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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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. q' ^9 f) j- V, n, c8 H; u 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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! x- D1 g+ B5 a0 @一、开发FIDIA T205轴后置处理程序/ c* O) J$ D, l( `$ ]
1 \9 n9 a( [8 f6 o3 g/ M$ z; o" ^ 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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5 M3 j$ v: O1 I6 G7 q/ s 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°# V. E, T- @9 i
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2. 修改MPGEN5X_FANUC.PST文件
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1 ^" q- a, \. k) V$ W& N* K 针对FIDIA T20的配置修改MPGEN5X_FANUC.PST文件，如?所示。
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/ g# j& m" h2 X3 [7 ~$ N6 A' ]图1 5 C7 t& g e. s; Z: @( w9 L
0 `, P& Q* Y1 h" y1 @/ A w; h
0 ?# Q6 p# a4 n2 ~9 V+ h二、5轴钻孔的应用# \& A; ~# }% E) I8 C" F
( f6 A3 [+ K5 v1 [ `! t1 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。
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$ H( T7 r% y2 {# [! `+ ]6 Z/ l图2
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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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5 E9 l8 w" ]+ |3 Y# o (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； p/ s d: e- p5 m' @
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(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；& j& e! f5 d, F5 i' ^8 f
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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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图5
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三、5轴加工拔模角面的应用7 b6 h6 {1 ?9 V9 ~
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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。& [2 ?$ C, V- q6 ]
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图6
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7 m q( _5 j* A (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；, J" B9 }8 j$ _4 f% K2 A8 r
( S3 N4 p. }, T2 ?0 g5 J (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；; X! A7 `4 M7 R, g3 Y
: _* Y2 S, p/ G0 P (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；) ]2 g6 }/ @ e
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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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c. ]8 U$ x* \' l# v$ s- I (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。' c Q% g# Y, {4 J9 A
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图7
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图10
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1 R% ~+ u6 a- f" T% w图11
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图12& w/ c$ T5 O# r9 ~8 j0 _0 g/ _
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四、4轴加工的应用
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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。! b0 J* q+ K8 I8 r# H
0 N' X* u" W, F6 K& O 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：, \7 r( s- {4 g- F9 B$ E+ K- J
# g6 e, j2 N8 Y) O9 }
(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；" P$ J/ _ y3 j% y6 M/ i0 W
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图13( M. G- O) I$ g. \8 [' p
% j0 O/ v+ n; H/ N j5 h/ U (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；0 A& }1 w& j/ A
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图142 k& v$ J) c2 [5 W O* s$ U7 I' u
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0 ]) d* q- b5 W7 a, I图15 | F' C+ W- G' w7 j
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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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9 W \+ O: l+ x& ?2 u1 y0 C) Y" p图16/ K5 D) J! y1 {, j8 W
: b, \3 g) }9 h- z5 v7 D (4)产生的刀具路径轨迹如图17所示，仿真（Verify）后如图18所示；; Q/ g, r% v+ }/ y: [6 W
$ F; y8 i4 M# ^1 \3 P
$ t ?4 C: s9 M, q7 b* m6 C' r: q. y) }# `1 O# j
图17: _; ~/ J* A; ]! Z- |& \ L5 O, o
- M5 N6 p2 L6 S0 e" u. w- O' M, {/ J0 s; J
) R" d3 w' f/ T图18( G" T ~/ E' l! _6 k% Y
3 g, F0 p# {! Y8 o! ` (5)用MasterCAM V9自带的Mpfan.pst后置处理后的NC程序如图19所示。
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* U6 x8 z/ I+ \: P! b5 T' F+ |图19! M3 l Q: ]) n1 H8 Y: c4 I4 m
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% J! p, I2 Y% _! X# T9 l' g五、结束语" T/ i/ ]) x: e! B3 z3 a8 ~- 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