四轴加工 - 图文 MasterCAM在四轴、五轴加工中的应用技巧一、四轴加工的应用卫生巾切刀成型辊的数控加工主要是通过用平铣刀和锥度成型刀在XK-715M机床〔带旋转轴的三坐标数控机床〕上实现的旋转轴上夹持的切刀成型辊相当于第四轴——A轴，刀具在圆柱体上走空间曲线，就得到刀刃的型面 那么，如何建出这条卷在圆柱体上的空间曲线呢？ 首先，在MasterCAM8.0中，依据切刀理论刃口绽开图画出不同刀具的中心轨迹绽开图，这是二维曲线 然后，利用主菜单的转换→卷筒→串连，用串连的方式选取刀具轨迹曲线→然后设定卷筒直径、旋转轴X及曲线放置在圆柱体上的位置→确认后再作出与卷筒直径同样大小的圆柱曲面，作为4轴曲线加工的导动曲面，将空间曲线以投影方式投到圆柱面上进展加工 虽然同样是FANUC系统，但XK-715M机床和加工中心限制器的所运用的格式稍有区分，所以在用MasterCAM后处理产生NC程序之前需修改后置处理文件MPFAN.PST 方法如下：进入文件→编辑→*.PST→找到系统默认的MPFAN.PST文件，先作备份，如另存为MPFAN-1.PST文件，然后翻开，找到下面清单中的变量rot_ccw_pos : 1，将其改为rot_ccw_pos : 0，并存盘。
# Rotary Axis Settings # --------------------------vmc : 1 #0 = Horizontal Machine, 1 = Vertical Millrot_on_x : 1 #Default Rotary Axis Orientation, See ques. 164. #0 = Off, 1 = About X, 2 = About Y, 3 = About Zrot_ccw_pos : 1 #Axis signed dir, 0 = CW positive, 1 = CCW positive之后，进入“NC管理”菜单→更改后置处理文件→选中MPFAN-1.PST文件，再对NCI文件进展后置处理，产生符合XK-715M机床的NC格式 二、 五轴加工的应用 以在FIDIA系统的T20上加工双角度叉耳内外形为例，说明用MasterCAM8.0实现T20上带固定角度的五轴加工 T20的A、B角的是这样定义的：A角绕X轴旋转，B角绕Y轴旋转，B角是主动角，A角附加在B角上T20的工作台不旋转，刀头可以作A、B角旋转。
在MasterCAM建模时，首先要确定零件实际装夹位置〔不超过A、B角定义的范围〕，构图面选择要与零件实际装夹面相同 加工叉耳内外形时，事实上是T20的刀头旋转固定双角度A、B角，然后走类似三轴的刀具路径，但这种路径相对装夹面来说却是三维空间线 分析最终产生的T20固定角度五轴加工NC程序，首先要参加刀头的A、B角信息，然后再走出三维空间线 1．在MasterCAM 8.0中获得A、B角信息 遵照上述装夹方式建出叉耳型面后，先作出待挖槽曲面的法失，然后在Front构图面〔前视图〕分析该法矢的信息，其中的角度信息就是我们要求的B角值；再在3D构图面状态，求出该法矢与Y轴的夹角，就得到A角的值 2．在MasterCAM 8.0中得到实际可用的刀具路径和NC程序 先把待挖槽曲面定义成新的构图面，如Number 13，存储后将刀具平面也选为13，然后象作三轴加工一样作出刀具路径所得到的刀具路径不能干脆进展后置处理，因为它带双角度，不能或不必须能后置处理成适合T20 FIDIA限制器的程序格式所以只有把该刀具路径经模拟后存成几何图素，然后在Top构图面和Top刀具面的状态下，选择该几何图素，作“Contour”加工。
加工参数“计算机补偿”和“限制器补偿”均选“OFF”，“刀尖补偿”选择与上次刀具路径相同如此得到的新刀具路径就相当于帮系统把双角度刀具路径转化成原始构图面〔T面〕中的刀具路径，将其进展通用后置处理后就得到T20刀头旋转固定A、B角后应走的NC程序 MasterCAM V9在4轴和5轴加工中的应用一、开发FIDIA T205轴后置处理程序 笔者利用MasterCAM V9供应的一个通用5轴后处理程序模板，即MPGEN5X_FANUC.PST，首先在充分了解模板的构造和内容的根底上，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 1. FIDIA T20的配置 主轴头双摇摆，B为主动旋转轴，A为从动旋转轴，B轴在XZ平面内摇摆，A轴在YZ平面内摇摆，B 轴的范围是±360°，A轴的范围≤＋104° 2. 修改MPGEN5X_FANUC.PST文件 针对FIDIA T20的配置修改MPGEN5X_FANUC.PST文件，如图1所示 图1 二、5轴钻孔的应用 我们在实际加工中，往往须要钻曲面上的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上进展。
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，最终手工在NC文件中输入B、A角度值这种方法效率不高，而且简单出错借助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轴后置处理程序进展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，同时又削减了出错机率以图2钻曲面法向孔 为例，说明MasterCAM V9中Drill5ax5轴钻孔功能的应用 图2 (1)先按曲面上的点作出曲面法向孔轴线； (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，相当于限制了刀具轴线的方向； (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； (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 图3 图4 从叶片的构造来看，其叶身型面局部为困难的空间曲面，各局部的曲率、扭转改变较大，是典型的薄壁件。
由于其为动力等装置的重要部件，工作条件较为恶劣，对零件本身的精度和质量提出的很高的要求型面的加工质量干脆影响其工作性能，从而可能影响整机的性能叶片的材料要求有很高的质量—强度比，加工中难切削，切削抗力大，引起的变形也大由于其截面形态，在叶盆和叶背方向上反抗变形的实力也不同，进排边缘处又较薄，加工中的形变很困难对数控加工提出了很高的要求在实际加工中，多采纳 以下的加工流程： 四、叶片的CAD建模 Mastercam是美国CNC Software公司开发的一套CAD/CAM 软件，最早的版本为V3.0，可用于DOS由于其诞生较早，兼具CAD软件和CAM软件的重要功能，开展至今无疑是CAD/CAM软件中的一枝奇葩，有很高的市场占有率软件的CAD功能可以绘制2D和3D图形，构建自由曲面的功能更是远远胜于同类的CAD软件；软件的CAM功能便利直观，可以干脆在点、线、曲面、实体上产生刀轨，其后置处理文件是一种用户答复式的自由修改文件，默认的后置处理文件Mpfan.pst与FANUC限制系统的NC机床无缝集成 1、构建截面线 按设计给定数据绘制出各个平面上的截面线，叶盆和叶背上的型线均为自由曲线，进排气边缘为一段 圆弧，将各曲线光滑过渡，并保证各段曲线的连续。
依据给定的扭转角将各个平面上的曲线通过Xform—Rotate吩咐进展旋转，得到一组空间曲线，如下列图所示 2、构建曲面 将所得到的截面线通过Create(创立)—Surface(曲面)—Loft〔举升〕操作，可以得到叶片的叶身型面，截面的数量将影响曲面的光顺性，调整各数据点的对齐方式，和曲面公差，得到如下列图所示的三阶NUBS 曲面 五、叶片的CAM加工 叶片型面加工可在三坐标、四坐标、五坐标数控机床上加工完成，所采纳的刀具有球头刀、平底刀、牛鼻刀、环形刀、鼓形刀、锥形刀等，可依据曲面陡峭程度、机床主轴自由度、加工要求选择适合的刀具 1、四坐标数控机床型面加工的优势 在以往的型面加工中多采纳三坐标加工，其特征是加工轴线始终不变 即平行于Z坐标轴三坐标曲面加工是通过逐行走刀来完成加工的刀具沿各切削行的运动，近似地 包络加工曲面，行距是影响加工质量和效率的主要因素 过大的行距将使外表剩余过大，后续工序的工作量变大，过小的行距会使加工程序和时间的成倍增加 其中走刀方式和零件相对刀具的姿态是影响行距的重要因素。
以下是三坐标常用的几种走刀方式，如下列图所示：图一是沿截面方向走刀，这种走刀方式可以获得较好的轮廓度，行距受到的影响也小，但是刀具切削点是不断地猛烈改变的，加工余量相对也处下不断的变 化，对刀具和机床都产生不利影响 图二是沿切削方向走刀的，有较高的效率，在实际中应用较多但是随着曲面切削点的法矢和刀具轴线〔Z坐标轴〕的夹角增大，外表剩余增大，曲面的陡峭程度和其在夹具上的安装方位对行距很敏感 图三是环切方式，是前两种方式的综合，主要应用于边界受限的型面加工，从内到外环切时，刀具切 削部位的四周可以受到毛坯的刚性支持，有利削减变形 四轴联动加工那么可解决上述问题，有效地限制刀具和曲面切削点法矢的夹角，从而使切削余量相对匀称，在型面扭转较大的叶片加工中有明显的优势；同时一次完成了叶盆、叶背、进排气边缘的加工，具有 较高的加工精度 2、叶片的型面加工 叶片的型面为自由曲面，毛坯为模锻件，须要进展半精加工和精加工在半精加工中可以依据被加工的面生成偏置面利用Mastercam中Toolpaths(刀具路径)—Multiaxis〔多轴加工〕—Msurf5ax〔五轴曲面加工〕,选用曲面驱动，Cut Pattern(切削模式)、Tool Axis Control(刀轴限制)、Cut Surfaces〔切削曲面〕都选择被加工曲面。
选用直径为12的球刀加工，半精加工步距取1mm，精加工步距取0.3mm，余量 为0.2mm，螺旋式走刀精加工的刀轨路径如下列图： 3、加工仿真 为了检验刀轨的正确性，防止加工中过切现象，Mastercam供应了强大仿真校验功能先通过 Jobstup(毛坯设置)设置毛坯尺寸，利用Verify(校验)功能仿真实削，如下列图： 4、后置处理 Mastercam系统分为主处理程序和后置处理程序两大局部主处理程序针对加工对象，加工系统建立3D模型，计算刀具轨迹，生成NCI文件〔刀具路径文件〕NCI文件是一个用ASCII码编写包括NC程序的全部资料的文件后置处理系统配置了适应单一类型限制系统的通用后处理，该后置处理供应了一种功能数据库模型，用户依据数控机床和数控系统的详细状况，可以对其数据库进展修改和编译，定制出适应某一数控机床的专用后置处理程序其文件的扩展名为PST，定义了切。