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MasterCAM V9在4轴和5轴加工中的应用
3 {# Y/ l1 W( m: F% a$ @作者：成都飞机设计研究所制造中心 李丽梅 | 阅读次数：347 转自：《CAD/CAM与制造业信息化》 时间：2006年5月10日13:37
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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。 ! o. d/ P u9 Q* K) ?6 V# {
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) m; T/ h; G d8 a: r& K4 K$ j/ m5 k 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。
, _' A) j8 ]' Z
. N" f* }9 T: M, ] 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。$ |- G9 Q+ [4 B+ U3 w* o
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一、开发FIDIA T205轴后置处理程序 g7 e7 _/ i# l6 I/ ~- p7 H+ Z. V, P
% \* X* Z# z1 C 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。& ]& ~; X! h0 z$ s% p- f/ u( K
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1. FIDIA T20的配置
Q3 X" s5 ^- N) z$ ?0 h
, {" ~% P5 }6 [6 r. l3 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°9 @" n: F; w* Q* f+ g
A; _1 m8 N% _3 r2 Z1 G8 g
2. 修改MPGEN5X_FANUC.PST文件4 w3 m9 s" \# m( K( v' g
" C) G0 b' y9 T7 a: O 针对FIDIA T20的配置修改MPGEN5X_FANUC.PST文件，如?所示。 t5 m. |4 v) W/ ~
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% _- F* J. s8 E+ G4 k4 [+ D( g5 w7 \. |( K, x) D7 \
图1
* Y/ f( Q- L) G2 P2 r8 E
& s! Q% [0 |9 M( V9 ~% c6 ^8 h" h0 o4 G: _8 P
二、5轴钻孔的应用
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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。 m- M, C# z; A; l& v# F3 p9 Q: P
[; T3 d1 f& s9 t9 V" y/ G( z
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: S& K; g0 D; x& C9 Z7 g; K" Q
图2 7 l- f0 S3 E0 u3 E/ ?7 A2 o/ v; E
6 |: Q1 o6 J' r, k. C& y. Q W (1)先按曲面上的点作出曲面法向孔轴线；
* }1 R) ~6 L T5 G% z0 E- Q7 p
' n v. p! |4 u (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；2 a2 y$ Z7 v0 t, I V
5 t8 h- n2 g8 f! C B
(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；/ X+ b0 b1 N8 p- R7 b- `! q' ?
% @0 U2 L* s2 Q$ _
(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。. P" w1 d* Z- {: L# R* P
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5 e3 i N' V' e- m图5
1 z5 L6 ^: p Z8 }. I: k. C4 ^! b8 P: I( }2 b; \6 y8 E
& U2 ], }# Z4 t9 N三、5轴加工拔模角面的应用7 e# u' i9 u4 c. U/ ~
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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 Y; u" ^& A' z& k9 M+ s; \
, G! e3 Q; _* @* a5 r3 C) ?' z- Z
& ]8 h% {( i9 F9 l; t8 i
% m. s) K4 ?2 k6 a, E/ c G6 E图6 3 x" j. U# q; A; q: V5 W5 W
, O8 U( t+ v" V" [! c% h (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；- S. X5 h9 U- s7 f( L7 B
0 a3 {- i% h; z) Q (4)得到的刀具路径仿真（Verify）后如图11所示；
1 P( m$ a7 j+ z- d0 d
, P; i9 x, p, ~" 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。3 I; z. ~( D' a4 c, j; Z
- b4 m! F# g' z& c' Z1 X& ^: ?# I N& ~# E! f
' \1 |. O) g: A图7
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6 L6 V- N/ y2 P( v3 O0 [4 p% I9 R; h [; `$ s J. M
: @$ p8 B) r/ j' h, A) x图8
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图10$ U _, H: H" H
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: M$ A( x: H( q/ b3 ^* q' k0 x4 K: [/ h7 x P; F! a
图11
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2 y( _. ]9 P5 R6 K2 x2 i" O
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. |8 p# d7 V x% D图121 h0 u. P# s4 I. e% `
9 H/ E% }1 k4 Q7 j! F3 v, G, E$ P2 t5 R8 t7 o( Z3 r0 L
四、4轴加工的应用
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% A7 P' B) v0 O1 O+ Y, } 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。* D+ ^* g; H) ~$ e* c
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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：( t! s3 B& c1 ^0 y) Q, x' U1 {$ ?. B
. Y) \7 ` P0 Q# a0 q" i& L
(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' u, v% C( S5 C. w
: h- N" A+ i# P: F& l; i: _1 V5 B% v3 I
3 f' G5 o7 O8 C图13
0 i$ ^+ V( G& Y) y& h1 S6 m/ M, ?- a1 |. m: O8 S- [ y
(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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0 b/ f/ Q3 o: \+ N$ s( ~& |, i; B( Q, y* \
+ h* y" h' G+ p( T( c7 q图14
* ^8 I' b7 K& u) F; O$ I
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7 M; a `7 o0 ^8 T0 n- R
4 N' u" H0 E+ ]5 ^ X# V& G5 t图151 l9 M) I& G% A9 K; n/ i2 t
) ~' d6 y8 @7 s; B
(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；0 ~( r) A8 u# u% l
4 V" s9 U* j C# g- F; L! p
; j$ X; {/ m: B; a6 _7 r3 ~) T+ X. p' `
图16
* ]9 b# }4 G: I; d# L* M4 d0 h' ?( y+ ]' _7 x2 X: Z( 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；0 Z i& k! U' Z- [5 w
. j2 ]7 E* C/ O- Y4 i2 ]* {
1 r$ s$ e' L1 d% e4 W) k
# Q6 f, l. y+ ^5 S图17
0 w3 @4 W5 c; q* S8 z" w
& K* t: u+ w2 f4 a2 M; w$ U j3 |
5 d: N# \+ [- L9 ]3 ~' a
+ I$ s% L i* U; A; n图183 A7 B1 }* S9 a8 `! v6 I
( R/ I0 ?0 [9 m/ b1 |' `
(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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6 h7 {" H# d5 J7 z4 \% r8 Q. h0 L0 p7 j1 Y& N5 M7 M
) D* O! f5 z# l1 g( I: P3 d/ D
图19
; R( L$ M5 Z! j- m
+ j6 {8 h9 v* b5 n; B8 f- H
1 c9 q& ~" L* i: Z) q五、结束语& U/ Y( Q' w& h2 G3 l! [
, p2 v: w) a' D+ P+ h5 }; f 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 2006-6-11 12:22:54
楼主
发表于 2006-6-11 21:06:15
