基于Mastercam和Vericut在四軸數控編程教學中的應用

柳高潔

[摘 要] 在四軸加工過程中，由于刀具中心坐標位置的計算較為復雜，容易出現過切、欠切甚至刀具和機床碰撞等現象。針對這一問題，結合Mastercam和Vericut平臺，創建了四軸虛擬加工環境。在教學過程中，學生首先通過Mastercam編制四軸數控加工程序，然后將程序導入Vericut中進行虛擬加工，通過檢驗切削模型，保證無碰撞后，將程序輸入四軸機床進行實際加工。

[關 鍵 詞] 臥式四軸；Vericut；數控教學

[中圖分類號] G712 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）06-0183-01

一、引言

隨著時代進步，制造業升級，數控技術逐漸進入多軸加工領域。為適應高技能人才培養的需求，我校購置了一批臥式四軸加工中心，并開設了相應的教學課程。由于臥式四軸機床相比于常見的立式加工中心具有坐標理解困難、編程復雜等特點，學生在實訓過程中經常會發生干涉碰撞等現象。所以我們要求學生首先通過Mastercam編制四軸加工程序，接著在Vericut中創建虛擬臥式四軸加工環境，最后進行機床實際加工。此方法可保護機床和刀具、增強學生的操機信心。

二、Vericut及臥式四軸機床簡介

Vericut是數控程序驗證、機床模擬、程序優化軟件領域的技術領導者，專門應用于數控機床加工過程的仿真，可在加工前預先驗證數控程序的正確性、優化數控程序、降低生產成本，廣泛地應用于機械加工、學校教學等領域。

本校四軸加工中心是由臺灣東鋼精機公司生產的HMC-400型高精度四軸數控機床，主要用于機械制造業中模具和復雜箱體類零件精加工。該機床選用的控制系統為日本法蘭克數控系統。機床的四軸分別是X、Y、Z和B旋轉軸，各坐標軸行程分別為X軸：610 mm、Y軸：610 mm、Z軸：610 mm、B軸：360°全旋轉。主軸最大轉速：18000 r/min，定位精度（JIS標準）：±0.005 mm/300 mm。

三、臥式四軸加工教學實例

（一）Mastercam工件建模

零件為回轉箱體件，其鑄造毛坯由企業提供，實際教學中我們的加工對象為回轉箱體外圓柱上的八個方形窗框。設計模型是數控加工的基礎，教學中我們運用Mastercam的設計模塊，根據零件的形狀要求和尺寸要求，選擇合適的視圖作為繪圖平面。本教學例中由于臥式加工中心的豎直上下方向為Y軸坐標，水平前后方向為X軸坐標，水平左右方向為Z軸坐標，故我們在教學中將前視圖作為繪圖平面，建立三維實體模型。

（二）Mastercam刀具路徑選擇

1.首先從實體曲面上，通過曲面曲線單一邊界提取出方形窗框的外邊界，以俯視方向為繪圖平面，將圓柱面上八個均布方形窗框解纏展開到一張俯視平面上。

2.在俯視圖刀具平面上，對解纏后的八個方形窗框邊界做

2D挖槽加工刀路的設置。為使2D刀路轉換成四軸加工刀路，需要設置旋轉軸控制。由于本例中的機床為臥式加工中心，其旋轉軸繞Y軸作360°轉動，故選擇以旋轉軸替代X軸的設置，即加工時保持X軸固定不動，按B=360×X/（πD）換算公式，將原2D刀路中的X軸移動量轉換成B軸的角度旋轉量。

（三）Vericut數控仿真過程

Mastercam產生的后處理程序，通常代碼較長、內容較多，很難直接檢查出程序中可能出現的撞刀、干涉等問題。通過Vericut數控仿真不僅可以發現程序中的錯誤，還可以優化數控加工過程，提高效率。

1.建立機床模型

Vericut數控機床模型需要根據實際機床各個組件之間的運動關系進行構建。機床各組件運動關系主要有兩個運動鏈：一個是“機架-刀具”運動鏈，另一個是“機架-毛坯”運動鏈。機床建模時，要分別從“機架-刀具”和“機架-毛坯”兩個方面入手，建立起和真實機床相同的運動模型。

2.虛擬加工和測量

建立好四軸臥式加工中心機床模型后，在機床中添加刀具、夾具和零件毛坯，并調入由Mastercam產生的程序，便可進行Vericut的虛擬加工。零件加工完成后，Vericut提供了測量器和自動比較功能兩種加工質量檢測方法。

本教學例中對回轉箱體零件利用自動比較功能檢測加工零件質量，檢查過切和欠切現象。如學生選擇過切比較方式，輸入過切值為0.1，可清楚地看到在方框四周存在過切現象。選擇殘留比較方式，輸入殘留值為0.1，可清楚地看到在方框四周存在欠切現象。

四、結論

本文以回轉箱體零件為例，介紹了在數控教學過程中運用Mastercam和Vericut軟件，構建臥式四軸加工中心虛擬數控仿真平臺的方法。此方法可保護機床和刀具、消除安全隱患、增強學生的操機信心，在教學和生產中具有重大的應用價值，同時對相關學校和企業也有較好的參考價值。

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