徐 兵

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院，太谷 030801）

基于MasterCAM X的孔類數(shù)控快速自動編程方法

徐 兵

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院，太谷 030801）

孔加工中，刀具尺寸因受孔尺寸的限制往往剛性差，切削用量不宜過大，一個孔的加工往往需要用到幾種不同的刀具，因此，利用CAM軟件編程時刀具定義及加工參數(shù)的設(shè)置過程較為繁瑣，并且對編程者經(jīng)驗依賴性較強，利用MasterCAM X Mill模塊中全圓銑削路徑下的自動鉆孔和全圓銑削命令，可減少刀具定義及參數(shù)設(shè)置的時間，從而對于提高孔的編程效率具有實際意義。

MasterCAM X；孔加工；自動編程；數(shù)控銑床

0 引言

隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控機床在機械加工中應(yīng)用越來越廣，孔加工作為數(shù)控機床上一種較為常見的加工工序，其程序編制也越來越多的借助CAM軟件輔助來完成，根據(jù)孔徑不同，加工時常需要換幾種不同類型和直徑的刀具，每次換刀時對自動編程軟件的相關(guān)參數(shù)進行設(shè)置，這就要求編程者掌握一定的數(shù)控加工工藝知識，具備一定的實際加工經(jīng)驗，即便如此編程效率也通常較低[1,2]。

MasterCAM X具有自動鉆孔和全圓銑削刀具路徑的生成功能，具有相應(yīng)刀具的孔可直接使用自動鉆孔功能，對于沒有對應(yīng)直徑的刀具的孔，可以先自動鉆孔，再利用全圓銑削功能擴孔。一定程度降低了對編程者工藝知識和加工經(jīng)驗的依賴，減少刀具選擇、參數(shù)設(shè)置的時間，提高編程效率。

1 MasterCAM X三維建模

MasterCAM X自帶的設(shè)計模塊可以進行零件產(chǎn)品的建模，也可以將其他CAD軟件設(shè)計的零件產(chǎn)品導(dǎo)入MasterCAM X作為己用[3]。

本文以某型號聯(lián)軸器從動端Y型軸孔加工為例，探討其快速編程方法，其參數(shù)如圖1(a)所示：軸孔直徑d=50mm，軸孔長度L=84mm，D=220mm，D1=120mm。MasterCAM X建模過程：首先在俯視圖，構(gòu)圖深度Z=0的平面，作D1=120mm的圓，利用“擠出實體”命令，將該圓沿Z軸負方向拉伸40mm，然后利用“按實體面定面”命令，將新擠出實體的底面作為新的構(gòu)圖平面，在該構(gòu)圖平面上作D=220mm的圓，并對該圓沿Z軸負方向執(zhí)行“擠出實體”操作，距離為44mm，如圖1(b)所示。

為便于孔加工刀具路徑生成，在俯視圖，構(gòu)圖深度Z=0的平面作直徑為40mm的輔助圓放置在第二圖層，直徑為50mm的圓放置在第一圖層。

2 軸孔刀具路徑生成

刀具路徑是在建立零件的三維模型后，進行加工工藝分析，進入MasterCAM X相應(yīng)的機床模塊，設(shè)置刀具、加工工件，確定走刀策略、壁邊或底邊預(yù)留量等工藝參數(shù)并進行必要的數(shù)學(xué)處理所生成的零件加工軌跡[4]。

將MasterCAM X由當(dāng)前的設(shè)計模塊切換到銑削加工模塊，具體操作如下：“菜單欄→機床類型→銑床→默認”。聯(lián)軸器軸孔直徑為50mm，系統(tǒng)中無相應(yīng)尺寸的鉆頭，故先采用“自動鉆孔”鉆直徑為40mm的孔，然后利用“全圓銑削”擴孔到50mm。

2.1 自動鉆孔

Φ40孔刀具路徑生成步驟如下：關(guān)閉第一圖層，顯示第二圖層，“刀具路徑→全員銑削路徑→自動鉆孔→在屏幕上選取鉆孔點的位置→單擊繪圖坐標系原點（直徑為40mm的圓高亮?xí)r）”，在系統(tǒng)彈出的“自動圓弧鉆孔”對話框中，設(shè)置安全高度為50mm，鉆孔深度為-84mm，其他參數(shù)默認。

參數(shù)設(shè)置完成后，點擊“確定”，此時可在“刀具路徑管理器”中看到系統(tǒng)自動進行了刀具定義及參數(shù)設(shè)置如圖2所示，首先采用“#7-M10.0點鉆” 鉆中心點，其次系統(tǒng)依次選用“#19-M9.0”、“#29-M19.0”、“#38-M28.0”、“#48-M38.0”、“#50-M40.0”5把不同直徑的鉆孔刀具以“深孔啄鉆”的方式進行鉆孔。

圖2 刀具路徑管理器

2.2 全圓銑削

Φ40擴孔到Φ50的刀具路徑生成步驟如下：關(guān)閉第二圖層，顯示第一圖層，“刀具路徑→全員銑削路徑→全圓銑削→在屏幕上選取鉆孔點的位置→單擊繪圖坐標系原點（直徑為50的圓高亮?xí)r）”，此時系統(tǒng)彈出“全圓銑削”對話框，刀具選擇“#221-M12.0平底刀”，安全高度50mm，鉆孔深度-84mm。分層銑削：2次粗加工，間距2.0，1次精加工，間距1.0，參數(shù)設(shè)置完成后，點擊“確定”，生成的軸孔加工刀具路徑如圖3所示。

圖3 軸孔加工刀具路徑

3 實體加工模擬及參數(shù)修改

在生成軸孔加工的刀具路徑之后，為保證所生成刀具路徑及加工工藝參數(shù)的合理性，要在計算機上進行實體加工模擬。模擬過程中若刀具、夾頭與工件、夾具之間發(fā)生碰撞或存在干涉，在計算機上可清晰看到相應(yīng)區(qū)域顏色的變化，需及時對相應(yīng)參數(shù)進行修改，再進行模擬，直到獲得合理的刀具路徑。

3.1 實體加工模擬

聯(lián)軸器軸孔的實體模擬加工操作如下：“刀具路徑管理器→選擇所有操作→驗證已選擇操作”，在彈出的如圖4所示的對話框中設(shè)置刀具和夾頭的顯示情況、模擬停止選項、材料形狀及尺寸、模擬加工的速度，對話框最下方顯示當(dāng)前模擬的刀具路徑類型及刀具號碼、名稱。為增加模擬的真實性此處激活“顯示刀具和夾頭”圖標，模擬過程中為防止忽略一些人眼無法識別的碰撞現(xiàn)象，激活“碰撞停止”選項，單擊“機床”按鈕進行模擬加工，模擬加工速度可在模擬過程中進行調(diào)節(jié)。

通過模擬加工，發(fā)現(xiàn)在自動鉆孔和利用全圓銑削擴孔時，“#19-M9.0鉆孔”和 “#221-M12.0平底刀”都存在夾頭與工件碰撞的現(xiàn)象，如圖5(a)、5(b)所示。

圖4 實體加工模擬

圖5 碰撞提示

3.2 參數(shù)修改

模擬加工中出現(xiàn)的碰撞、干涉現(xiàn)象，必須對相關(guān)參數(shù)做出修改，防止在實際加工中對零件甚至機床造成損壞。針對“#19-M9.0鉆孔”和 “#221-M12.0平底刀”夾頭與工件的碰撞，分別修改兩把刀具的參數(shù)，如圖6(a)、(b)所示，并按3.1中所述步驟再次進行驗證，確保刀具路徑合理后，執(zhí)行下一步的后處理。

圖6 刀具參數(shù)修改

4 后置處理

由刀具軌跡計算所生成的是通用格式的NCI文件，它并不能直接驅(qū)動數(shù)控機床進行加工，這時需要根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)類型選擇相應(yīng)的后置處理程序，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)控系統(tǒng)可以識別的NC程序[5]。在操作管理欄單擊“G1”按鈕，在彈出的“后處理程序”對話框中，選擇后處理“MPFAN.PST”，最終生成的NC程序如圖7所示。

5 結(jié)論

對于具有相應(yīng)尺寸鉆頭的孔，編程時可直接利用MasterCAM X自動鉆孔生成刀具路徑，否則可以先自動鉆孔然后利用全圓銑削進行擴孔，系統(tǒng)會由小到大自動定義一系列刀具并自動設(shè)置相關(guān)加工參數(shù)，本文以某型號半聯(lián)軸器Y型軸孔為例在MasterCAM X進行建模，并用該方法生成軸孔加工的刀具路徑，進行實體模擬驗證，參數(shù)修改，再次進行實體模擬驗證，確保刀具路徑的正確性后，通過后置處理產(chǎn)生數(shù)控程序，整個過程減少了刀具定義及參數(shù)設(shè)置的次數(shù)，提高了編程效率。

圖7 NC程序

[1] 張明.基于加工中心的孔加工工藝驅(qū)動自動編程工具研究與實現(xiàn).[J].制造技術(shù)與機床,2015(11):172-176.

[2] 趙宏.基于AutoCAD的批量孔類數(shù)控自動編程研究.[J].制造業(yè)自動化,2015,37(6):1-3.

[3] 李波.管殿柱.Mastercam X實用教程[M].北京:機械工業(yè)出版社,2008.

[4] 陳銀清,鄭澤鈿.基于MasterCAM自由曲面加工刀具路徑優(yōu)化[J].現(xiàn)代制造工程,2014(5):46-51.

[5] 陳為國,黃政,姚坤弟.Mastercam 后置處理的個性化設(shè)置.[J].現(xiàn)代制造工程,2012(5):36-40.

A fast method of hole automatic NC programming based on MasterCAM X

XU Bing

TH164

：B

1009-0134(2017)03-0096-03

2016-12-09

徐兵（1988 -），男，山東單縣人，助教，碩士，研究方向為CAD/CAM應(yīng)用技術(shù)。