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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。
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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。1 p: ?" p( B& A; I
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7 g5 X' O8 y! w4 G一、开发FIDIA T205轴后置处理程序
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w9 q6 b' C3 m3 L 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。8 l0 {& y% {' o
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1. FIDIA T20的配置- p5 G1 R: q8 y- N6 ~0 { \
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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 M+ u0 a3 Y2 |# r% Q& ]! P. N8 |8 b 2. 修改MPGEN5X_FANUC.PST文件* k7 Q' P- V: h$ [/ G {6 T9 C% T" X
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针对FIDIA T20的配置修改MPGEN5X_FANUC.PST文件，如?所示。
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图1
' ~! P+ K' D1 s# |) ]( H4 P0 `, g2 k& b2 T
w& j+ h6 k& X二、5轴钻孔的应用& y1 d) n$ O$ _5 H5 z6 R
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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。# N9 [* b2 R3 R( e" V& n1 K9 m
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图2 % {4 R0 h9 Q: f9 Y" ^; c9 F
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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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+ ^% Q6 o0 L8 u2 {& Y (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；' `" \) E; M, D
! P( H4 }% B t: w, e! M (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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6 `; A2 O1 w; o4 L3 u (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。2 W& B6 I( [+ B
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三、5轴加工拔模角面的应用
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: P6 r" x3 k' a3 l; S/ e- o 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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. @4 c" Z6 k8 h, T, u5 j* l" g (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；
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(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；' [8 g" X, z0 H
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(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；% l$ M/ K- p& U0 }5 f
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(4)得到的刀具路径仿真（Verify）后如图11所示；
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2 Z5 @+ ~7 l/ Q4 ~! l (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
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图10
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; R) b: m, \7 J4 O图11! R. O1 o; }5 s6 O r Z- v) Q
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四、4轴加工的应用8 Z: }6 z6 G% A3 T8 [
) Y8 N( w2 G: L& c$ F t' s
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。) Q% E- ~3 N. i6 ]
8 G3 U8 O9 N0 ]3 J2 h1 g 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+ d o+ |. P2 b! _' ^1 q/ X6 n
/ q5 v4 d, r5 l, D$ t8 e2 v (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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% d6 r1 [4 x9 Y& k8 s9 O1 g; q4 S# Z! B& o9 U$ B/ g/ A
图13
- F5 G$ I* B, B" i
& _4 P9 E' }% ]# G3 |/ [ (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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4 A/ x1 F1 S5 F" I( _+ _, R# j9 O/ T9 G# G9 O. W7 j/ m% V" V
图146 H8 J; z0 ~3 c- a9 p
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9 s# v- @, `+ v- D5 i0 i) S6 d' u' c6 v/ a) t
图15
2 w' R" R" n& j. S* S5 a+ q2 ]9 Q( b* \0 ?5 n4 q8 {
(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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4 k& r3 l) j1 L- D6 j, F5 v& T+ b
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图161 f& c9 v* _. P2 g( H b
4 p( p- H* r; B (4)产生的刀具路径轨迹如图17所示，仿真（Verify）后如图18所示；4 {7 A, z5 s* e% r2 O2 W) L
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1 y& v4 ^5 L- P: c! w6 i2 \, P3 c- s! {7 }6 x3 t
图17
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% d% k! t' j+ _9 K# P
7 I) k" J" u8 D8 ~6 r; T
图18# F6 G7 p. W' Y; n4 ]7 Y
' a. ~& H0 `# [ (5)用MasterCAM V9自带的Mpfan.pst后置处理后的NC程序如图19所示。- e% z& a3 L9 T7 D* ^% X
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图194 b2 N/ P! ~$ g
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五、结束语1 L. T; E& M8 v
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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