螺旋槽的四軸數(shù)控加工程序設(shè)計探究

劉思其

摘 要：四軸聯(lián)動加工目前已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在了制造業(yè)中，本文就在MasterCAM軟件為平臺的基礎(chǔ)上，以三維螺旋槽的四軸聯(lián)動加工為例，在二維展開圖的基礎(chǔ)上，利用軟件中自帶的功能，將普通的三軸二維外形銑削刀具的路徑轉(zhuǎn)變?yōu)樗妮S螺旋槽刀具的加工路徑。在此次的研究中，本人將MasterCAM四軸聯(lián)動數(shù)控加工的方法和其中技巧作為重點進(jìn)行了介紹，希望相關(guān)人士借鑒。

關(guān)鍵詞：螺旋槽；四軸數(shù)控加工程序；設(shè)計；探究

MasterCAM軟件是由美國一家軟件公司所開發(fā)出來的類似于我們的CAD軟件系統(tǒng)，此種軟件中不但包含有二維幾何設(shè)計和三維曲面造型的設(shè)計，還具有數(shù)控加工編程的能力。并且主要的亮點就是它的數(shù)控加工編程功能使用起來極其便捷，能夠同時提供2～5軸的銑削刀具、車削中心，還提供了變錐度線進(jìn)行切割4軸的加工編程等功能。近年來，數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，需要進(jìn)行高精密加工的零器件也越來越多，數(shù)控加工技術(shù)走向了多軸聯(lián)動以及工藝復(fù)合化發(fā)展的道路，多軸加工程序的使用也更加廣泛。但是如果在某金屬殼上面加工出溝槽的形狀，在采用四軸聯(lián)動數(shù)控程序進(jìn)行加工時，就要充分的利用MasterCAM軟件中的自換軸法功能來進(jìn)行加工，將三軸問題轉(zhuǎn)換成四軸刀具路徑來對編程的步驟進(jìn)行簡化，為提高加工效率打好基礎(chǔ)。

1 螺旋槽金屬殼的概述

某機器上需要用的一種金屬殼為三維螺旋槽金屬殼，此金屬殼外部看呈圓柱形，直徑100 mm，高200mm，材質(zhì)為LY12，為了使用的需要，需要在此金屬殼的外部設(shè)計三條螺旋槽，并且還要使各個槽之間的夾角互為120度。此金屬殼外部槽的寬度為36 mm，槽深15 mm。相關(guān)人員對其進(jìn)行分析后，發(fā)現(xiàn)只有采用四軸聯(lián)動數(shù)控加工技術(shù)才能實現(xiàn)對本產(chǎn)品的設(shè)計和生產(chǎn)。

2 編制數(shù)控加工程序

2.1 繪制出螺旋槽的二維展開圖

按照設(shè)計人員給出的設(shè)計圖紙以及相關(guān)的要求，利用MasterCAM軟件中自帶的二維幾何設(shè)計功能，繪制出本金屬殼上螺旋槽的引導(dǎo)線，也就是要繪制出螺旋線的二維展開圖。對本金屬殼的螺旋線經(jīng)過轉(zhuǎn)換計算后發(fā)現(xiàn)，其成了一個矩形，矩形的長L=π×D×n，也就是長L=3.14×100×2=628mm，寬也就是高H=T×n，也就是寬H=200×2=400 mm。上述式子中的D代表的是本金屬殼螺旋線的直徑，單位mm。n代表的是螺旋線的圈數(shù)，本次需要設(shè)計的金屬殼上有2圈螺旋線。T代表的則是兩相鄰螺旋線之間的距離 ，單位mm。

工作人員在進(jìn)行對角線的繪制過程中，將展開矩形圖上的P1、P2兩個端點用直線連接起來，為了留好進(jìn)退刀的距離，就需要分別將兩端點向外各延長30 mm。在直線P1P2的加工過程中，需要采用端銑刀，端銑刀的直徑為20 mm，由于本金屬殼外部槽寬36 mm，因此，工作人員可以采用MasterCAM軟件中自帶的二維外形銑削的功能，對銑出槽的寬度分兩次來完成，然后采用軟件中的單體偏移命令將延長后的對角線分別向著左右兩邊進(jìn)行偏移，每邊偏移的寬度=外部槽寬/2，也就是36/2，即18 mm。詳見下圖1所示：

上圖中的直線P1P2為螺旋槽的二維展開圖的對角線，而直線P3P4和P5P6則是直線P1P2經(jīng)過左右偏移后得到的兩條偏移線，也就是本金屬殼螺旋槽銑刀具行進(jìn)的路徑。

2.2 生成刀具的路徑

在銑刀具路徑的生成過程中在，主要有5個步驟：即

（1）金屬殼二維外形銑削刀具路徑的生成過程中，工作人員就需要充分的利用MasterCAM軟件中自帶的二維外形銑削功能，選擇二維外形銑削功能后，點擊后就會出現(xiàn)刀具路徑的選擇對話框，此時選擇外形銑削，此時還需要將直線P3P4和P5P6選擇后將其串聯(lián)起來，在串聯(lián)的過程中要特別注意兩條直線在進(jìn)行串聯(lián)時，應(yīng)使其方向相反。然后用直徑為20 mm的端銑刀具，注意要將此刀具的進(jìn)給率設(shè)置為100 mm/min，同時將下刀的速率設(shè)置為60 mm/min，還要將刀具主軸的轉(zhuǎn)速設(shè)置為2000 r/min，在進(jìn)行銑削時，應(yīng)分層進(jìn)行，本次分成了3層逐層進(jìn)行銑削，每次銑削的深度控制為5 mm為宜；

（2）然后采用MasterCAM軟件中自帶的自換軸法功能來生成單條螺旋線的刀具路徑，在此過程中，就要對旋轉(zhuǎn)軸功能的有效情況進(jìn)行設(shè)定，也就是打開銑削刀具參數(shù)的選擇菜單后，將旋轉(zhuǎn)軸的功能設(shè)置為有效，此時就會彈出旋轉(zhuǎn)軸的設(shè)定框，需要對旋轉(zhuǎn)軸的軸型進(jìn)行選擇，要選擇“軸之取代”的選項，此時也就是原有的X軸被旋轉(zhuǎn)A軸所取代的意思，在同一個對話框上，將旋轉(zhuǎn)軸的直徑設(shè)定為100，此時就會彈出一個獨立的螺旋槽四軸切削加工程序的對話框，對話框中就會顯示出銑削刀具的行進(jìn)路徑圖；

（3）對于其他兩條螺旋槽的銑削刀具行進(jìn)路徑的設(shè)定，可以采用旋轉(zhuǎn)復(fù)制的方法來完成。具體步驟為：選擇刀具路徑后，點擊就會進(jìn)入到下一頁，其上面找到路徑轉(zhuǎn)換，注意，此時要將旋轉(zhuǎn)角設(shè)置為120°，并在此基礎(chǔ)上以原點為旋轉(zhuǎn)中心，來復(fù)制單個螺旋槽的四軸切削加工的程序，隨后其他兩條螺旋槽銑削刀具的行進(jìn)路徑就會立即生成；

（4）最后則是對本次設(shè)計的仿真實體進(jìn)行驗證，也就是對金屬殼的型式進(jìn)行設(shè)定，選擇工件型式對話框，選擇圓柱體和圓柱體之軸向，也就是原有的X軸被旋轉(zhuǎn)A軸所取代，將金屬外殼的直徑設(shè)定為100 mm，然后分別設(shè)定2個點，即0點和200點，選擇完成后單擊確定，此時金屬外殼通過仿真加工后的效果圖就會清晰的顯示出來（如下圖2所示），本次仿真金屬外殼工件處理后生成的程序如下圖3所示；

（5）在對生成實際應(yīng)用的數(shù)控程序進(jìn)行后處理時，目前，由于多軸加工的數(shù)控機床的型號、類型等都比較多，也就造成所配置的控制系統(tǒng)之間存在著很大的差異。但是用MasterCAM軟件中由系統(tǒng)默認(rèn)的后處理文件MPFAN.PST所生成的程序，也并不是所有的機床都能將其識別出來，而是需要在MPFAN.PST的基礎(chǔ)上對生成的文件進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷摹Ｔ诖诉^程中，要以相關(guān)的研究文獻(xiàn)、數(shù)控機床的使用說明術(shù)等為依據(jù)進(jìn)行，通過多MPFAN.PST后處理數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，就會得到所需要的螺旋槽的數(shù)控加工程序，也就是如下圖3所示的工件處理后生成的程序圖。

3 數(shù)控加工

此金屬外殼是由本公司的配有FANUC 18M高速四軸立式加工中心而進(jìn)行加工生產(chǎn)的。旋轉(zhuǎn)A軸也就是伺服驅(qū)動的回轉(zhuǎn)軸，其外表的直徑在100mm，不過這是毛坯棒料的直徑，在安裝A軸時，采用了夾頂?shù)姆绞綄⑵淦叫械陌惭b在X軸上，但是需要注意的是在加工A軸時，要使X軸的方向朝著金屬外殼工件的直徑方向進(jìn)行分度，保證X軸與A軸能夠進(jìn)行聯(lián)動，同時，還要注意Z軸方面的深度。在進(jìn)行銑削加工時，對其進(jìn)行分層銑削，保證每一層的銑削深度在5 mm為宜，這樣一來，此金屬外殼零件總共需要45～60 min就可以完成。

4 結(jié)束語

多軸數(shù)控加工實現(xiàn)了對一些比較復(fù)雜的曲面型面的加工在，此種加工程序與三軸數(shù)控相比較而言，有著更多的優(yōu)勢。本次研究中就以螺旋槽的四軸數(shù)控加工程序的編制為例，充分的利用了MasterCAM軟件中的自換軸法功能和刀具路徑的旋轉(zhuǎn)復(fù)制功能，將普通的三軸二維外形銑削刀具的路徑轉(zhuǎn)變?yōu)樗妮S螺旋槽刀具的加工路徑。并且在此過程中重點介紹了MasterCAM四軸聯(lián)動數(shù)控加工的方法和加工技巧，希望能夠為相關(guān)工作人員提供一些參考性的意見。

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