MasterCam 四軸程序輸出與HNC210B 系統(tǒng)的適應(yīng)性研究

江 潔 詹華西 李艷華

(武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430073)

筆者用MasterCam 對(duì)圖1 所示鏡體工件編制了四軸加工的刀路［1］，生成NC 程序后在VERICUT 仿真軟件的缺省設(shè)置下通過了仿真驗(yàn)證，但在使用HNC210B系統(tǒng)的四軸機(jī)床中進(jìn)行加工試切時(shí)，卻發(fā)生了異常走刀的過切現(xiàn)象。在不改變刀路的情況下簡(jiǎn)單地修改CAM 軟件的四軸后置或者重設(shè)機(jī)床四軸處理參數(shù)，卻發(fā)現(xiàn)有不同的過切現(xiàn)象產(chǎn)生。是CAM 軟件后置算法還是機(jī)床系統(tǒng)的四軸處理算法有問題?能不能在VERICUT 仿真中模擬到這些過切結(jié)果?能否在這幾者之間找到一個(gè)相對(duì)合理的設(shè)置，讓MasterCam 軟件輸出的四軸NC 程序能在HNC210B 系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)無異常的加工呢?為此，筆者以該鏡體工件加工為載體，多次修改CAM 四軸后置和機(jī)床四軸參數(shù)，同時(shí)也通過更改VERICUT 多軸仿真軟件的設(shè)置，呈現(xiàn)了各種過切現(xiàn)象，進(jìn)行了MasterCam 四軸后置與HNC210B 系統(tǒng)的適應(yīng)性研究。

1 各系統(tǒng)環(huán)境中影響旋轉(zhuǎn)軸加工的主要參數(shù)解析

1.1 HNC210B 旋轉(zhuǎn)軸參數(shù)設(shè)置對(duì)加工的影響

在HNC-210B 機(jī)床系統(tǒng)中，主要有以下兩個(gè)影響旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)功能的參數(shù)設(shè)置［2］:

(1)旋轉(zhuǎn)軸的循環(huán)功能:用以避免旋轉(zhuǎn)軸的坐標(biāo)溢出。此功能當(dāng)系統(tǒng)中參數(shù)P1005=1 時(shí)開啟，P1005=0 時(shí)關(guān)閉。

(2)最短路徑選擇:當(dāng)系統(tǒng)中參數(shù)P1006=1 時(shí)選擇最短路徑，P1006=0 時(shí)不選擇最短路徑。此最短路徑的選擇只有在循環(huán)功能開啟后才有效。

當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸的循環(huán)功能有效時(shí)，對(duì)于增量編程的指令，刀具移動(dòng)指令中指定的度數(shù);對(duì)于絕對(duì)值指令，CNC 對(duì)其處理過程為:

(1)將編程的指令坐標(biāo)用一轉(zhuǎn)的度數(shù)進(jìn)行舍入，即將坐標(biāo)值轉(zhuǎn)換到0°～360°，屏幕上旋轉(zhuǎn)軸的坐標(biāo)變化不會(huì)超出360°。

(2)如果沒有設(shè)定選擇最短路徑，刀具的移動(dòng)方向根據(jù)轉(zhuǎn)換后的目標(biāo)位置與當(dāng)前位置的關(guān)系來確定:目標(biāo)位置小于當(dāng)前位置時(shí)，向負(fù)方向移動(dòng);目標(biāo)位置大于當(dāng)前位置時(shí)，向正方向移動(dòng)。

(3)如果已設(shè)定選擇最短路徑，刀具沿最短路徑方向移動(dòng)到目標(biāo)位置。

1.2 MasterCam 四軸后置對(duì)NC 程序輸出的影響

在MasterCam 四軸后置中主要有如下與四軸相關(guān)參數(shù)設(shè)置會(huì)影響到NC 程序輸出的結(jié)果:

以上是按附加A 軸立式加工中心并以逆時(shí)針為正旋向輸出NC 程序的默認(rèn)設(shè)置，若所用機(jī)床系統(tǒng)要求旋轉(zhuǎn)角度數(shù)據(jù)不超過360 ゜時(shí)，應(yīng)設(shè)置參數(shù)ctol=360;改變mi2 即可獲得G90 絕對(duì)坐標(biāo)數(shù)據(jù)或G91 增量坐標(biāo)數(shù)據(jù)的NC 程序輸出。

1.3 VERICUT 旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置對(duì)仿真結(jié)果的影響

VERICUT 是基于NC 程序驗(yàn)證的第三方仿真檢查軟件，能很大程度上對(duì)CAM 輸出的NC 程序的合理性進(jìn)行判定［3］。在VERICUT 多軸仿真軟件中，關(guān)于系統(tǒng)控制的四軸旋轉(zhuǎn)相關(guān)設(shè)置主要有轉(zhuǎn)臺(tái)模擬解讀類型(參照線性軸插補(bǔ)或限定EIA360 旋轉(zhuǎn))與旋轉(zhuǎn)軸路徑處理方式(順逆旋向及最短距離等)，如圖2 所示，缺省的設(shè)置為參照線性插補(bǔ)的解讀和最短距離處理方式。經(jīng)粗略的仿真檢查可知，對(duì)由CAM 以增量G91方式輸出的鏡體工件四軸加工NC 程序按線性插補(bǔ)解讀時(shí)，無論路徑以哪種處理方式，均無過切碰撞產(chǎn)生，仿真檢查無異常，但以絕對(duì)G90 方式輸出的NC 程序按限定EIA360°旋轉(zhuǎn)解讀時(shí)，不同的路徑處理方式會(huì)得到不同的仿真結(jié)果，且其異常的結(jié)果與機(jī)床實(shí)際切削加工存在著相似性。

2 不同設(shè)置下仿真與機(jī)床試切的實(shí)踐及結(jié)果分析

2.1 不同設(shè)置的實(shí)踐結(jié)果

針對(duì)以上各種參數(shù)設(shè)置對(duì)加工結(jié)果可能產(chǎn)生的影響，筆者以絕對(duì)G90 和增量G91 輸出的兩種NC 程序格式，分別進(jìn)行了不同參數(shù)設(shè)置的VERICUT 仿真及機(jī)床試切，其結(jié)果如表1 所示。

表1 不同參數(shù)環(huán)境設(shè)置時(shí)仿真及機(jī)床試切結(jié)果比較

2.2 異常走刀的原因分析

根據(jù)不同設(shè)置呈現(xiàn)的實(shí)踐結(jié)果可知，出現(xiàn)異常走刀導(dǎo)致過切的現(xiàn)象主要是“左端局部過切”以及“長(zhǎng)條過切、高臺(tái)削平”，長(zhǎng)條高臺(tái)全過切的現(xiàn)象雖然在VERICUT 中有呈現(xiàn)，但在機(jī)床實(shí)際加工中并未發(fā)生。由于加工中有過切現(xiàn)象發(fā)生，就必須查找異常走刀產(chǎn)生的原因。通過仔細(xì)觀察機(jī)床試切時(shí)過切部位的實(shí)際走刀過程，結(jié)合VERICUT 的程序復(fù)查功能，對(duì)過切原因做如下分析:以G90 絕對(duì)坐標(biāo)編制的工件左端過切部位加工的部分NC 程序如表2 所示，VERICUT 仿真時(shí)正常走刀對(duì)應(yīng)的刀路軌跡見圖4a 所示。

表中N202～N206 是第一層行切完成提刀后回到環(huán)切精修起始位置再下刀并開始進(jìn)行第1 條環(huán)切軌跡加工的程序，從仿真的刀路軌跡看，這條環(huán)切軌跡應(yīng)是從絕對(duì)角度A-328.155 到A-51.845 的大回轉(zhuǎn)角度的切削，用增量G91 編程輸出時(shí)NC 程序是進(jìn)行A276.31 的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，然而，以機(jī)床系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)軸循環(huán)及最短路徑的算法，它是先將A-328.155 舍入換算為31.845，將A-51.845 換算成308.155，依照最短路徑的走刀將是順時(shí)針轉(zhuǎn)過A-83.69，因此就造成了圖4(b)所示的“左端局部過切”的加工結(jié)果。

表2 鏡體工件左端過切部位的NC 程序

關(guān)閉最短路徑選擇功能雖然能糾正這一部位的過切現(xiàn)象，但可能會(huì)影響到其他切削部位的正常走刀，“長(zhǎng)條過切、高臺(tái)削平”就是關(guān)閉最短路徑選擇功能后所造成的結(jié)果。表3 所示是長(zhǎng)條過切、高臺(tái)削平的部分NC 程序，走刀分析如圖5 所示。

表3 鏡體工件長(zhǎng)條右端過切、高臺(tái)削平的部分NC 程序

表2 中N1000～N1034 是在右端以旋轉(zhuǎn)四軸刀路方式完成長(zhǎng)條兩側(cè)表面切削后繼續(xù)沿A 負(fù)向切削至A-356.538，正常走刀時(shí)應(yīng)是繼續(xù)沿負(fù)向以短路徑越過A 軸0°至A-0.177 再到A-3.462，但在最短路徑選擇功能無效的情況下，因A-0.177＞A-356.538，按照機(jī)床走刀算法，就變成了沿正向走一大圈的走刀，由此就將已加工的長(zhǎng)條部分切掉了，如圖5a 所示。當(dāng)加工至柱面上同時(shí)具有長(zhǎng)條和高臺(tái)部位時(shí)，從N2501～N2551 是從長(zhǎng)條后側(cè)開始沿負(fù)向切削柱面至高臺(tái)的前側(cè)，然后繼續(xù)沿A 負(fù)向切削高臺(tái)側(cè)壁至高臺(tái)頂部弧面中段的A-359.436 處，正常走刀時(shí)應(yīng)順勢(shì)跨越A 軸0°至A-0.568，但同樣因最短路徑無效的走刀算法，導(dǎo)致實(shí)際走刀變成從A-359.436 到A-0.568 沿正向做大圓弧切削，由于N2550 程序段尚未到達(dá)高臺(tái)弧面頂部，這一走刀就導(dǎo)致了高臺(tái)弧頂被削平的現(xiàn)象，如圖5b 所示。

3 四軸后置輸出對(duì)HNC210B 系統(tǒng)的適應(yīng)性

根據(jù)以上程序仿真調(diào)試與加工試切的實(shí)踐研究及其對(duì)異常走刀的成因分析，針對(duì)Mastercam 四軸程序輸出設(shè)置與HNC210B 系統(tǒng)的適應(yīng)性，可以給出如下結(jié)論:

(1)在Mastercam 中選擇以增量G91 坐標(biāo)數(shù)據(jù)輸出方式生成NC 程序，則在機(jī)床端不需要關(guān)閉旋轉(zhuǎn)循環(huán)及最短路徑選擇功能即可得到與預(yù)期刀路相符的加工結(jié)果，這與VERICUT 仿真中所有設(shè)置方式都無異常的結(jié)論高度一致。

(2)當(dāng)在Mastercam 中選擇以絕對(duì)G90 坐標(biāo)數(shù)據(jù)輸出方式生成NC 程序且對(duì)A 軸數(shù)據(jù)不做±360°限制時(shí)，在機(jī)床端必須關(guān)閉旋轉(zhuǎn)循環(huán)功能(同時(shí)其最短路徑選擇功能亦無效)，方可得到與預(yù)期刀路相符的加工結(jié)果，不關(guān)閉旋轉(zhuǎn)循環(huán)或單獨(dú)關(guān)閉最短路徑功能都將可能出現(xiàn)異常走刀的過切現(xiàn)象。

(3)若CAM 輸出時(shí)已對(duì)A 軸數(shù)據(jù)進(jìn)行過不超出±360°的限制，相當(dāng)于在正角度值計(jì)算上取代了機(jī)床旋轉(zhuǎn)循環(huán)功能，但由于其在負(fù)角度值計(jì)算上依然遵循旋轉(zhuǎn)循環(huán)的處理算法，若不關(guān)閉機(jī)床端的旋轉(zhuǎn)循環(huán)及最短路徑選擇功能，仍有可能出現(xiàn)異常走刀過切的可能性。若能在CAM 四軸連續(xù)走刀的刀路設(shè)計(jì)上令其始終往正角度遞增方向輸出程序，在不關(guān)閉機(jī)床旋轉(zhuǎn)循環(huán)及最短路徑選擇功能的情況下，才可得到與預(yù)期刀路相符的加工結(jié)果。

4 結(jié)語

筆者以上對(duì)Mastercam 四軸程序輸出設(shè)置與HNC210B 系統(tǒng)的適應(yīng)性研究是以鏡體零件四軸加工為例進(jìn)行的，雖不能全面囊括所有四軸加工的實(shí)際情況，但也相對(duì)集中地呈現(xiàn)出了CAM 四軸程序輸出與機(jī)床系統(tǒng)對(duì)四軸控制方式不匹配而可能發(fā)生的錯(cuò)誤，且這些錯(cuò)誤基本都能借助VERICUT 仿真呈現(xiàn)出來，只是需要應(yīng)用者多加探索以積累經(jīng)驗(yàn)，做好前期的調(diào)試與檢查以提升工作效能。

［1］江潔，詹華西.基于MasterCam 的鏡體零件四軸粗精加工的實(shí)現(xiàn)［J］.CAD/CAM 與制造業(yè)信息化，2014(3):79-81.

［2］華中數(shù)控.HNC-210 數(shù)控系統(tǒng)操作說明書［Z］.武漢:華中數(shù)控股份有限公司，2012.

［3］陳波，趙福令.基于VERICUT 的數(shù)控加工過程仿真技術(shù)［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2006(6):59-61.