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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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) w3 [2 s# j0 j# a: n0 y- l 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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4 O _) b! s6 a 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
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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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2 b- P& B I- f8 y5 `: L1 o3 N6 B5 Z 1. FIDIA T20的配置
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s8 x `+ b( h4 k' q 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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$ m6 z3 G0 Z3 \* `. m/ ^, J 2. 修改MPGEN5X_FANUC.PST文件$ y* N3 j! g9 d0 X/ R
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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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# A# k6 y5 d5 p9 E# I图1
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二、5轴钻孔的应用7 H' ]: y0 w5 J5 }1 _ q3 m+ o
7 v6 [' N* a+ b& k: r, S6 l 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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. Z# h: }4 P: z h9 b+ n5 h图2
- {6 ~6 J7 W) y5 g2 r5 ?5 M/ Q
& a2 k# e b& g- Y% } {% P+ T (1)先按曲面上的点作出曲面法向孔轴线；
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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；% e/ y) g* X6 w3 Q* y
' U* W/ S$ @) |5 S% h (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；2 e% x5 Y; W0 X# |+ U: @
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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。; T2 _# J# [5 m( ^
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: H& h! B8 Q- H" |. m图35 f8 ~- K+ w+ k
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; b. v# A5 M+ X6 @) I图5
' V9 z9 j' S, Y) \4 O6 j6 o7 P( b1 T0 u, S
- p# Q7 T9 }7 t) Q5 J" w* R3 A z三、5轴加工拔模角面的应用- A; w% W2 C1 R: i6 j' W+ X
1 v& s7 D+ ~- W" O* ]% Z 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。1 l$ p) U# {* `4 N3 U+ D$ w: Y0 G
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图6 - V7 R$ ^. M+ {5 R0 V3 k
7 w( t# y! y6 L/ w) P, ~
(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；
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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；
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% `, Z6 d4 H. t- d+ {2 A* L (4)得到的刀具路径仿真（Verify）后如图11所示； ~1 h$ o0 G7 ]/ G! D: A
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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。3 j- H7 E' y8 o' J( k9 i2 n- ?0 I3 y
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4 I) n/ p% W8 u' Y' U7 f. n
4 [% Y% g* K; _, b1 L# B N图7
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- M6 Q( C; q5 m4 i4 q4 {- I# \图88 y! Q7 g8 ?4 H( D5 X# A/ c
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* C8 a8 M: l( X# B# b7 b图11# }/ V7 G+ w- ]) y% U. f
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. S, z" p: p. _图12
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% i% ~- G8 A4 U; u四、4轴加工的应用5 _1 W: `3 W3 g4 Q+ A( p! l
- c, `6 p7 d/ @$ p 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。
+ `2 w2 \( I9 T6 _8 ~; Y! W; y- a6 n$ y' F$ m# s7 _
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；
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; e- s) L3 x+ K图13
5 F7 a8 N* _7 M+ U' w4 ]; W8 W* b! {& W7 g1 h$ T
(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；: p Y+ s7 y. w K# K% f/ _9 _- k# `
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3 G5 [% I5 J) {) y% H: O4 U/ d8 O图145 w* `! i9 a4 H4 J0 `" h$ R
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- P _) d2 ?' n5 l) W. O3 V5 g, O图155 @6 h4 b% b1 \$ e% t. C; n
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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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( x. g) O1 A* h% |/ {8 ^/ C
/ Z i. D! r6 t* ~! f图16- {3 v/ u$ @/ W% c5 m" e# @1 j1 k
' i+ b* L6 B) Z: @5 ^( o (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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图17+ ? i7 [" M) ]4 Q) m S
! t3 u$ n: t2 W w% H& [% ?2 p% E
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图181 w# Z: E# Y$ V% k( m" D9 R
* R8 k/ B0 r) b5 b0 j. H (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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图195 s) M' e, g5 j4 j# _
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7 a. Z; X' r" j6 H }( U. n五、结束语% F$ v* B; R' W3 |1 f
K) l9 ~2 W, c2 ` 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