肖善華

（宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川宜賓 644003）

Mastercam X6五軸加工有很多優(yōu)越性，擴(kuò)大了機(jī)床的加工范圍、提高了加工效率、提高了加工精度等，因此，研究Mastercam X6的多軸加工對(duì)提高產(chǎn)品的加工質(zhì)量，提高加工效率有很重要的意義。Mastercam X6提供曲線五軸、沿邊五軸、流線五軸、多曲面五軸、旋轉(zhuǎn)五軸、管道五軸等豐富的五軸加工功能。本文提出以旋鈕為五軸加工載體研究Mastercam X6五軸加工及后置處理方法。

1 旋鈕的五軸加工工藝設(shè)計(jì)

旋鈕需要加工曲面為側(cè)曲面、頂曲面、左右凹曲面，各曲面之間有圓弧過(guò)渡。曲面組成如圖1。毛坯為φ60 mm×50 mm的鋁合金棒料，首先銑出4個(gè)基準(zhǔn)夾持平面，然后選用粗精基準(zhǔn)A、B、C、D四個(gè)平面裝夾并找正工件。按照刀具劃分工序?yàn)榇?、精加工，粗加工選用刀具為φ6 mmR1 mm的圓鼻刀，主軸轉(zhuǎn)速為4 000 r/min背吃刀量Z方向?yàn)? mm，XY方向?yàn)? mm，進(jìn)給速度為800 mm/min;精加工選用φ4 mmR1 mm圓鼻刀主軸轉(zhuǎn)速為8 000 r/min背吃刀量為0.5 mm進(jìn)給速度為500 mm/min。粗加工為快速去除余量，在Mastercam中選用挖槽加工，精加工中為保證加工質(zhì)量，旋鈕側(cè)曲面選用沿邊五軸加工，旋鈕頂曲面及左右凹曲面選用沿面五軸加工。

2 旋鈕五軸加工刀軸控制方式

五軸加工的關(guān)鍵技術(shù)之一是刀具軸的矢量（刀具軸的軸線矢量）在空間是如何發(fā)生變化的，而刀具軸的矢量變化是通過(guò)擺動(dòng)工作臺(tái)或主軸的擺動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于刀軸矢量不發(fā)生變化的固定軸銑削場(chǎng)合，一般用三軸銑削即可加工出產(chǎn)品。五軸加工關(guān)鍵就是通過(guò)控制刀具軸矢量在空間位置的不斷變化或使刀具軸的矢量與機(jī)床原始坐標(biāo)系構(gòu)成空間某個(gè)角度，利用銑刀的側(cè)刃或底刃切削加工來(lái)完成。

2.1 Mastercam X6的6種刀軸控制方式

（1）從……點(diǎn):選擇該單選按鈕，則可選取一已經(jīng)有的點(diǎn)控制刀具軸方向，該點(diǎn)為刀具軸的起始點(diǎn)。從某點(diǎn)控制刀軸方式如圖3所示。

（2）到……點(diǎn):選擇該單選按鈕，則可選取一已經(jīng)有的點(diǎn)控制刀具軸方向，該點(diǎn)為刀具軸的終止點(diǎn)。到某點(diǎn)控制刀軸方式如圖4所示。

（3）串連:選擇該單選按鈕，則可選取一條串連曲線用于控制刀具軸方向，如圖5所示。

（4）直線:選擇該單選按鈕，則可選取一條直線控制刀具軸方向。該刀具軸方向平行于選取直線，如圖6所示。

（5）平面:選擇該單選按鈕，則可選取一平面控制刀具軸方向。該刀具軸方向?yàn)檫x取平面的法線方向，如圖7所示。

（6）曲面:選擇該單選按鈕，則可選取一曲面控制刀具軸方向。若曲線的類(lèi)型為曲面邊界，則系統(tǒng)自動(dòng)將該曲面作為基準(zhǔn)曲面;若曲線的類(lèi)型為三維曲面，則可單擊曲面按鈕，然后選取曲面，則系統(tǒng)設(shè)置的刀具軸線為選取平面的法線方向，如圖8所示。旋鈕側(cè)曲面采用沿邊五軸加工，刀具軸控制方式可選擇沿X、Y、Z軸旋轉(zhuǎn)，旋鈕頂曲面及左右凹曲面選用沿面五軸加工，刀具軸控制方式為曲面。詳細(xì)參數(shù)設(shè)置如圖9所示，經(jīng)設(shè)置后生成的刀路軌跡如圖10所示。

2.2 刀軸控制的其他關(guān)鍵參數(shù)

（1）引線角度:主要用于設(shè)置刀具引線前傾和后傾的角度，如圖11所示。

（2）側(cè)邊傾斜角度:用于設(shè)置刀具側(cè)邊傾斜的角度值，正值朝左傾，負(fù)值朝右傾，如圖12所示。

（3）角增量:用于加工的步進(jìn)增量值，角增量值越小，加工精度越高，生成程序越冗長(zhǎng)，加工效率越低。粗加工盡量設(shè)置較大值，精加工時(shí)盡量設(shè)置為較小值，如圖13所示。

（4）刀具向量長(zhǎng)度:用于設(shè)置刀具長(zhǎng)度矢量的長(zhǎng)度，如圖14所示。刀具向量長(zhǎng)度需要根據(jù)工件加工形狀的特點(diǎn)是否產(chǎn)生干涉而合理選擇，在保證不發(fā)生干涉的前提下，盡量減小刀具向量長(zhǎng)度，增加刀具剛性，詳細(xì)參數(shù)設(shè)置對(duì)話框如圖9所示。

3 旋鈕五軸加工切削方式

3.1 沿面五軸加工切削方式

Mastercam X6沿面五軸切削方式用于設(shè)置刀具的走刀方式，主要有單向、雙向、螺旋等3種方式:單向切削方式為加工時(shí)刀具只沿一個(gè)方向進(jìn)行切削，完成一行切削后抬刀返回起始邊下刀進(jìn)行下一行的切削，能保證加工時(shí)按順銑或逆銑進(jìn)行加工，獲得較理想的加工表面質(zhì)量，但是加工效率低;雙向切削方式為加工刀具在完成一行切削后即轉(zhuǎn)入下一行的切削，加工效率比單向加工高，能節(jié)約大量的加工時(shí)間;螺旋切削方式為加工刀具按照螺旋方式進(jìn)行切削加工。

3.2 沿面五軸流線參數(shù)

Mastercam X6沿面五軸流線參數(shù)（圖15）用于設(shè)置刀具的補(bǔ)正方式、切削方向、步進(jìn)方向以及起始點(diǎn)等詳細(xì)參數(shù)，主要用于曲面切削方向的控制。補(bǔ)正方式以當(dāng)前曲面正向補(bǔ)正一個(gè)刀具半徑即正向向上補(bǔ)正，如圖16所示;另一種方式是沿曲面反向補(bǔ)正一個(gè)刀具半徑，如圖17所示。切削方向用于更換切削方向和截?cái)喾较?，如圖18所示為改變切削方向后的結(jié)果。步進(jìn)方向用于設(shè)置刀具路徑的起始邊方向，與切削方向類(lèi)似;開(kāi)始參數(shù)用于設(shè)置下刀起始點(diǎn)的位置，如圖19所示。旋鈕曲面沿面五軸流線加工參數(shù)合理設(shè)置后，生成五軸刀具軌跡如圖20～22所示。

4 Mastercam X6五軸后置處理

Mastercam X6默認(rèn)的通用后置處理為mpfan.pst但是不包含五軸功能，要正確生成五軸軌跡，需要修改對(duì)應(yīng)的五軸后置處理程序。旋鈕加工選用HAAS五軸立式加工中心VR－6/50TR機(jī)床，需要修改五軸后置處理系統(tǒng)。修改方法:進(jìn)入設(shè)置菜單→單擊控制器定義→彈出后置程序?qū)υ捒颍ㄈ鐖D23）→單擊增加文件→選擇 Generic Haas VF－TR_Series 5X Mill.pst→再進(jìn)入設(shè)置菜單→單擊機(jī)床控制器定義→彈出機(jī)床控制器對(duì)話框（如圖24）→然后單擊打開(kāi)彈出圖25→選擇HAAS機(jī)床控制器，完成后置處理的設(shè)置。

5 Mastercam X6與Vericut模擬仿真

5.1 五軸數(shù)控機(jī)床仿真環(huán)境的建立

利用Vericut7.0建立五軸機(jī)床的幾何模型，選擇“文件”下的“工作目錄”，將D:HAASVR設(shè)為工作目錄，然后選擇“文件”下的“新項(xiàng)目”“毫米”新建一個(gè)項(xiàng)目文件，并將所有文件另存到工作目錄下。

（1）建立組件坐標(biāo)系:在圖形窗口中，從系統(tǒng)彈出的快捷菜單中選擇“顯示所有軸”下的“組件”命令，同樣的方法選擇“模型”命令。

（2）加載控制系統(tǒng)文件:在主菜單中選擇“配置”下的“控制”，選擇控制系統(tǒng)文件haas。

（3）定義部件結(jié)構(gòu)樹(shù):①定義部件:Base→X→Y→A→主軸→刀具;②定義部件:Base→Z→B→Attach→Fixture→Stock→Design。添加相應(yīng)的部件模型到對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)樹(shù)中，并手動(dòng)測(cè)試正確后保存，如圖26所示。

5.2 五軸數(shù)控機(jī)床仿真過(guò)程

（1）添加刀具庫(kù):在組件中選擇加工刀具，選擇“配置刀具”窗口中單擊“刀具文件”按鈕，在彈出的窗口中選擇D:HAASVRHaas.tls文件，添加刀具庫(kù)。

（2）添加毛坯:在組件中選擇“配置毛坯”窗口中選擇“添加模型文件”，在彈出的窗口中選擇 D:HAASVRHaas_Stock.tls文件，添加毛坯。同理完成工裝和旋鈕五軸數(shù)控程序的添加。

（3）設(shè)置程序零點(diǎn):在組件樹(shù)中選擇G代碼偏置，在“配置G代碼偏置”窗口下拉列表中選擇“程序零點(diǎn)”。寄存器設(shè)置為1，單擊“添加”，選擇從…到定位（從組件到刀具）;調(diào)整到位置中（到Stock），完成相應(yīng)的設(shè)置后，單擊仿真工具，結(jié)果如圖27所示。

6 結(jié)語(yǔ)

以旋鈕五軸曲面加工為載體，分析Mastercam X6的五軸刀具路徑控制方式，在制訂合理的粗精加工工藝后，選用HAAS五軸機(jī)床后置處理程序生成無(wú)干涉無(wú)過(guò)切的五軸刀具軌跡。

［1］高長(zhǎng)銀.MstercamX3數(shù)控五軸加工實(shí)例教程［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

［2］宋放之.數(shù)控機(jī)床多軸加工技術(shù)實(shí)用教程［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2010.

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

［4］楊勝群.VERICUT7.0數(shù)控加工仿真技術(shù)［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2010.