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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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F8 J) N0 j K; _8 e3 x/ e 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。( {# u! e+ L# f4 ^* a
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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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! J6 i8 G1 o! p2 z2 @6 T 1. FIDIA T20的配置* ^! R9 q+ Q. e' S/ I
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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°; n9 N0 v" t( W- }0 {0 t- ?6 G
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2. 修改MPGEN5X_FANUC.PST文件* W/ \: B; e m- A: Q
5 a* d% e8 u0 n* l' V8 R
针对FIDIA T20的配置修改MPGEN5X_FANUC.PST文件，如?所示。7 u* d2 z" w; |; ~9 N; [% m
* M& I' c4 ^" r. ]6 [; ^8 f1 s! g+ L% ~
( [9 N M$ Z* n图1
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二、5轴钻孔的应用1 |. B: M9 D- i I0 C! D
. _1 v$ ^ v5 x" E 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。. Q+ c$ J& H8 |& i k8 r/ U
8 D1 N0 q% _% J Q7 `' x; T( C. N9 g3 M* n" b) _
P+ u; l+ A* t/ f% G5 M: d. ]& d图2
$ m* t2 O. L: S) X8 F5 {6 f' N# Q h$ F, F* r; M& _
(1)先按曲面上的点作出曲面法向孔轴线；! M/ v _6 Z3 j; i: V. S+ t+ m( J
1 n: F8 K0 N# A5 f" F" k
(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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- V- M6 O: d/ h4 _% I( D (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；$ W* i4 N( z8 K+ Y' g0 f% ~
1 _) e% r6 P( l, o6 E2 t: B+ T (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。* U1 s7 x/ c( {8 g0 q3 W
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- d7 |( s7 D5 {图3& H1 P0 B) p# ^$ E' ]1 l' b3 N7 j0 U
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图5 ! @* Z" O$ w4 @( A* W9 P
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0 Q. v3 `- ]7 H7 h, f3 y' X( x% c5 N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。/ N2 J1 U4 P. ]6 X$ i7 h
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" C+ n+ V, f9 n. _% w9 D, @
图6
a9 Z/ {1 f5 T4 |0 b5 A8 V A: U: D4 g- Z7 Z
(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；
. l4 {( m. l- ?$ ?# h( D. o
. J) Z1 I0 t( }/ t* L- M4 I. W (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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- |/ A# x" E/ `$ s (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；7 }- C C+ |( } o+ d
9 F, l& {4 S- c- x. X+ A (4)得到的刀具路径仿真（Verify）后如图11所示；5 B1 B7 |, J" n$ r) E
& {7 s' b$ P3 ^1 z% X$ X# S
(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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图7
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图8
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( w4 ^3 I2 n9 b9 C, |+ @图9
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图10
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图11# Z. g' U# h& T% B$ O
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图12* M+ `% c, H. n& W! E8 X
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四、4轴加工的应用! d) h5 S9 @. }. _
6 R4 B) V$ M" @1 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。. U, O I( j" V+ ?
% e( ]6 ~7 }7 U- _( h" x$ 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：
q' b+ |( }& p( v2 c* t+ W* _* @
: r+ A0 h& U2 x- O3 Z0 v8 A (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；
$ ]. p8 D! I! K- Y( @5 a. c6 R: g& m+ I: ^9 R& X6 _/ |/ D/ x
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图13: [2 o: i$ j8 ]7 [3 Y
9 M: _6 z: H+ x3 w! h) 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；4 @4 {. z6 P; w
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6 m+ {6 f) ?, P& ~
A% Z z. v+ v! I* m$ s+ {图14
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) v7 }7 M( K' o' q( c
图15. p5 `, t8 X" x; M
1 P, V' g& |4 R0 S1 v
(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；- f$ f; q5 U7 L
. N; X; p& M, ~
* Q+ ]9 h7 V. O. D
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图16 t6 r9 M2 k1 R
0 i) x, g" ]9 R( v' t
(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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$ Q* Z2 V, W7 I n. S; U
! o0 W! k$ I/ _& m2 e. R图17
8 G) ]( V# k- t B8 x1 Y6 F! Y# I# Q) G* X5 |
8 d; A( f* E5 x4 j9 l6 M
! j+ F6 N9 p8 L" ^4 q- J" L- }. h/ x图184 B5 }1 u3 |% O! _' w# h# \
P% s5 E" _3 {6 b* ` (5)用MasterCAM V9自带的Mpfan.pst后置处理后的NC程序如图19所示。
. g3 h/ w* X% n3 f: ]+ G% p5 D# y# ]' W
, v# o' j3 X, W) A2 Q y( m
/ r6 N7 c& b& S4 v图19
+ Y$ P8 o4 \- c8 v0 N# l% l! c; ]) I1 {2 A. g) n- R' R, K% G; h
Y# p; Z2 s- U- h: P五、结束语) c+ g, l& k3 Z" B: H V" w+ D
+ B# t2 i7 d! q" x5 { 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