Mastercam多轴加工刀路在数控大赛中的应用——渐变刀路

（广西机电技师学院，广西 柳州 545000）

马晓宏

0 引言

随着现代机械工业的发展，计算机辅助设计（CAD）和制造（CAM）已显出巨大的潜力，现代数控编程加工的CAM软件五轴加工模块开发了典型加工策略，并广泛应用于产品设计和机械制造中，运用CAD/CAM软件进行零件的设计和加工制造，可使企业提高设计质量，缩短生产周期，降低产品成本，从而取得良好的经济效益[1-2]。

近几年技能大赛中五轴机床操作方面的技能竞赛是比较热门的一项赛事，叶轮件的三维建模和CAM加工是必要的竞赛内容，是五轴加工的主要考点。叶轮作为动力机械的核心部件，在航天、能源动力等领域应用日益广泛。叶轮加工质量的好坏直接影响到叶轮的空气动力性能和整个动力装置的机械效率。而叶轮由于其特殊的形状结构，使得叶轮的加工成为机械加工领域的一个难点，因此对叶轮加工的关键技术研究具有重要的意义。

1 模型分析

如图1所示，该叶轮零件的叶片均布在球面上，加工难度增加，加工叶轮轮毂部分时，要想达到较高的表面质量，走刀轨迹必须和叶片平行，在无法使用软件叶轮模块的情况下，叶轮轮毂的精加工策略的应用非常考验编程人员的技术水平。通过对Mastercam软件多轴刀路的研究分析，最终找到了适合的多轴刀路。渐变刀路非常适合该叶轮零件的轮毂精加工，该刀路可以很完美的就叶片的形状生产平行叶片的刀路轨迹。

图1 叶轮件数模

叶轮的粗加工我们采用3D优化动态粗切得方式进行的，粗加工主要是为了去除余料，我们现在加工的这个叶轮，叶片较少，叶片之间空间较大，采用定轴方式完全可以完成粗加工，在此就不详细介绍了。本文我们主要针对叶轮轮毂的精加工进行详细的分析。下面我们详细介绍一下渐变刀路的应用。

2 渐变刀路应用

首先在多轴刀路中找到渐变刀路模块，打开后我们在对话框中依次进行参数设定，首先是刀具和刀柄（如图2所示），由于叶片和轮毂之间的圆弧为R3，我们选用的精加工刀具为直径为6MM的球头铣刀，建立刀具后根据实际切削参数设定主轴转速，进给速度。在这里刀柄的设定很关键，在五轴联动加工过程中很容易出现碰撞干涉，我们在生成刀路轨迹时一定要根据实际情况把机床、夹具、刀具、毛坯等因素全部考虑。在编程时一定要把刀柄的参数按实际情况设定，这样生成刀路轨迹后，我们通过软件仿真就可以观察是否有碰撞干涉情况[3]。

图2 刀具、刀柄参数设定

接下来我们进行渐变刀路的关键参数设定“切削方式”（图3）在对话框中我们依次对曲线（图4）、模型图形（图5）、加工面、类型、切削方式、加工方向、切削间距参数进行设定。

图3 切削方式

图4 曲线拾取

图5 模型图形拾取

在此页面的参数设定中，曲线和模型图形的拾取非常关键，关系到刀路轨迹是否能沿着叶片的走向，同时还要满足轮毂精加工的质量，精加工完成后加工表面满足精度要求，不能有残留。

在刀轴控制参数设定方面也是一项比较重要的数据，叶轮轮毂的加工是五轴联动加工，为了能得到较好的加工质量，避免出现干涉过切现象，刀轴控制参数的设定很关键，首先输出方式为五轴，刀轴控制设定为倾斜曲面，定义侧倾设定为在每个位置正交于切削方向，其余参数默认设定就可以了（如图6所示）。

图6 刀轴控制

在应用五轴联动加工零件时，碰撞检查是非常关键的，刀肩、刀杆、刀柄是否会与机床、夹具、零件产生碰撞干涉，这就需要我们在使用编程软件时在碰撞控制界面设定好碰撞检查参数，勾选零件的干涉面（如图7所示）。

图7 碰撞控制

叶轮轮毂加工过程中，叶片有三个，故轮毂加工部位有三个，生成刀路轨迹时我们只需要完成一个部位的刀路轨迹就可以了，然后使用软件的刀路调整功能（如图8所示），使用转换旋转功能，通过旋转复制出另外两个部位的加工刀路轨迹就可以了。

图8 刀路调整

在使用Mastercam软件编程时，最重要的一项参数设定就是平面的设定（图9所示）。在软件中分别有工作坐标系、刀具平面、绘图平面三个平面设定，大家在使用软件时一定要结合加工的实际情况，如实的设定这三个平面，三个平面必须与实际情况相符合。通过以上参数的设定，我们就可以生成叶轮零件轮毂的精加工刀路轨迹（如图10所示）。使用渐变刀路模式生成的刀路轨迹，完全满足加工要求。根据实际加工结果，零件的精度和质量完全达到要求。型面的加工质量，工作性能符合整机的性能[4-5]。

图9 平面参数

图10 渐变刀路轨迹

3 结语

Mastercam渐变编程策略具有几何形状上的典型代表性，是软件开发者根据常见的工业产品、军工产品和其他需要使用五轴机床加工的零件中典型几何形状的集成，在如此繁多的编程策略中，究竟每一种编程策略对应什么样的加工特征对象，经过多次编程加工实践，探讨了Mastercam的编程加工策略应用方法，并比较分析了相对应的刀轴控制应用形式以及机床结构种类参数的设定方法。该加工方法能很好的兼顾零件的加工质量和效率，具有一定的应用价值。