基于MasterCAM的螺旋槽四軸數控加工

石從繼，周 嚴

（華中科技大學 武昌分校 機電與自動化學院，武昌 430064）

基于MasterCAM的螺旋槽四軸數控加工

石從繼，周 嚴

（華中科技大學 武昌分校 機電與自動化學院，武昌 430064）

0 引言

MasterCAM 是由美國CNC Software公司開發的CAD／CAM 軟件系統，具有豐富的二維幾何設計、三維曲面造型設計、數控加工編程的能力。它的數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。隨著數控加工技術應用不斷朝高速、高精密加工、多軸聯動及工藝復合化加工的方向發展，多軸加工(指四軸和五軸)的使用越來越廣泛。

在生產實踐中往往要在某旋轉體上加工出溝槽形狀，筆者根據多年來從事數控技術和CAD/CAM軟件使用研究探索的經驗，在四軸聯動數控機床上加工時，利用MasterCAM 自帶的置換軸法功能，通過二維外形銑削功能中置換x軸或Y軸，可以簡單地將三軸問題轉換成四軸刀具路徑，從而簡化了編程步驟，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“湖北省機械創新設計大賽”某作品的關鍵零件（三維螺旋槽）的三維設計圖。在直徑為100mm，高度為200mm的圓柱(材質為LY12)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動的加工中心才能實現。

圖1 螺旋槽三維圖

2 數控加工程序編制

2.1 繪制螺旋槽的二維展開圖

按照設計圖紙，利用MasterCAM軟件的二維幾何圖形設計工具，繪制螺旋槽的引導線-螺旋線的二維展開圖：

1）經過轉換計算后繪制如圖2所示的矩形，長為L=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，T為螺旋線螺距(mm)。

2）繪制對角線，將上述矩形兩端點P1和P2用直線連接，并將兩端點各延長30mm，以設置進退刀距離。

3）偏置直線P1P2，加工時采用直徑為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，將延長后的對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進行串連，串連時注意兩直線串連方向應相反。選用直徑為20mm的端銑刀，設置刀具進給率為100mm/min，下刀速率為60mm/min，主軸轉速為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，在刀具參數的選擇菜單中，設定旋轉軸功能有效，彈出圖3界面，在軸型式選項中，選擇“軸之取代”，取代方式是旋轉A軸取代原有的X軸，同時設定旋轉軸直徑100，生成出單個螺旋槽的四軸切削加工程序，刀具路徑如圖2所示。

圖3 旋轉軸的設定界面

3）應用旋轉復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-路徑轉換，設置旋轉角度為120，以原點為中心，對單個螺旋槽的四軸切削加工程序進行旋轉復制，生成其他兩條螺旋槽的刀具路徑，參數設置如圖4所示。

圖4 旋轉刀具路徑的設定界面

4）仿真實體驗證，設定工件的型式 “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定為100mm。設定第一點為0、第二點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）后處理生成實際應用的數控程序，目前由于多軸加工的數控機床型號繁多，所配置的控制系統不同，MasterCAM 系統默認的后處理文件MPFAN.PST所生成的程序并不是所有機床都能識別的，必須對MPFAN.PST進行修改。參考相關文獻及機床說明書，通過對MPFAN.PST進行了必要的修改后，生成了螺旋槽的數控加工程序，如圖6所示。

3 數控實際加工

螺旋槽零件是在學校數控實訓創新基地的一臺配有FANUC 18M高速四軸立式加工中心(臺灣高峰850A)加工的，A軸為伺服驅動分度回轉軸，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X軸方向按工件直徑方向分度，X軸與A軸聯動，z軸為加工深度，分三層銑削，每次切深5mm。零件總加工時間約為45～60min。

4 結束語

和三軸數控加工相比，多軸加工能夠實現更復雜型面工件的加工，本文以螺旋槽的數控加工編程為例，利用MasterCAM 自帶的置換軸法和刀具路徑的旋轉復制，將普通的三軸二維外形銑削刀具路徑轉換成四軸的螺旋槽刀具路徑，希望能為讀者更好地應用MasterCAM 件的數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:機械工業出版社,2005.

[2]王衛兵.MasterCAM數控加工實例教程[M].北京:清華大學出版社,2006.

[3]葛文軍,孔繁群,習強,陳穎鶴.單旋變距雙向循環移動螺桿的加工[J].裝備制造技術,2007,(11):138-139.

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

The four-axis process of spiral chute based on MasterCAM

SHI Cong-ji, ZHOU Yan

四軸聯動加工目前在制造業的應用越來越廣泛，本文以三維螺旋槽的四軸聯動加工為例，以MasterCAM軟件為平臺，在螺旋槽的二維展開圖基礎上，利用MasterCAM 自帶的置換軸法和刀具路徑的旋轉復制功能，將普通的三軸二維外形銑削刀具路徑轉換成四軸的螺旋槽刀具路徑，重點介紹了MasterCAM四軸數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；四軸聯動加工；CAM

石從繼（1979 -），男，湖北大冶人，講師，研究方向為數控技術、機械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