Mastercam多軸加工刀路在數控大賽中的應用
——漸變刀路

（廣西機電技師學院，廣西 柳州 545000）

馬曉宏

0 引言

隨著現代機械工業的發展，計算機輔助設計（CAD）和制造（CAM）已顯出巨大的潛力，現代數控編程加工的CAM軟件五軸加工模塊開發了典型加工策略，并廣泛應用于產品設計和機械制造中，運用CAD/CAM軟件進行零件的設計和加工制造，可使企業提高設計質量，縮短生產周期，降低產品成本，從而取得良好的經濟效益[1-2]。

近幾年技能大賽中五軸機床操作方面的技能競賽是比較熱門的一項賽事，葉輪件的三維建模和CAM加工是必要的競賽內容，是五軸加工的主要考點。葉輪作為動力機械的核心部件，在航天、能源動力等領域應用日益廣泛。葉輪加工質量的好壞直接影響到葉輪的空氣動力性能和整個動力裝置的機械效率。而葉輪由于其特殊的形狀結構，使得葉輪的加工成為機械加工領域的一個難點，因此對葉輪加工的關鍵技術研究具有重要的意義。

1 模型分析

如圖1所示，該葉輪零件的葉片均布在球面上，加工難度增加，加工葉輪輪轂部分時，要想達到較高的表面質量，走刀軌跡必須和葉片平行，在無法使用軟件葉輪模塊的情況下，葉輪輪轂的精加工策略的應用非常考驗編程人員的技術水平。通過對Mastercam軟件多軸刀路的研究分析，最終找到了適合的多軸刀路。漸變刀路非常適合該葉輪零件的輪轂精加工，該刀路可以很完美的就葉片的形狀生產平行葉片的刀路軌跡。

圖1 葉輪件數模

葉輪的粗加工我們采用3D優化動態粗切得方式進行的，粗加工主要是為了去除余料，我們現在加工的這個葉輪，葉片較少，葉片之間空間較大，采用定軸方式完全可以完成粗加工，在此就不詳細介紹了。本文我們主要針對葉輪輪轂的精加工進行詳細的分析。下面我們詳細介紹一下漸變刀路的應用。

2 漸變刀路應用

首先在多軸刀路中找到漸變刀路模塊，打開后我們在對話框中依次進行參數設定，首先是刀具和刀柄（如圖2所示），由于葉片和輪轂之間的圓弧為R3，我們選用的精加工刀具為直徑為6MM的球頭銑刀，建立刀具后根據實際切削參數設定主軸轉速，進給速度。在這里刀柄的設定很關鍵，在五軸聯動加工過程中很容易出現碰撞干涉，我們在生成刀路軌跡時一定要根據實際情況把機床、夾具、刀具、毛坯等因素全部考慮。在編程時一定要把刀柄的參數按實際情況設定，這樣生成刀路軌跡后，我們通過軟件仿真就可以觀察是否有碰撞干涉情況[3]。

圖2 刀具、刀柄參數設定

接下來我們進行漸變刀路的關鍵參數設定“切削方式”（圖3）在對話框中我們依次對曲線（圖4）、模型圖形（圖5）、加工面、類型、切削方式、加工方向、切削間距參數進行設定。

圖3 切削方式

圖4 曲線拾取

圖5 模型圖形拾取

在此頁面的參數設定中，曲線和模型圖形的拾取非常關鍵，關系到刀路軌跡是否能沿著葉片的走向，同時還要滿足輪轂精加工的質量，精加工完成后加工表面滿足精度要求，不能有殘留。

在刀軸控制參數設定方面也是一項比較重要的數據，葉輪輪轂的加工是五軸聯動加工，為了能得到較好的加工質量，避免出現干涉過切現象，刀軸控制參數的設定很關鍵，首先輸出方式為五軸，刀軸控制設定為傾斜曲面，定義側傾設定為在每個位置正交于切削方向，其余參數默認設定就可以了（如圖6所示）。

圖6 刀軸控制

在應用五軸聯動加工零件時，碰撞檢查是非常關鍵的，刀肩、刀桿、刀柄是否會與機床、夾具、零件產生碰撞干涉，這就需要我們在使用編程軟件時在碰撞控制界面設定好碰撞檢查參數，勾選零件的干涉面（如圖7所示）。

圖7 碰撞控制

葉輪輪轂加工過程中，葉片有三個，故輪轂加工部位有三個，生成刀路軌跡時我們只需要完成一個部位的刀路軌跡就可以了，然后使用軟件的刀路調整功能（如圖8所示），使用轉換旋轉功能，通過旋轉復制出另外兩個部位的加工刀路軌跡就可以了。

圖8 刀路調整

在使用Mastercam軟件編程時，最重要的一項參數設定就是平面的設定（圖9所示）。在軟件中分別有工作坐標系、刀具平面、繪圖平面三個平面設定，大家在使用軟件時一定要結合加工的實際情況，如實的設定這三個平面，三個平面必須與實際情況相符合。通過以上參數的設定，我們就可以生成葉輪零件輪轂的精加工刀路軌跡（如圖10所示）。使用漸變刀路模式生成的刀路軌跡，完全滿足加工要求。根據實際加工結果，零件的精度和質量完全達到要求。型面的加工質量，工作性能符合整機的性能[4-5]。

圖9 平面參數

圖10 漸變刀路軌跡

3 結語

Mastercam漸變編程策略具有幾何形狀上的典型代表性，是軟件開發者根據常見的工業產品、軍工產品和其他需要使用五軸機床加工的零件中典型幾何形狀的集成，在如此繁多的編程策略中，究竟每一種編程策略對應什么樣的加工特征對象，經過多次編程加工實踐，探討了Mastercam的編程加工策略應用方法，并比較分析了相對應的刀軸控制應用形式以及機床結構種類參數的設定方法。該加工方法能很好的兼顧零件的加工質量和效率，具有一定的應用價值。