石從繼，周 嚴(yán)

（華中科技大學(xué) 武昌分校 機(jī)電與自動(dòng)化學(xué)院，武昌 430064）

基于MasterCAM的螺旋槽四軸數(shù)控加工

石從繼，周 嚴(yán)

（華中科技大學(xué) 武昌分校 機(jī)電與自動(dòng)化學(xué)院，武昌 430064）

0 引言

MasterCAM 是由美國(guó)CNC Software公司開發(fā)的CAD／CAM 軟件系統(tǒng)，具有豐富的二維幾何設(shè)計(jì)、三維曲面造型設(shè)計(jì)、數(shù)控加工編程的能力。它的數(shù)控加工編程功能便捷，提供2～5軸銑削、車削中心、變錐度線切割4軸加工編程功能。隨著數(shù)控加工技術(shù)應(yīng)用不斷朝高速、高精密加工、多軸聯(lián)動(dòng)及工藝復(fù)合化加工的方向發(fā)展，多軸加工(指四軸和五軸)的使用越來(lái)越廣泛。

在生產(chǎn)實(shí)踐中往往要在某旋轉(zhuǎn)體上加工出溝槽形狀，筆者根據(jù)多年來(lái)從事數(shù)控技術(shù)和CAD/CAM軟件使用研究探索的經(jīng)驗(yàn)，在四軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床上加工時(shí)，利用MasterCAM 自帶的置換軸法功能，通過(guò)二維外形銑削功能中置換x軸或Y軸，可以簡(jiǎn)單地將三軸問(wèn)題轉(zhuǎn)換成四軸刀具路徑，從而簡(jiǎn)化了編程步驟，提高了加工效率。

1 螺旋槽零件概述

如圖1所示，為我校參加“湖北省機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽”某作品的關(guān)鍵零件（三維螺旋槽）的三維設(shè)計(jì)圖。在直徑為100mm，高度為200mm的圓柱(材質(zhì)為L(zhǎng)Y12)圓周面上，有三條螺旋槽，互成120度，槽寬36mm，深15mm。顯然，該零件的加工必須采用四軸聯(lián)動(dòng)的加工中心才能實(shí)現(xiàn)。

圖1 螺旋槽三維圖

2 數(shù)控加工程序編制

2.1 繪制螺旋槽的二維展開圖

按照設(shè)計(jì)圖紙，利用MasterCAM軟件的二維幾何圖形設(shè)計(jì)工具，繪制螺旋槽的引導(dǎo)線-螺旋線的二維展開圖：

1）經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換計(jì)算后繪制如圖2所示的矩形，長(zhǎng)為L(zhǎng)=ЛXDXn = 3.14159X100X 2=6 2 8.3 1 8 6(m m)，寬為H=T X n=1 0 0 X 2=200(mm)，式中D為螺旋線直徑(mm)，n為螺旋線圈數(shù)，T為螺旋線螺距(mm)。

2）繪制對(duì)角線，將上述矩形兩端點(diǎn)P1和P2用直線連接，并將兩端點(diǎn)各延長(zhǎng)30mm，以設(shè)置進(jìn)退刀距離。

3）偏置直線P1P2，加工時(shí)采用直徑為20mm的端銑刀，由于槽寬36mm，可以采用二維外形銑削加工方法，分兩次銑出槽寬，將延長(zhǎng)后的對(duì)角線采用單體偏置命令分別向上和向下偏置18mm，生成直線P3P4和P5P6即可，如圖2所示。

圖2 螺旋線二維展開圖及刀具路徑

2.2 生成刀具路徑

1）生成二維外形銑削刀具路徑，利用MasterCAM二維外形銑削功能，選擇刀具路徑—外形銑削，選擇直線P3P4和P5P6進(jìn)行串連，串連時(shí)注意兩直線串連方向應(yīng)相反。選用直徑為20mm的端銑刀，設(shè)置刀具進(jìn)給率為100mm/min，下刀速率為60mm/min，主軸轉(zhuǎn)速為2000r/min，分三層銑削，每次切深5mm。

2）置換軸法生成單條螺旋線刀具路徑，在刀具參數(shù)的選擇菜單中，設(shè)定旋轉(zhuǎn)軸功能有效，彈出圖3界面，在軸型式選項(xiàng)中，選擇“軸之取代”，取代方式是旋轉(zhuǎn)A軸取代原有的X軸，同時(shí)設(shè)定旋轉(zhuǎn)軸直徑100，生成出單個(gè)螺旋槽的四軸切削加工程序，刀具路徑如圖2所示。

圖3 旋轉(zhuǎn)軸的設(shè)定界面

3）應(yīng)用旋轉(zhuǎn)復(fù)制方法生成其他兩條螺旋槽的刀具路徑，選擇刀具路徑 -下一頁(yè)-路徑轉(zhuǎn)換，設(shè)置旋轉(zhuǎn)角度為120，以原點(diǎn)為中心，對(duì)單個(gè)螺旋槽的四軸切削加工程序進(jìn)行旋轉(zhuǎn)復(fù)制，生成其他兩條螺旋槽的刀具路徑，參數(shù)設(shè)置如圖4所示。

圖4 旋轉(zhuǎn)刀具路徑的設(shè)定界面

4）仿真實(shí)體驗(yàn)證，設(shè)定工件的型式 “圓柱體”、“圓柱之軸向”即A軸的軸向選擇x軸，“圓柱的直徑”即工件圓柱的直徑設(shè)定為100mm。設(shè)定第一點(diǎn)為0、第二點(diǎn)200后單擊“確定”按鈕。仿真加工后的效果圖如圖5所示，圖6為后處理后生成的程序。

圖5 仿真加工的效果圖

圖6 生成的程序

5）后處理生成實(shí)際應(yīng)用的數(shù)控程序，目前由于多軸加工的數(shù)控機(jī)床型號(hào)繁多，所配置的控制系統(tǒng)不同，MasterCAM 系統(tǒng)默認(rèn)的后處理文件MPFAN.PST所生成的程序并不是所有機(jī)床都能識(shí)別的，必須對(duì)MPFAN.PST進(jìn)行修改。參考相關(guān)文獻(xiàn)及機(jī)床說(shuō)明書，通過(guò)對(duì)MPFAN.PST進(jìn)行了必要的修改后，生成了螺旋槽的數(shù)控加工程序，如圖6所示。

3 數(shù)控實(shí)際加工

螺旋槽零件是在學(xué)校數(shù)控實(shí)訓(xùn)創(chuàng)新基地的一臺(tái)配有FANUC 18M高速四軸立式加工中心(臺(tái)灣高峰850A)加工的，A軸為伺服驅(qū)動(dòng)分度回轉(zhuǎn)軸，毛坯為直徑100mm的棒料，采用夾頂方式平行安裝于X軸。加工時(shí)X軸方向按工件直徑方向分度，X軸與A軸聯(lián)動(dòng)，z軸為加工深度，分三層銑削，每次切深5mm。零件總加工時(shí)間約為45～60min。

4 結(jié)束語(yǔ)

和三軸數(shù)控加工相比，多軸加工能夠?qū)崿F(xiàn)更復(fù)雜型面工件的加工，本文以螺旋槽的數(shù)控加工編程為例，利用MasterCAM 自帶的置換軸法和刀具路徑的旋轉(zhuǎn)復(fù)制，將普通的三軸二維外形銑削刀具路徑轉(zhuǎn)換成四軸的螺旋槽刀具路徑，希望能為讀者更好地應(yīng)用MasterCAM 件的數(shù)控加工編程功能提供參考借鑒作用。

[1]茍琪.MasterCAM五軸加工方法[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.

[2]王衛(wèi)兵.MasterCAM數(shù)控加工實(shí)例教程[M].北京:清華大學(xué)出版社,2006.

[3]葛文軍,孔繁群,習(xí)強(qiáng),陳穎鶴.單旋變距雙向循環(huán)移動(dòng)螺桿的加工[J].裝備制造技術(shù),2007,(11):138-139.

[4]施曉芳,張衛(wèi)平,高文忠.基于MasterCAM 的四軸加工的PST后處理文件的研究[J].中國(guó)制造業(yè)信息化,2007,(7):69-71.

The four-axis process of spiral chute based on MasterCAM

SHI Cong-ji, ZHOU Yan

四軸聯(lián)動(dòng)加工目前在制造業(yè)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，本文以三維螺旋槽的四軸聯(lián)動(dòng)加工為例，以MasterCAM軟件為平臺(tái)，在螺旋槽的二維展開圖基礎(chǔ)上，利用MasterCAM 自帶的置換軸法和刀具路徑的旋轉(zhuǎn)復(fù)制功能，將普通的三軸二維外形銑削刀具路徑轉(zhuǎn)換成四軸的螺旋槽刀具路徑，重點(diǎn)介紹了MasterCAM四軸數(shù)控加工的方法與技巧，希望能為讀者提供參考借鑒作用。

螺旋槽；MasterCAM；四軸聯(lián)動(dòng)加工；CAM

石從繼（1979 -），男，湖北大冶人，講師，研究方向?yàn)閿?shù)控技術(shù)、機(jī)械CAD/CAM。

TH166；TP391.7

A

1009-0134(2011)4(上)-0038-02

10.3969/j.issn.1009-0134.2011.4(上).12

2010-10-29