基于Mastercam X6旋鈕五軸編程與加工研究

肖善華

（宜賓職業技術學院，四川宜賓 644003）

Mastercam X6五軸加工有很多優越性，擴大了機床的加工范圍、提高了加工效率、提高了加工精度等，因此，研究Mastercam X6的多軸加工對提高產品的加工質量，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計

旋鈕需要加工曲面為側曲面、頂曲面、左右凹曲面，各曲面之間有圓弧過渡。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個基準夾持平面，然后選用粗精基準A、B、C、D四個平面裝夾并找正工件。按照刀具劃分工序為粗、精加工，粗加工選用刀具為φ6 mmR1 mm的圓鼻刀，主軸轉速為4 000 r/min背吃刀量Z方向為4 mm，XY方向為2 mm，進給速度為800 mm/min;精加工選用φ4 mmR1 mm圓鼻刀主軸轉速為8 000 r/min背吃刀量為0.5 mm進給速度為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量，旋鈕側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

五軸加工的關鍵技術之一是刀具軸的矢量（刀具軸的軸線矢量）在空間是如何發生變化的，而刀具軸的矢量變化是通過擺動工作臺或主軸的擺動來實現的。對于刀軸矢量不發生變化的固定軸銑削場合，一般用三軸銑削即可加工出產品。五軸加工關鍵就是通過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床原始坐標系構成空間某個角度，利用銑刀的側刃或底刃切削加工來完成。

2.1 Mastercam X6的6種刀軸控制方式

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

（2）到……點:選擇該單選按鈕，則可選取一已經有的點控制刀具軸方向，該點為刀具軸的終止點。到某點控制刀軸方式如圖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。該刀具軸方向為選取平面的法線方向，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。若曲線的類型為曲面邊界，則系統自動將該曲面作為基準曲面;若曲線的類型為三維曲面，則可單擊曲面按鈕，然后選取曲面，則系統設置的刀具軸線為選取平面的法線方向，如圖8所示。旋鈕側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，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。詳細參數設置如圖9所示，經設置后生成的刀路軌跡如圖10所示。

2.2 刀軸控制的其他關鍵參數

（1）引線角度:主要用于設置刀具引線前傾和后傾的角度，如圖11所示。

（2）側邊傾斜角度:用于設置刀具側邊傾斜的角度值，正值朝左傾，負值朝右傾，如圖12所示。

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

（4）刀具向量長度:用于設置刀具長度矢量的長度，如圖14所示。刀具向量長度需要根據工件加工形狀的特點是否產生干涉而合理選擇，在保證不發生干涉的前提下，盡量減小刀具向量長度，增加刀具剛性，詳細參數設置對話框如圖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刀具只沿一個方向進行切削，完成一行切削后抬刀返回起始邊下刀進行下一行的切削，能保證加工時按順銑或逆銑進行加工，獲得較理想的加工表面質量，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入下一行的切削，加工效率比單向加工高，能節約大量的加工時間;螺旋切削方式為加工刀具按照螺旋方式進行切削加工。

3.2 沿面五軸流線參數

Mastercam X6沿面五軸流線參數（圖15）用于設置刀具的補正方式、切削方向、步進方向以及起始點等詳細參數，主要用于曲面切削方向的控制。補正方式以當前曲面正向補正一個刀具半徑即正向向上補正，如圖16所示;另一種方式是沿曲面反向補正一個刀具半徑，如圖17所示。切削方向用于更換切削方向和截斷方向，如圖18所示為改變切削方向后的結果。步進方向用于設置刀具路徑的起始邊方向，與切削方向類似;開始參數用于設置下刀起始點的位置，如圖19所示。旋鈕曲面沿面五軸流線加工參數合理設置后，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，需要修改對應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機床，需要修改五軸后置處理系統。修改方法:進入設置菜單→單擊控制器定義→彈出后置程序對話框（如圖23）→單擊增加文件→選擇 Generic Haas VF－TR_Series 5X Mill.pst→再進入設置菜單→單擊機床控制器定義→彈出機床控制器對話框（如圖24）→然后單擊打開彈出圖25→選擇HAAS機床控制器，完成后置處理的設置。

5 Mastercam X6與Vericut模擬仿真

5.1 五軸數控機床仿真環境的建立

利用Vericut7.0建立五軸機床的幾何模型，選擇“文件”下的“工作目錄”，將D:HAASVR設為工作目錄，然后選擇“文件”下的“新項目”“毫米”新建一個項目文件，并將所有文件另存到工作目錄下。

（1）建立組件坐標系:在圖形窗口中，從系統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）加載控制系統文件:在主菜單中選擇“配置”下的“控制”，選擇控制系統文件haas。

（3）定義部件結構樹: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。添加相應的部件模型到對應的結構樹中，并手動測試正確后保存，如圖26所示。

5.2 五軸數控機床仿真過程

（1）添加刀具庫: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。

（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控程序的添加。

（3）設置程序零點:在組件樹中選擇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”。寄存器設置為1，單擊“添加”，選擇從…到定位（從組件到刀具）;調整到位置中（到Stock），完成相應的設置后，單擊仿真工具，結果如圖27所示。

6 結語

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五軸機床后置處理程序生成無干涉無過切的五軸刀具軌跡。

［1］高長銀.MstercamX3數控五軸加工實例教程［M］.北京:化學工業出版社，2009.

［2］宋放之.數控機床多軸加工技術實用教程［M］.北京:清華大學出版社，2010.

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

［4］楊勝群.VERICUT7.0數控加工仿真技術［M］.北京:清華大學出版社，2010.