基于MasterCAM 2018刀具半徑補償功能在二維輪廓精加工中的應用＊

陳 煥，曹國強

（1.柳州交通學校，廣西柳州 545007；2.柳州工學院，廣西柳州 545007）

1 引言

MasterCAM是美國CNC Software Inc公司開發的基于PC平臺的CAD/CAM軟件。它集二維繪圖、三維實體造型、曲面設計、體素拼合、數控編程、刀具路徑模擬及真實感模擬等多種功能于一體，是一款在國內外金屬切削加工行業使用較多的CAD/CAM應用軟件。MasterCAM 2D外形銑削的刀具半徑補償控制方法可以實現零件精加工尺寸精度控制，不同的刀具補償控制方法對加工的操作便利性、應用范圍有著不同的影響。

刀具半徑補償功能是數控銑床編程中經常要使用到的一個重要功能，正確靈活使用刀具半徑補償功能，對提高加工效率和加工質量有重要意義，從刀具半徑補償功能的作用描述可以明確得出：以工件輪廓編程配合刀具半徑補償功能，從而使刀具在加工移動的過程中，刀具中心自動偏離工件輪廓一個給定的偏置量（常規下一般為半徑值），從而加工出合格尺寸的零件[1]。刀具半徑補償功能的使用過程一般分為3個階段：第一階段是刀具半徑補償的引入過程（即起刀），在CNC系統剛接通電源或G40取消刀具偏置時，刀具中心路徑與編程路徑時一致的，當刀具半徑補償指令（G41/G42）開始執行時，CNC進入偏置模式，通過G00/G01指令和G41/G42指令進行刀具補償引入，此時刀具會有一個移動距離；第二階段刀具半徑補償的執行階段，在此階段下刀具根據刀具半徑補償值自動偏置編程軌跡一個距離，實現對編程軌跡的補償；第三階段刀具半徑補償值取消階段，在此階段下CNC系統會取消對編程軌跡的偏置（即編程軌跡與刀具中心一致），通常有G40和G00、G01配合使用，此時刀具會有一個取消補償的移動距離。

本文針對數控銑削加工中常見的小溝槽內輪廓精加工，使用MasterCAM中4種不同的刀具半徑補償功能，通過相同的加工條件對比四種刀具半徑補償方式在進行工件溝槽輪廓尺寸精度質量控制中的操作便利性和適用范圍進行研究。

2 加工模型設定

圖1、圖2所示的零件模型選自第八屆廣西數控大賽賽件，研究對象為賽件側面3個小溝槽的精加工，加工深度為6mm，毛坯尺寸為：100×100×50mm，材料為45鋼，加工工藝參數如表1所示。

圖1 加工零件2D圖

圖2 加工零件3D圖

表1 加工參數表

3 零件模型的精加工

選擇MasrterCAM軟件中的銑削模塊二維銑削功能，在補償方式中分別使用電腦補償、“控制器補償”、“磨耗補償”、“不補償”進行刀路編制。

（1）輪廓精加工，補償方式。電腦補償如圖3所示，補償G代碼如圖4所示。

由圖3及圖4可知，刀具半徑電腦補償方式是由MasterCAM軟件在計算刀具路徑時直接將工件輪廓線向刀具中心指定移動與刀具半徑相等的距離，通過圖3的刀具路徑圖及生產的NC代碼程序圖4發現程序已經自動偏移了一個刀具半徑值同時程序中沒有刀具補償代碼G42/G42。

圖3 電腦自動補償方式功能設定及刀具路徑生成

圖4 NC程序

該補償方式優點是程序編寫簡單，不需要人為的考慮刀具半徑補償值，由電腦根據刀具半徑自動生成，刀具路徑可讀性強，軟件中就可以提前對刀具路徑進行預覽，生產的程序代碼中沒有刀具補償指令，在數控系統中運行時一般不會出現過切報警。但在實際加工中，當刀具半徑出現磨損后在機床上修改困難，需回到MasterCAM軟件中重新修改刀具半徑值，并重新生產加工程序。如果在批量加工中，使用此方式則不方便在生產現場開展工作，不利于提高生產效率。所以，該補償方式一般合適在單件試制產品加工中。

（2）輪廓精加工，補償方式?？刂破鳎丛跀悼叵到y中）補償參數設置及軌跡圖（見圖5）。

由圖5及圖6可知，控制器補償方式是MasterCAM軟件在計算工件輪廓刀具路徑時直接按照工件輪廓的尺寸計算刀具路徑，不補償刀具半徑。只在生產程序代碼時在路徑引入和引出程序段自動加入相應的刀具半徑補償代碼如圖6所示。機床在執行該程序代碼時由數控系統根據半徑補償指令和預先存在數控系統中的半徑值進行半徑補償。該補償方式在實踐加工中需在數控系統中提前預設刀具半徑補償值，一般為實際刀具半徑。數控系統根據程序和補償值進行計算并根據計算結果生成實際的加工路徑，當加工中出現刀具磨損時，只需測出刀具磨損量就可以進行刀具補償值修改，不需要重新編輯程序就可實現零件輪廓尺寸精度質量控制有利于現場作業生產，但同時發現該補償方式在加工小溝槽內輪廓時出現了干涉報警，如圖7所示。

圖5 控制器補償方式功能設定及刀具路徑生成

圖6 NC程序

圖7 半徑補償干涉報警圖

經過分析發現主要原因是由于零件內輪廓尺寸較小，在運用MasterCAM軟件進行內輪廓刀路編制時由于受到零件輪廓本身尺寸的限制，內輪廓進退刀設定的值較小，引入長度0.5mm，引入半徑R0.5mm，但在數控系統中刀具半徑補償預設值為實際半徑（R3mm），當數控系統根據程序代碼和刀具半徑補償預設值進行刀路偏置計算時由于出現刀具半徑大于引入長度和引入半徑導致系統無法計算，進而觸發了數控系統PS0041 G41/G42發生干涉報警。

（3）外形精加工，補償方式。磨耗補償參數設置及軌跡圖（見圖8）。

由圖8及圖9可知，磨耗補償方式是MasterCAM軟件較為特別的一種刀具半徑補償方式，它同具有電腦半徑補償方式和控制器補償方式的特性，綜合了兩者的優點，在MasterCAM軟件編程時，該補償方式既同電腦半徑補償方式一樣根據工件二維輪廓自動往外偏移一個刀具半徑形成補償后的刀具路徑，又和控制補償方式一樣在軟件后處理生成的程序中自動加入相應的刀具半徑補償代碼（見圖9）。在實際加工中，當刀具出現磨損時，可以同控制器補償方式一樣直接在數控系統中錄入刀具磨損補償量即可在工作現場進行工件二維輪廓尺寸精度控制不需要重新生產程序，有利于提高現場作業效率。在加工狹小的凹槽時，由于MasterCAM在生產刀路時已經按照指定刀具補償了刀具半徑，當刀具出現磨損時，只需要在數控系統中輸入刀具磨損量即可完成尺寸精度控制，而且該補償值一般較小如圖10所示，所以，加工時一般不會產生過切現象，同時該補償方式在進行內輪廓精加工時，也沒有出現像控制器補償方式進行內輪廓精加工時的干涉報警。

圖8 磨耗補償方式功能設定及刀具路徑生成

圖9 NC程序

圖10 刀具半徑補償畫面

（4）外形精加工，補償方式。補償關閉參數設置及軌跡圖（見圖11）。

補償關閉是指MasterCAM軟件在進行刀路計算時不考慮刀具半徑值，直接按照零件圖的實際輪廓尺寸進行刀路計算。根據圖11及圖12可知，程序在實際二維輪廓加工時由于刀具中心是按照工件輪廓尺寸切削移動的，沒有刀具半徑補償代碼，所以在加工出來的工件相關尺寸要比圖紙尺寸小一個刀具直徑，產生了過切現象，所以該補償方式一般用在對尺寸精度要求不高，刀具加工時不需要作徑向移動（即刀具直徑就是加工寬度）的加工場合，如避讓鍵槽、U型槽等，特點是易于控制，編程簡單。

圖11 補償關閉（即不補償）方式功能設定及刀具路徑生成

圖12 NC程序

4 結論

基于MasrerCAM軟件刀具半徑補償功能對二維零件內、外輪廓精度控制的加工便利性及應用特點進行研究，經過試驗對比分析可知，MasterCAM軟件刀具半徑補償功能的4種補償方式中，磨耗半徑補償方式為最優刀具半徑補償方式綜合了電腦補償方式和控制器補償方式兩者的優點，在實際加工中的操作便利性好，適用加工場合范圍寬，工件尺寸精度可控性強，不容易產生過切現象或干涉報警。充分利用MasterCAM軟件刀具半徑補償的磨耗補償方式進行日常生產加工，有利于改善生產中的現場操作便利性進而提高生產效率。