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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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) q' e$ O1 n; N `+ n 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。
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一、开发FIDIA T205轴后置处理程序% }+ ?8 F5 b! D; [
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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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% k0 j3 ?, V$ l; U& V 1. FIDIA T20的配置
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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°; v+ o- X4 s4 j! C
; i% D$ H J+ Y! Y8 P. p 2. 修改MPGEN5X_FANUC.PST文件& j: b, }+ l( M
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针对FIDIA T20的配置修改MPGEN5X_FANUC.PST文件，如?所示。! m. y/ I4 b3 O6 \, n/ R( r+ i, t/ q
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0 x1 O) n( }& Z) m ]图1
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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。
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图2
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- D9 j5 N* l6 A! w5 r' i: k/ [ (1)先按曲面上的点作出曲面法向孔轴线；6 M7 ~) Z4 ~$ o# i
: o5 r5 c- ^) q3 ]0 x# ~ (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；& T" J' p# T* e7 G& b v
" z: w) S4 D, ]: @, Z" ^/ ], R
(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。
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图3
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图5
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" Z5 d' M: f7 b' i$ ?* X' k7 M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。' b: _* L' C: @( K
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图6
7 h6 S: A* {- X: l/ t5 I: y/ G
: ]1 p2 |8 s& O0 e* Y (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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& y' x+ A" t$ L( M6 M (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；0 S6 k) b2 U2 m( {
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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；# `& [* h% g D* I. J
9 c4 U2 r, z: [+ Y (4)得到的刀具路径仿真（Verify）后如图11所示；
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; z( {- y5 ?/ J4 ~, o (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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% q9 g/ N8 C0 a& \6 ?' b图7
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( @: G' d; V- X9 a: @/ @8 B图8
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% ~) F$ [' A, f$ M( s% V) b图9
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/ y0 ?5 H. _" w% d) c0 ?" b2 D图10
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图11
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8 J+ V( W7 y0 I$ h/ W4 k图12
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四、4轴加工的应用$ J3 c+ {. R% |6 T$ S
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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 q7 t1 S: Y4 i6 z7 R1 t
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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：
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& F5 u3 @* S& Y; X2 E0 V0 ]9 d ^) s (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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; c: f7 j9 Y; R2 P- n& B4 n图13, T7 O# ]/ [' k8 w( _$ Q
* Y3 b! S2 q! ]% {3 c (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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4 N5 @% x1 ^/ S: F' C4 R
6 b" C2 e# R' \1 ~3 `& B5 P: |. R, S图14, Y. |; w5 }% g
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7 P# _/ K K8 Z6 Y/ j2 E- ~5 X2 Y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# ~; y: r& {, t
1 u2 O! T4 [) a) H( D7 c% Q( q9 Y
6 x9 x$ J* ?! h5 o2 L- }图16
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' n5 a( Q: w3 ~. U2 w6 M (4)产生的刀具路径轨迹如图17所示，仿真（Verify）后如图18所示；8 ?* f9 q2 s3 n3 ]& @
8 v2 Y4 `! X. r% B) r! x6 V7 @- p# |* G3 z' a
2 X# ]8 `) b% Y% P图17) y# i* D( x& H4 g5 u) r" R* h/ \* q
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图18+ C L7 [0 i6 _, L
) u: ?& T4 t( y' V/ `, O4 u (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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# {8 H3 c+ x0 p& n9 g+ C图19
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五、结束语
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1 \4 T+ e8 P; ?# e" B5 B- A 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