基于MasterCAM的螺旋槽四轴数控加工

石从继，周 严

（华中科技大学 武昌分校 机电与自动化学院，武昌 430064）

基于MasterCAM的螺旋槽四轴数控加工

石从继，周 严

（华中科技大学 武昌分校 机电与自动化学院，武昌 430064）

0 引言

MasterCAM 是由美国CNC Software公司开发的CAD／CAM 软件系统，具有丰富的二维几何设计、三维曲面造型设计、数控加工编程的能力。它的数控加工编程功能便捷，提供2～5轴铣削、车削中心、变锥度线切割4轴加工编程功能。随着数控加工技术应用不断朝高速、高精密加工、多轴联动及工艺复合化加工的方向发展，多轴加工(指四轴和五轴)的使用越来越广泛。

在生产实践中往往要在某旋转体上加工出沟槽形状，笔者根据多年来从事数控技术和CAD/CAM软件使用研究探索的经验，在四轴联动数控机床上加工时，利用MasterCAM 自带的置换轴法功能，通过二维外形铣削功能中置换x轴或Y轴，可以简单地将三轴问题转换成四轴刀具路径，从而简化了编程步骤，提高了加工效率。

1 螺旋槽零件概述

如图1所示，为我校参加“湖北省机械创新设计大赛”某作品的关键零件（三维螺旋槽）的三维设计图。在直径为100mm，高度为200mm的圆柱(材质为LY12)圆周面上，有三条螺旋槽，互成120度，槽宽36mm，深15mm。显然，该零件的加工必须采用四轴联动的加工中心才能实现。

图1 螺旋槽三维图

2 数控加工程序编制

2.1 绘制螺旋槽的二维展开图

按照设计图纸，利用MasterCAM软件的二维几何图形设计工具，绘制螺旋槽的引导线-螺旋线的二维展开图：

1）经过转换计算后绘制如图2所示的矩形，长为L=ЛXDXn = 3.14159X100X 2=6 2 8.3 1 8 6(m m)，宽为H=T X n=1 0 0 X 2=200(mm)，式中D为螺旋线直径(mm)，n为螺旋线圈数，T为螺旋线螺距(mm)。

2）绘制对角线，将上述矩形两端点P1和P2用直线连接，并将两端点各延长30mm，以设置进退刀距离。

3）偏置直线P1P2，加工时采用直径为20mm的端铣刀，由于槽宽36mm，可以采用二维外形铣削加工方法，分两次铣出槽宽，将延长后的对角线采用单体偏置命令分别向上和向下偏置18mm，生成直线P3P4和P5P6即可，如图2所示。

图2 螺旋线二维展开图及刀具路径

2.2 生成刀具路径

1）生成二维外形铣削刀具路径，利用MasterCAM二维外形铣削功能，选择刀具路径—外形铣削，选择直线P3P4和P5P6进行串连，串连时注意两直线串连方向应相反。选用直径为20mm的端铣刀，设置刀具进给率为100mm/min，下刀速率为60mm/min，主轴转速为2000r/min，分三层铣削，每次切深5mm。

2）置换轴法生成单条螺旋线刀具路径，在刀具参数的选择菜单中，设定旋转轴功能有效，弹出图3界面，在轴型式选项中，选择“轴之取代”，取代方式是旋转A轴取代原有的X轴，同时设定旋转轴直径100，生成出单个螺旋槽的四轴切削加工程序，刀具路径如图2所示。

图3 旋转轴的设定界面

3）应用旋转复制方法生成其他两条螺旋槽的刀具路径，选择刀具路径 -下一页-路径转换，设置旋转角度为120，以原点为中心，对单个螺旋槽的四轴切削加工程序进行旋转复制，生成其他两条螺旋槽的刀具路径，参数设置如图4所示。

图4 旋转刀具路径的设定界面

4）仿真实体验证，设定工件的型式 “圆柱体”、“圆柱之轴向”即A轴的轴向选择x轴，“圆柱的直径”即工件圆柱的直径设定为100mm。设定第一点为0、第二点200后单击“确定”按钮。仿真加工后的效果图如图5所示，图6为后处理后生成的程序。

图5 仿真加工的效果图

图6 生成的程序

5）后处理生成实际应用的数控程序，目前由于多轴加工的数控机床型号繁多，所配置的控制系统不同，MasterCAM 系统默认的后处理文件MPFAN.PST所生成的程序并不是所有机床都能识别的，必须对MPFAN.PST进行修改。参考相关文献及机床说明书，通过对MPFAN.PST进行了必要的修改后，生成了螺旋槽的数控加工程序，如图6所示。

3 数控实际加工

螺旋槽零件是在学校数控实训创新基地的一台配有FANUC 18M高速四轴立式加工中心(台湾高峰850A)加工的，A轴为伺服驱动分度回转轴，毛坯为直径100mm的棒料，采用夹顶方式平行安装于X轴。加工时X轴方向按工件直径方向分度，X轴与A轴联动，z轴为加工深度，分三层铣削，每次切深5mm。零件总加工时间约为45～60min。

4 结束语

和三轴数控加工相比，多轴加工能够实现更复杂型面工件的加工，本文以螺旋槽的数控加工编程为例，利用MasterCAM 自带的置换轴法和刀具路径的旋转复制，将普通的三轴二维外形铣削刀具路径转换成四轴的螺旋槽刀具路径，希望能为读者更好地应用MasterCAM 件的数控加工编程功能提供参考借鉴作用。

[1]苟琪.MasterCAM五轴加工方法[M].北京:机械工业出版社,2005.

[2]王卫兵.MasterCAM数控加工实例教程[M].北京:清华大学出版社,2006.

[3]葛文军,孔繁群,习强,陈颖鹤.单旋变距双向循环移动螺杆的加工[J].装备制造技术,2007,(11):138-139.

[4]施晓芳,张卫平,高文忠.基于MasterCAM 的四轴加工的PST后处理文件的研究[J].中国制造业信息化,2007,(7):69-71.

The four-axis process of spiral chute based on MasterCAM

SHI Cong-ji, ZHOU Yan

四轴联动加工目前在制造业的应用越来越广泛，本文以三维螺旋槽的四轴联动加工为例，以MasterCAM软件为平台，在螺旋槽的二维展开图基础上，利用MasterCAM 自带的置换轴法和刀具路径的旋转复制功能，将普通的三轴二维外形铣削刀具路径转换成四轴的螺旋槽刀具路径，重点介绍了MasterCAM四轴数控加工的方法与技巧，希望能为读者提供参考借鉴作用。

螺旋槽；MasterCAM；四轴联动加工；CAM

石从继（1979 -），男，湖北大冶人，讲师，研究方向为数控技术、机械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