基于MasterCAM X的孔類數控快速自動編程方法

徐 兵

（山西農業大學 工學院，太谷 030801）

基于MasterCAM X的孔類數控快速自動編程方法

徐 兵

（山西農業大學 工學院，太谷 030801）

孔加工中，刀具尺寸因受孔尺寸的限制往往剛性差，切削用量不宜過大，一個孔的加工往往需要用到幾種不同的刀具，因此，利用CAM軟件編程時刀具定義及加工參數的設置過程較為繁瑣，并且對編程者經驗依賴性較強，利用MasterCAM X Mill模塊中全圓銑削路徑下的自動鉆孔和全圓銑削命令，可減少刀具定義及參數設置的時間，從而對于提高孔的編程效率具有實際意義。

MasterCAM X；孔加工；自動編程；數控銑床

0 引言

隨著數控技術的不斷發展，數控機床在機械加工中應用越來越廣，孔加工作為數控機床上一種較為常見的加工工序，其程序編制也越來越多的借助CAM軟件輔助來完成，根據孔徑不同，加工時常需要換幾種不同類型和直徑的刀具，每次換刀時對自動編程軟件的相關參數進行設置，這就要求編程者掌握一定的數控加工工藝知識，具備一定的實際加工經驗，即便如此編程效率也通常較低[1,2]。

MasterCAM X具有自動鉆孔和全圓銑削刀具路徑的生成功能，具有相應刀具的孔可直接使用自動鉆孔功能，對于沒有對應直徑的刀具的孔，可以先自動鉆孔，再利用全圓銑削功能擴孔。一定程度降低了對編程者工藝知識和加工經驗的依賴，減少刀具選擇、參數設置的時間，提高編程效率。

1 MasterCAM X三維建模

MasterCAM X自帶的設計模塊可以進行零件產品的建模，也可以將其他CAD軟件設計的零件產品導入MasterCAM X作為己用[3]。

本文以某型號聯軸器從動端Y型軸孔加工為例，探討其快速編程方法，其參數如圖1(a)所示：軸孔直徑d=50mm，軸孔長度L=84mm，D=220mm，D1=120mm。MasterCAM X建模過程：首先在俯視圖，構圖深度Z=0的平面，作D1=120mm的圓，利用“擠出實體”命令，將該圓沿Z軸負方向拉伸40mm，然后利用“按實體面定面”命令，將新擠出實體的底面作為新的構圖平面，在該構圖平面上作D=220mm的圓，并對該圓沿Z軸負方向執行“擠出實體”操作，距離為44mm，如圖1(b)所示。

為便于孔加工刀具路徑生成，在俯視圖，構圖深度Z=0的平面作直徑為40mm的輔助圓放置在第二圖層，直徑為50mm的圓放置在第一圖層。

2 軸孔刀具路徑生成

刀具路徑是在建立零件的三維模型后，進行加工工藝分析，進入MasterCAM X相應的機床模塊，設置刀具、加工工件，確定走刀策略、壁邊或底邊預留量等工藝參數并進行必要的數學處理所生成的零件加工軌跡[4]。

將MasterCAM X由當前的設計模塊切換到銑削加工模塊，具體操作如下：“菜單欄→機床類型→銑床→默認”。聯軸器軸孔直徑為50mm，系統中無相應尺寸的鉆頭，故先采用“自動鉆孔”鉆直徑為40mm的孔，然后利用“全圓銑削”擴孔到50mm。

2.1 自動鉆孔

Φ40孔刀具路徑生成步驟如下：關閉第一圖層，顯示第二圖層，“刀具路徑→全員銑削路徑→自動鉆孔→在屏幕上選取鉆孔點的位置→單擊繪圖坐標系原點（直徑為40mm的圓高亮時）”，在系統彈出的“自動圓弧鉆孔”對話框中，設置安全高度為50mm，鉆孔深度為-84mm，其他參數默認。

參數設置完成后，點擊“確定”，此時可在“刀具路徑管理器”中看到系統自動進行了刀具定義及參數設置如圖2所示，首先采用“#7-M10.0點鉆” 鉆中心點，其次系統依次選用“#19-M9.0”、“#29-M19.0”、“#38-M28.0”、“#48-M38.0”、“#50-M40.0”5把不同直徑的鉆孔刀具以“深孔啄鉆”的方式進行鉆孔。

圖2 刀具路徑管理器

2.2 全圓銑削

Φ40擴孔到Φ50的刀具路徑生成步驟如下：關閉第二圖層，顯示第一圖層，“刀具路徑→全員銑削路徑→全圓銑削→在屏幕上選取鉆孔點的位置→單擊繪圖坐標系原點（直徑為50的圓高亮時）”，此時系統彈出“全圓銑削”對話框，刀具選擇“#221-M12.0平底刀”，安全高度50mm，鉆孔深度-84mm。分層銑削：2次粗加工，間距2.0，1次精加工，間距1.0，參數設置完成后，點擊“確定”，生成的軸孔加工刀具路徑如圖3所示。

圖3 軸孔加工刀具路徑

3 實體加工模擬及參數修改

在生成軸孔加工的刀具路徑之后，為保證所生成刀具路徑及加工工藝參數的合理性，要在計算機上進行實體加工模擬。模擬過程中若刀具、夾頭與工件、夾具之間發生碰撞或存在干涉，在計算機上可清晰看到相應區域顏色的變化，需及時對相應參數進行修改，再進行模擬，直到獲得合理的刀具路徑。

3.1 實體加工模擬

聯軸器軸孔的實體模擬加工操作如下：“刀具路徑管理器→選擇所有操作→驗證已選擇操作”，在彈出的如圖4所示的對話框中設置刀具和夾頭的顯示情況、模擬停止選項、材料形狀及尺寸、模擬加工的速度，對話框最下方顯示當前模擬的刀具路徑類型及刀具號碼、名稱。為增加模擬的真實性此處激活“顯示刀具和夾頭”圖標，模擬過程中為防止忽略一些人眼無法識別的碰撞現象，激活“碰撞停止”選項，單擊“機床”按鈕進行模擬加工，模擬加工速度可在模擬過程中進行調節。

通過模擬加工，發現在自動鉆孔和利用全圓銑削擴孔時，“#19-M9.0鉆孔”和 “#221-M12.0平底刀”都存在夾頭與工件碰撞的現象，如圖5(a)、5(b)所示。

圖4 實體加工模擬

圖5 碰撞提示

3.2 參數修改

模擬加工中出現的碰撞、干涉現象，必須對相關參數做出修改，防止在實際加工中對零件甚至機床造成損壞。針對“#19-M9.0鉆孔”和 “#221-M12.0平底刀”夾頭與工件的碰撞，分別修改兩把刀具的參數，如圖6(a)、(b)所示，并按3.1中所述步驟再次進行驗證，確保刀具路徑合理后，執行下一步的后處理。

圖6 刀具參數修改

4 后置處理

由刀具軌跡計算所生成的是通用格式的NCI文件，它并不能直接驅動數控機床進行加工，這時需要根據數控系統類型選擇相應的后置處理程序，將其轉換成數控系統可以識別的NC程序[5]。在操作管理欄單擊“G1”按鈕，在彈出的“后處理程序”對話框中，選擇后處理“MPFAN.PST”，最終生成的NC程序如圖7所示。

5 結論

對于具有相應尺寸鉆頭的孔，編程時可直接利用MasterCAM X自動鉆孔生成刀具路徑，否則可以先自動鉆孔然后利用全圓銑削進行擴孔，系統會由小到大自動定義一系列刀具并自動設置相關加工參數，本文以某型號半聯軸器Y型軸孔為例在MasterCAM X進行建模，并用該方法生成軸孔加工的刀具路徑，進行實體模擬驗證，參數修改，再次進行實體模擬驗證，確保刀具路徑的正確性后，通過后置處理產生數控程序，整個過程減少了刀具定義及參數設置的次數，提高了編程效率。

圖7 NC程序

[1] 張明.基于加工中心的孔加工工藝驅動自動編程工具研究與實現.[J].制造技術與機床,2015(11):172-176.

[2] 趙宏.基于AutoCAD的批量孔類數控自動編程研究.[J].制造業自動化,2015,37(6):1-3.

[3] 李波.管殿柱.Mastercam X實用教程[M].北京:機械工業出版社,2008.

[4] 陳銀清,鄭澤鈿.基于MasterCAM自由曲面加工刀具路徑優化[J].現代制造工程,2014(5):46-51.

[5] 陳為國,黃政,姚坤弟.Mastercam 后置處理的個性化設置.[J].現代制造工程,2012(5):36-40.

A fast method of hole automatic NC programming based on MasterCAM X

XU Bing

TH164

：B

1009-0134(2017)03-0096-03

2016-12-09

徐兵（1988 -），男，山東單縣人，助教，碩士，研究方向為CAD/CAM應用技術。