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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。0 E0 z. \1 E$ O9 o J' C/ c
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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。% W: S u8 ^6 H, z! q* N
* O, |& _+ x' f; ` 1. FIDIA T20的配置6 Q$ |2 |- g7 A! Y" B! W% y
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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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2. 修改MPGEN5X_FANUC.PST文件
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7 H8 E' y1 X! s8 z" d( | 针对FIDIA T20的配置修改MPGEN5X_FANUC.PST文件，如?所示。
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8 l t" |+ S7 d; y0 C% C8 ~+ b图1 4 i1 Q) v+ T+ p- R3 ?, A& S# N
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2 [' w( U$ y2 U# |) v) n二、5轴钻孔的应用
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0 J$ {( i" N! `4 x 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。: M1 ~( G! s) W2 Y' y$ }( S; Z
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图2 ; p. W8 C" ^# l
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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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6 S7 Y4 z$ b' M+ g (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；
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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；% { ^# ^5 ~, |; t* g
% l; p0 K( o# f! m( I6 P (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。: f' V4 x% h+ i# L! [
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图37 X& x }3 U3 o2 s- J
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图4
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4 m; t: \6 P7 p0 Z, v2 n图5
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三、5轴加工拔模角面的应用
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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。- u3 M0 u# R5 U8 `1 s
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0 t8 g1 k% T1 G% [5 {! F; ?- H# M3 O1 x图6
( N, k: Y5 Q, T B; J( `! l' P" u* o( Q" {6 @) h9 T8 J
(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；
" A8 A6 t1 \3 E4 k! \( N( ^' J2 @! c* I
(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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; G& Y, `( ^" N3 v6 i3 [ (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；% ` R: M5 N/ v& D& g% Q/ Z
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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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(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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. r; _1 A- y' t6 A! v图7) @' c) N, t. a5 [% g/ a8 W
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图9( a3 Y3 H4 v# H7 I
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图107 W { I6 ]6 g' }; G8 g
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1 g( r l( L" N) m图11
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四、4轴加工的应用8 ]5 Z- c* f2 j% p3 x$ n/ t9 N3 q
% v/ k- Q9 m2 N% [' K% v: m I8 e 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。
; c" M0 w. V/ P h7 _- M3 p7 T- t8 T6 X' e. |2 E
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；5 c; G3 ?' u+ g, A9 ?/ Y
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( z# f* d' y& F4 T6 E+ f图13" y$ e3 C% ^$ h5 O2 n2 D9 |
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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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. |' I7 s9 ?6 s6 S- b图14! s- Y. ~! U7 _9 ~- a. H0 p
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( R+ l; V" ~+ R) E" }5 P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；$ z) F! ^ j! G
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% ]$ R& }. f* V/ N3 N (4)产生的刀具路径轨迹如图17所示，仿真（Verify）后如图18所示；% o1 a; }9 G' y* {) c, z
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图17
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图18! \( h3 F3 t( j* ~. F6 z
3 O+ W5 T v0 _% B. T5 C" Y
(5)用MasterCAM V9自带的Mpfan.pst后置处理后的NC程序如图19所示。1 I d0 i4 i+ [# e& ~, t
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图19
' e; f' b- U( H
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2 q$ a" ^, G1 _五、结束语3 i _& t' [* L3 J) R$ t' L
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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