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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。/ ^+ G8 s" O3 o( M' _7 [2 g. `
$ v8 V- R4 F5 D1 Q' H: l3 w& V, w 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。( q! m+ T0 J* L7 Y' u
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一、开发FIDIA T205轴后置处理程序! v: @1 |. h' J2 h/ O; o
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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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1. FIDIA T20的配置
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6 t6 [4 T, @) i/ M" c; K( D 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°# @1 M- P+ h4 p# j: _8 |
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2. 修改MPGEN5X_FANUC.PST文件. o( `) `* }! p- S
2 K J# B% ~' Q1 t/ f5 g 针对FIDIA T20的配置修改MPGEN5X_FANUC.PST文件，如?所示。: Z# J, U7 z3 w, ~1 p$ b
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图1
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二、5轴钻孔的应用* h( x" f, F q7 T# Z& e
# _" h$ U$ t) O 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。1 U" T3 H+ f" \! Z( F: _
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图2 . R2 J& x' R8 F$ V9 ]6 a8 ^7 ]' T
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(1)先按曲面上的点作出曲面法向孔轴线；( C, i5 X7 ~' C! f/ A1 M6 j
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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；8 F+ {+ W( d% N2 L5 \( b1 Q
; }$ r! x5 l; [ (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。5 _3 ?9 x: N/ c V" r
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p0 t* F+ r+ E+ ?; r8 p图3. b% @1 ^4 z; P+ S- l/ s* ?
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3 F% A z+ z- X7 T! G: x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。
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图6
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(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；4 a7 f9 r6 N$ X) |* E) J: {$ ~
1 S2 X5 c6 a& R) k1 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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(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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(4)得到的刀具路径仿真（Verify）后如图11所示；4 Z. s, S5 s+ B4 U
- c' `! ?" C% L- R; l" D( {9 O3 G (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。8 A5 Y0 E3 @; L9 c# @6 c$ R5 V
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图7! q# y& e$ E5 g3 C) G
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( {7 y9 f; x* x: M* s6 _2 C j图8
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图9: K5 D' _5 t9 d
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图11
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; H. m6 y3 s" W. @8 q" s图12
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/ w# m K- x0 g: ]4 Z, b
四、4轴加工的应用
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$ U* P7 P3 c% |- m1 t. `" Z 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。& [$ T5 l; z+ ^# a* X8 U: {/ u- o
9 s5 J3 Z4 u! [5 _ 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：2 c# H2 v+ p* |; }* ~$ @. B
$ Y# `2 |: d3 g+ z% _' C
(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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图138 ?* x2 Q8 x q/ N6 Q
0 W" y4 } G6 m6 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；8 W% P& l8 m } ^, L
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9 C' F7 K. x/ R8 w1 g图14! L; F+ E; m( ?+ r
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$ k9 j! N; `3 J; C# w图15! S) D0 N/ V0 p: u- Y+ V
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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；2 J9 ?( N% j3 v% l8 L
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# w6 y9 I- [+ V3 q9 u! v图16* X+ l' r- h; }6 f
, r+ @: C5 c8 p: e0 o, e$ W3 C (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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7 z) ?1 p2 X! Q3 S! G
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图17# p1 h/ ^+ g7 E4 x. P1 ~ j
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; F5 z! e7 R- A2 K图18# J" D7 T7 [% d
& p. |3 ~ B7 S( i) O% Y (5)用MasterCAM V9自带的Mpfan.pst后置处理后的NC程序如图19所示。 o! V- @! |" l. q
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图196 b9 C; O2 v+ a+ z3 L
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/ O G) L9 P* \1 r2 O五、结束语' b; k1 L# N" l$ y% a [
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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