刀具路径仿真（Verify）后如图11所示；
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/ i3 c: v* F( B+ V3 E1 H (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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图7$ m4 ~" r: _6 m( ?1 V% r2 `$ q
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7 Q2 z* I# S0 x; I* {3 y% y图8
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( J( k7 j/ p; d. M4 x2 g2 k# q7 I3 w
$ k2 S/ {3 ^8 |. ` H' L1 B6 k3 {图98 Y8 o- c& g0 f# S' |5 i4 W
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3 S: v3 o9 P& F7 c+ N& J! y- u$ H1 V5 r5 {+ r$ G5 a6 P
图10
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图121 F! V8 P1 h/ N1 f& @
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7 i" U6 |* c3 [" X四、4轴加工的应用0 _; O2 F! U( j6 V& i/ h2 K
. H5 {2 }7 `5 |/ m% z: n- N& Z. ^
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。5 @) J# d/ ^, }- | W$ O( r/ N
* Z' T6 @" s- I- v) @% \1 d" Y 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：- e; Y6 r' x2 I# E* J. E
+ f2 ^, ^0 m! z% @& Q3 t6 l (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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0 \, |: j0 ]: O; t图13/ w9 U/ ]* A7 i, r
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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；
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) o+ r6 K/ X# C4 Y图14
9 p8 B" o+ i. | c/ I6 M' {. I' S/ c7 }
% X" i" x: ]2 ^0 @# S9 _6 ^
$ C8 H7 q- a" i0 G4 k+ h图15% u5 f5 b/ [1 z+ C/ j5 N! R0 {
* J; g. ^. S3 ~! q
(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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) s+ o4 q! p1 u3 O7 c. W0 [图16/ O+ z z' G4 i9 m
4 l5 K- J3 x! ?: f* U6 k, A- j: R
(4)产生的刀具路径轨迹如图17所示，仿真（Verify）后如图18所示；
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r2 { z" A/ U( x B8 w7 L4 M5 i
7 H) W3 z% e5 t( P" L" q- x
' L9 b6 f3 f1 _1 k) h图17+ y- [4 n8 c! T4 C) ^
1 q# r% b+ ^) H' z. a: f2 P |0 t# L5 b p( ^
5 o Q1 ^2 H8 ~+ _
图18
0 X8 o6 l7 m) u9 N1 f
+ Q. L: T# f3 G (5)用MasterCAM V9自带的Mpfan.pst后置处理后的NC程序如图19所示。) k* g1 U* W2 G+ `/ A8 O# |. g
$ y. B5 N2 o8 ^; i: j
# @( q0 k1 C& }: l- ^4 E) e# ]8 |9 \9 U) ]. D
图19" E+ X7 S7 a7 P" {
2 K, J% O7 @: W1 B8 K
' ~2 F4 C1 x( _! e6 D% G, ~' O) W五、结束语2 q6 I9 x3 @! `1 r; a
# f" \, _7 S# E& C+ P6 k' n
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 2006-6-11 12:22:54
楼主
发表于 2006-6-11 21:06:15
