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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。 W, t6 E H3 u- G; f8 z$ H. e4 ]& ?
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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。% A0 {& E' ?5 I3 Q
. k, ~: E( H" 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。% g7 H( ^5 ]! L& Q
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4 ]. r2 B% b5 l' @一、开发FIDIA T205轴后置处理程序
$ u8 n1 h/ J, V6 B- K
! ?1 ^% K _; { 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。2 R3 o& j5 A- @+ ^- @) W( {2 U
4 g9 Z }3 i) F/ { 1. FIDIA T20的配置
1 r. Q/ v- q" ~7 |- @
! v$ d+ ~) d" a9 u/ U8 e5 X; j 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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. I4 x0 ^$ f! ]. q, d6 W* u 2. 修改MPGEN5X_FANUC.PST文件* e: c/ l$ m' {. J# c$ n5 d
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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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2 @% [$ x! l4 [$ s- r9 H' W9 M: f图1
' W7 E' t+ l/ V6 v5 \+ p, h: w. _+ D- g1 @/ F: P: T
% M8 p: K+ [! F1 d& b' g2 d二、5轴钻孔的应用
, F- X& K: H5 q ]( j
. E/ z! v% s" ?6 a. @; M 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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! u/ s! w5 A' d8 P图2 # h$ g) W* R5 r/ \+ S
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(1)先按曲面上的点作出曲面法向孔轴线；" M$ ^$ H% [5 K f
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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；. f: p6 W" J# d' ]6 W, j/ C
) D3 k0 k1 I( F% N4 k (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。; r/ Z- d, A+ b1 P3 c; d/ u
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图37 n8 W3 ~% f9 `7 s: g
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' v3 R, ?3 |& n1 n' `1 j+ g图4
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图5
8 O7 v8 x* V8 i3 \0 D, ~" x* j, _+ |
- K, n+ ]7 q% V) I, k" l) U三、5轴加工拔模角面的应用
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" ^* A) E; A! @/ a7 m$ j( t4 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。
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* W; @1 |; H: f9 e# O
" L9 ~# o, `" F N- x- i, u, {" I8 V. B+ V# G( v% m
图6
7 V( D# O$ {1 ^6 @( j
% k* q1 f; w: r! B# s) g+ n (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；* }8 R1 U) f8 [
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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；; k h) C D6 f) W5 ~4 k1 a- ~8 l
" L6 x) u( i3 g- C/ j- @, q. @ (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；1 |5 K6 i7 }# J8 i) z+ V
/ |/ [+ V; I4 \0 w- r/ L (4)得到的刀具路径仿真（Verify）后如图11所示；; |: m- d+ y7 F( T
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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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2 W8 j* ^% h8 @+ X: P0 t7 w( D0 u图7
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1 d& @9 d7 f: P- i; X5 j8 L+ B0 m0 `3 O5 D [# o2 p
: }6 q4 l- ^2 D0 q: O' u. A/ Y8 m: F图8
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! }9 f2 M$ U" H0 V0 j5 s' v) v图94 z ~ x9 | o' [$ K: O
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9 E7 X- a; G- @+ N/ G图10. G0 E6 m# n Y9 e: M% S+ O
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图116 G' i1 A' S( t& K! w0 W
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图12
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6 H7 H8 P8 F$ E0 U% ]( J2 S3 d. y) o
* A* R" K9 I G8 }, e& z9 B四、4轴加工的应用
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- x9 r5 i9 b8 ^+ U 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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! U- b+ z1 g( \/ N* {6 _+ p* s 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：
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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；; G! c" P# ?! z' D* |9 Y. z7 B0 z
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; m) z) K5 ~& s' L3 A$ T e) \& X# j9 T8 I. s/ U9 W
图138 X1 k+ W. h( n4 n
6 l3 }; d( g- b (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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图146 u1 D& A# J+ t) m6 z8 f
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: e) Y& c8 V5 D( P$ d* ~3 M" }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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6 P4 ]: `9 k4 B- K& @- R( Z图16
' ?5 G6 j/ |3 J( G) m. m/ r4 s
. I+ _8 v, v4 f (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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2 i/ J- Y( B% t: x* W4 x( s
- N, p# d# ~/ Z4 V: D: E* m图17
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; S$ ~4 O% s6 N; v& V8 t9 u# E/ Z' r- f
图185 M& @9 G) L0 o/ z! f5 o4 W
" e6 B0 A5 @. ?$ _. ^ (5)用MasterCAM V9自带的Mpfan.pst后置处理后的NC程序如图19所示。% H. [6 f7 R( O$ s F4 x, q
. H: E ?1 G0 t% v$ @" d* @
7 _) I: {' p! l
d; W: u3 r+ D: S, M* p图19
2 Z1 Z. l D3 l" x+ h$ V8 M2 W) L8 r( } X
" E2 ^& H8 z6 K& q# F: m6 p五、结束语& \& K: _3 m9 H
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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