MasterCAM在哈斯機(jī)床多軸加工中的應(yīng)用探析

李金蓮

（長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410014）

Mastercam是美國CNCS of twareInc公司研發(fā)的一款軟件。Mastercam的出現(xiàn)很大程度上提高了機(jī)械生產(chǎn)效率。在CAM的多軸加工中加工模塊不斷出現(xiàn)和完善，擴(kuò)大了機(jī)床加工的范圍，降低了機(jī)床加工地難度。Mastercam具有有二維繪圖、曲面設(shè)計(jì)、三維實(shí)體造型、數(shù)控編程等功能。它的幾何造型方便直觀，簡單易懂。根據(jù)多種零件的不同，Mastercam可以提供一共六類29種不同的加工方式。在CAM的軟件里，必須進(jìn)行后置處理才能生成和加工機(jī)床相匹配的數(shù)字控制的形式。由于加工機(jī)床的種類多種多樣，所以后處理的文件不一定完全和加工機(jī)床匹配。因此，在最后需要加工者對后期加工進(jìn)行一定的修改，使之相匹配。Master CAM是CAM中利用的最廣泛的一類軟件。操作簡單，容易學(xué)習(xí)。不需要復(fù)雜地設(shè)置便可以生成哈斯數(shù)控系統(tǒng)代碼，進(jìn)行后處理。Mastercam9.0以上的版本還具有支持中文環(huán)境的功能，因?yàn)閮r(jià)格比較合適，是廣大中小企業(yè)在自己的經(jīng)濟(jì)能力中所能接受的，因此具有比較廣闊的發(fā)展空間。

1 加工方案的制定

本次進(jìn)行加工設(shè)備為哈斯銑床，采用哈斯五軸（3＋2）機(jī)床后，工作空間變小，適合進(jìn)行小型零件的加工。先用70mm×52mm的鋁料進(jìn)行錐面的加工，在錐面上刻字的加工，錐面的加工采取“沿邊五軸”加工的策略，刻字的加工采取“曲面五軸”的加工策略。

2 機(jī)床的偏置測量和設(shè)定

2.1 五軸加工的設(shè)置內(nèi)容介紹

零件在五軸加工時(shí)需進(jìn)行內(nèi)容的設(shè)定，主要設(shè)置以下幾種內(nèi)容：編程零點(diǎn)到c軸中心位置偏執(zhí)設(shè)置、編程方式的選擇和旋轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)中心到擺動(dòng)中心位置偏置設(shè)置、刀具長度補(bǔ)償設(shè)置、加工工件坐標(biāo)系的位置偏置設(shè)置、機(jī)床五軸RTCPJJIJ工設(shè)置。現(xiàn)以廣數(shù)GSK25i五軸數(shù)控系統(tǒng)的后置處理為例子，來介紹機(jī)床的偏置測量和設(shè)定。

2.1 旋轉(zhuǎn)軸和直線軸位置偏置

（1）旋轉(zhuǎn)中心到擺動(dòng)中心偏置距離測量，具體操作方法如下：首先旋轉(zhuǎn)B軸，采用打表方式校平、校正C軸，要求C軸的平面和Z軸的平面要重合，接著在C軸上裝上一個(gè)圓棒，對C軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)后銑出圓棒直徑為D，最后對圓棒進(jìn)行分中，找出XYZ～dt的坐標(biāo)系零點(diǎn)位置坐標(biāo)c為參考機(jī)床 c軸中心的位置坐標(biāo)（x、y、b、c）。在非數(shù)控系統(tǒng)五軸功能狀況下進(jìn)行后置的處理。程序運(yùn)行時(shí)除上述設(shè)置以外，刪除后置處理程序中的五軸加工，如果加工時(shí)需多把刀具、換刀時(shí)只能單獨(dú)的使用刀具長度補(bǔ)償。

（2）編程時(shí)要用五軸加工的功能，旋轉(zhuǎn)軸位置偏置的設(shè)置廣州數(shù)控GSK25i數(shù)控系統(tǒng)在五軸加工中用于設(shè)置轉(zhuǎn)軸位置的參數(shù)主要有轉(zhuǎn)臺(tái)中心位置參數(shù)8020和工作臺(tái)第一旋轉(zhuǎn)軸和工作臺(tái)第二旋轉(zhuǎn)軸的偏置矢量參數(shù)8021。

（3）轉(zhuǎn)臺(tái)中心位置的設(shè)置：轉(zhuǎn)臺(tái)中心位置是指裝夾工件的c軸的軸心處，先分析“機(jī)床坐標(biāo)轉(zhuǎn)臺(tái)”，確定軸心的位置，位置為c轉(zhuǎn)臺(tái)。如果轉(zhuǎn)臺(tái)的對刀方式不同，那么“機(jī)床機(jī)械坐標(biāo)值”就會(huì)不一樣，這就要求在設(shè)置轉(zhuǎn)臺(tái)中心位置時(shí)需保持和工件坐標(biāo)系相同的對刀方式。如果設(shè)置的坐標(biāo)為主軸的端面對刀，這時(shí)主軸端面降到旋轉(zhuǎn)軸心處時(shí)的“機(jī)床機(jī)械坐標(biāo)值”對著“轉(zhuǎn)臺(tái)中心位置”。刀尖對著刀的時(shí)候，“轉(zhuǎn)臺(tái)中心位置”應(yīng)該是刀具到旋轉(zhuǎn)軸軸心時(shí)候的“機(jī)床機(jī)械坐標(biāo)值”。如果進(jìn)行刀具的更換，應(yīng)該進(jìn)行刀具的補(bǔ)償，不應(yīng)該重新進(jìn)行坐標(biāo)系的設(shè)置，參數(shù)不能隨便的修改，坐標(biāo)系也不應(yīng)重新設(shè)置。除此之外，在進(jìn)行測量的時(shí)候，應(yīng)把轉(zhuǎn)臺(tái)放在水平位置上。把第一旋轉(zhuǎn)軸到第二旋轉(zhuǎn)軸的偏置矢量設(shè)置為8021。列舉AB雙轉(zhuǎn)臺(tái)作為示范，如果數(shù)控系統(tǒng)中第一旋轉(zhuǎn)軸是A軸，第二旋轉(zhuǎn)軸是B軸。起點(diǎn)設(shè)置為主動(dòng)軸的軸心，終點(diǎn)設(shè)置成從動(dòng)軸的軸心，機(jī)床坐標(biāo)系保持不變作為參照。如果B轉(zhuǎn)臺(tái)在A轉(zhuǎn)臺(tái)的上面，坐標(biāo)系的參數(shù)為正數(shù)；如果B轉(zhuǎn)臺(tái)在A轉(zhuǎn)臺(tái)的下面，坐標(biāo)系的參數(shù)為負(fù)數(shù)。用來表示旋轉(zhuǎn)軸中心的位置坐標(biāo)。從第一旋轉(zhuǎn)軸A軸到第二旋轉(zhuǎn)軸B軸的偏置距離測量，它的矢量方向應(yīng)該相反，將A軸作為坐標(biāo)參考周。使用五軸加工功能程序后處理：使用五軸加工功能的特征編程、刀具中心點(diǎn)控制（RTCP）的功能時(shí)，省去了在后處理程序中提供繁瑣的參數(shù)這一步，要求類型相同的旋轉(zhuǎn)軸，五軸加工功能在雙轉(zhuǎn)臺(tái)中都適用。如果把機(jī)床坐標(biāo)軸偏置參數(shù)設(shè)置為0，以AB雙轉(zhuǎn)臺(tái)為例子進(jìn)行分析，構(gòu)建后處理器時(shí)選擇雙擺頭方式。如果將旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置成BC方式，這樣設(shè)置以后特定的機(jī)床參數(shù)和經(jīng)過后處理的坐標(biāo)值就沒關(guān)系了。

（4）五軸數(shù)控加工原理：五軸數(shù)控加工是在任意的3個(gè)直線坐標(biāo)軸（x、y、z）的基礎(chǔ)上增加了 2個(gè)旋轉(zhuǎn)軸（A、B、C任意軸的組合）的一種多軸數(shù)控的加工方式。五軸機(jī)床有3個(gè)直線軸和2個(gè)旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行配合加工，2個(gè)旋轉(zhuǎn)軸主要為加工進(jìn)行旋轉(zhuǎn)定位，不能改變刀具的位置，3個(gè)直線軸主要是聯(lián)動(dòng)的作用，五軸定向的原理基本如此。其結(jié)構(gòu)圖見圖1。

圖1

（5）五軸數(shù)控加工優(yōu)點(diǎn)：此結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是有足夠的行程范圍對于旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)來講，加工細(xì)致，適合中小型體零件的五面的粗、精銑削加工，加工時(shí)機(jī)床操作簡單，可以提高加工效率，提高加工的精準(zhǔn)度，減少加工時(shí)的裝夾次數(shù)。

（6）“沿邊五軸”和“曲面五軸”刻字效果：實(shí)現(xiàn)了刻字的仿真，刻字比較清晰，做工細(xì)致。Master CAM技術(shù)操作簡單易懂，較為簡潔。

3 MasterCAM操作特點(diǎn)

DNC的加工主要使用Mastercam來實(shí)現(xiàn)，一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制多臺(tái)數(shù)控機(jī)床的方式成為DNC，實(shí)現(xiàn)CAD/CAM的關(guān)鍵技術(shù)主要為Mastercam。因?yàn)樘幚淼臄?shù)據(jù)比較繁瑣，設(shè)置的程序比較復(fù)雜，受各種條件的限制，加工方式主要是DNC，用RS-232進(jìn)行串行接口，把計(jì)算機(jī)和數(shù)控機(jī)床連接起來。通訊工具則采用Mastercam的Communic，這樣一來就給機(jī)床內(nèi)存創(chuàng)造了更加廣闊的空間，經(jīng)過不斷地大量的加工表明，采用Mastercam來編制復(fù)雜零件的加工程序可以簡化加工的步驟，加工的相似度得到大大提高，而且還能比較準(zhǔn)確的反應(yīng)出加工步驟和情況。

4 Mastercam的功能特色

進(jìn)行曲面的粗加工和曲面的精加工是Masterca擅長的。Mastercam有粗加工的技術(shù)比較超前，采用Masterca加工樂以提高零件的加工效率，簡化零件的加工步驟。如果采用Mastercam的精加工方式，如果加工的零部件比較困難，用不同的加工方式進(jìn)行零件的加工。多軸加工也是Mastercam加工的功能，使加工零部件多種多樣。

Mastercam可以檢驗(yàn)刀具的路徑是否正確，在零部件加工的整個(gè)過程中Mastercam可以進(jìn)行完整的敘述。

由于數(shù)控系統(tǒng)機(jī)床的類型多種多樣，Mastercam提供了上百種不同的處理后置文件系統(tǒng)，對處理的軟件劃分細(xì)致。經(jīng)常用FANUC系統(tǒng)進(jìn)行文件的后置處理，這樣一來我們可以根據(jù)不同的機(jī)床不同結(jié)構(gòu)，設(shè)置出操作編程，用FANUC的后置處理文件，這樣一來就生成了NCI文件的后置處理程序。除Mastercam以外，還推出升級版的MastercamX2。MastercamX2和Windows技術(shù)進(jìn)行了親密結(jié)合，它的設(shè)計(jì)非常新穎，設(shè)計(jì)感很強(qiáng)烈，設(shè)計(jì)操作更加簡單高效。通過Mastercam用戶可以自己完成產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)，編輯代碼，完成工作流程，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的加工。由于操作簡單易懂，所以應(yīng)用范圍也比較寬泛，主要應(yīng)用于各種模具制造、模型設(shè)計(jì)、機(jī)械零部件加工制造、除此之外，Mastercam在電子制造、汽車制造與設(shè)計(jì)、航空航天新型產(chǎn)業(yè)中也被廣泛應(yīng)用。Mastercam比較簡單，較容易學(xué)習(xí)，價(jià)格親民，性價(jià)比較高。Mastercam是廣大中小企業(yè)的親睞對象，也是CNC編程初學(xué)者入門的首選軟件。

MastercamX2對 Windows操作界面進(jìn)行了改版升級，提升了刀路的準(zhǔn)確程度，在傳輸信息準(zhǔn)確度方面也進(jìn)一步進(jìn)行了完善，主要有以下特點(diǎn)：

（1）在操作方面，采用了“窗口式操作”和“以對象為中心”的操作方式，容易操作，比較簡單。

（2）在設(shè)計(jì)方面，更加具有設(shè)計(jì)感，坐標(biāo)系統(tǒng)的工作更加全面。曲面轉(zhuǎn)化也更加全面。

（3）在加工方面，要變更刀具的路徑的話，其他參數(shù)不需變動(dòng)，只變動(dòng)刀具的直徑和刀角的半徑就可以。

（4）刀具庫和材料庫被加入Mastercam系統(tǒng)，加強(qiáng)了自動(dòng)化，提高了效率，不需要人為更改進(jìn)給率和轉(zhuǎn)速。

（5）Mastercam是一套用圖形來驅(qū)動(dòng)的軟件，操作簡單易懂易學(xué)，所以應(yīng)用廣泛。

5 Mastercam的發(fā)展前景分析

Mastercam在數(shù)控加工方面優(yōu)勢明顯，因?yàn)楫a(chǎn)生的NC程序較為簡單高效，但在業(yè)內(nèi)還是有較強(qiáng)的競爭對手，如PTC、Delcam、CAMWORKS等。但是和這些軟件相比，Mastercam在2D加工方面有絕對的優(yōu)勢；在曲面方面，在簡單規(guī)則類方面、軸曲面方面依然遙遙領(lǐng)先。

Mastercam在配置不怎么高的計(jì)算機(jī)上就能運(yùn)行操作，簡單易懂，大多數(shù)用戶都可以接受使用，能很大程度上給企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)效益。除此之外，Mastercam價(jià)格較低，性價(jià)比比較高，能被很多中小企業(yè)普遍接受。隨著我國加工制造業(yè)的不斷發(fā)展，Mastercam在中國的銷量會(huì)不斷的提升，機(jī)械設(shè)計(jì)與加工人員需要不斷的學(xué)習(xí)Mastercam。

綜上所述，由于MasterCAM的操作簡單，方便簡潔，涉及方面廣泛，簡化了零件生產(chǎn)的步驟，簡化了哈斯機(jī)床的多軸加工，提高了機(jī)床生產(chǎn)效率。在如今生產(chǎn)生活中應(yīng)用廣泛。所以MasterCAM有較好的發(fā)展前景。