四轴加工

首先，在MasterCAM8.0中，根据切刀理论刃口展开图画出不同刀具的中心轨迹展开图，这是二维曲线。
然后，利用主菜单的转换→卷筒→串连，用串连的方式选取刀具轨迹曲线→然后设定卷筒直径、旋转轴X及曲线放置在圆柱体上的位置→确认后再作出与卷筒直径同样大小的圆柱曲面，作为4轴曲线加工的导动曲面，将空间曲线以投影方式投到圆柱面上进行加工。
分析最终产生的T20固定角度五轴加工NC程序，首先要加入刀头的A、B角信息，然后再走出三维空间线。
1．在MasterCAM 8.0中获得A、B角信息
按照上述装夹方式建出叉耳型面后，先作出待挖槽曲面的法失，然后在Front构图面（前视图）分析该法矢的信息，其中的角度信息就是我们要求的B角值；再在3D构图面状态，求出该法矢与Y轴的夹角，就得到A角的值。
MasterCAM V9在4轴和5轴加工中的应用
一、开发FIDIA T205轴后置处理程序
笔者利用MasterCAM V9提供的一个通用5轴后处理程序模板，即MPGEN5X_FANUC.PST，首先在充分了解模板的结构和内容的基础上，修改该程序模板的某些设置，即可得到适应FIDIA T20系统的5轴后置处理程序。
图6
(1)选择Toolpaths－Multiaxis－Swarf5ax，出现图7所示对话框，点击“Chains”选项，按图8先选H再选G来确定刀具轴线的控制方向，然后点击“Surfaces”按钮，选择A、B、C、D面作为控制刀尖的曲面；
(2)填写完成图7对话框后，进入Swarf5ax加工对话框图9，选择刀具；
四、叶片的CAD建模
Mastercam是美国CNC Software公司开发的一套CAD/CAM软件，最早的版本为V3.0，可用于DOS。由于其诞生较早，兼具CAD软件和CAM软件的重要功能，发展至今无疑是CAD/CAM软件中的一枝奇葩，有很高的市场占有率。软件的CAD功能可以绘制2D和3D图形，构建自由曲面的功能更是远远胜于同类的CAD软件；软件的CAM功能方便直观，可以直接在点、线、曲面、实体上产生刀轨，其后置处理文件是一种用户回答式的自由修改文件，默认的后置处理文件Mpfan.pst与FANUC控制系统的NC机床无缝集成。
# Rotary Axis Settings
# --------------------------
vmc : 1 #0 = Horizontal Machine, 1 = Vertical Mill
rot_on_x: 1 #Default Rotary Axis Orientation, See ques. 164. #0 = Off, 1 = About X, 2 = About Y, 3 = About Z
T20的A、B角的是这样定义的：A角绕X轴旋转，B角绕Y轴旋转，B角是主动角，A角附加在B角上。T20的工作台不旋转，刀头可以作A、B角旋转。在MasterCAM建模时，首先要确定零件实际装夹位置（不超过A、B角定义的范围），构图面选择要与零件实际装夹面一致。
加工叉耳内外形时，实际上是T20的刀头旋转固定双角度A、B角，然后走类似三轴的刀具路径，但这种路径相对装夹面来说却是三维空间线。
图二是沿切削方向走刀的，有较高的效率，在实际中应用较多。但是随着曲面切削点的法矢和刀具轴线（Z坐标轴）的夹角增大，表面残余增大，曲面的陡峭程度和其在夹具上的安装方位对行距很敏感。
二、四联动NC机床
四轴联动加工技术主要应用于加工具有较为复杂曲面的工件，与三轴联动加工相比，四轴联动加工可以加工出更高质量、更复杂的曲面，主要适用于飞机、模具、汽车等行业的特殊加工，目前已经普及国产四坐标机床。如下左图所示四坐标立式NC机床是在三个线性平动轴的基础上增加一旋转轴。其运动链为：
三、叶片的结构特点
图2
(1)先按曲面上的点作出曲面法向孔轴线；
(2)生成法向孔加工刀具路径：选择Toolpaths－Multiaxis－Drill5ax，出现图3所示对话框，点击“Points/Lines”选项，用Endpoints方式选择每个法向孔轴线的下端点，相当于控制了刀具轴线的方向；
(3)选完要加工的点后，出现5轴钻孔对话框，参数设置如图4所示；
虽然同样是FANUC系统，但XK-715M机床和加工中心控制器的所使用的格式稍有区别，所以在用MasterCAM后处理产生NC程序之前需修改后置处理文件MPFAN.PST。
方法如下：进入文件→编辑→*.PST→找到系统默认的MPFAN.PST文件，先作备份，如另存为MPFAN-1.PST文件，然后打开，找到下面清单中的变量rot_ccw_pos : 1，将其改为rot_ccw_pos : 0，并存盘。
图16
(4)产生的刀具路径轨迹如图17所示，仿真（Verify）后如图18所示；
图17
图18
(5)用MasterCAM V9自带的Mpfan.pst后置处理后的NC程序如图19所示。
图19
五、结束语
MasterCAM V9中关于4轴、5轴加工方面的内容还很丰富，值得去深入研究的东西还有很多，而且还应该在实践中不断积累经验，使编制的程序更加优化，不断提高编程效率、加工效率和加工质量。
1、构建截面线
按设计给定数据绘制出各个平面上的截面线，叶盆和叶背上的型线均为自由曲线，进排气边缘为一段圆弧，将各曲线光滑过渡，并保证各段曲线的连续。根据给定的扭转角将各个平面上的曲线通过Xform—Rotate命令进行旋转，得到一组空间曲线，如下图所示。
2、构建曲面
将所得到的截面线通过Create(创建)—Surface(曲面)—Loft（举升）操作，可以得到叶片的叶身型面，截面的数量将影响曲面的光顺性，调整各数据点的对齐方式，和曲面公差，得到如下图所示的三阶NUBS曲面。
图13
(2)之后进入图14所示的对话框，注意将Ratory Axis选中，进入图15所示的对话框，设置置换Y轴的参数，Ratory diameter设置成展开图的理论直径，置换轴的依据是想要刀具轴线与什么轴平行，就置换Y轴的参数设置好后，进入图16所示的Contour parameters对话框，注意设置刀具的加工深度，把它设置成相对Ratory diameter理论旋转直径的数值；
MasterCAM在叶片零件四联动数控加工应用
一、引言
数控加工是一种可编程的柔性加工方法。数控机床正向着高速、高精、高柔性、复合化的方向发展，其费用相对较高，故适用于精度高，形状复杂的零件的加工，而叶片零件公差带小，其型面多为复杂的空间曲面，需要制造专用的工装夹具，成批量生产要求精确复制，一直是数控加工的应用对象。
rot_ccw_pos : 1 #Axis signed dir, 0 = CW positive, 1 = CCW positive
之后，进入“NC管理”菜单→更改后置处理文件→选中MPFAN-1.PST文件，再对NCI文件进行后置处理，产生符合XK-715M机床的NC格式。
二、五轴加工的应用
以在FIDIA系统的T20上加工双角度叉耳内外形为例，说明用MasterCAM8.0实现T20上带固定角度的五轴加工。
1. FIDIA T20的配置
主轴头双摆动，B为主动旋转轴，A为从动旋转轴，B轴在XZ平面内摆动，A轴在YZ平面内摆动，B轴的范围是±360°，A轴的范围≤＋104°
2.修改MPGEN5X_FANUC.PST文件
针对FIDIA T20的配置修改MPGEN5X_FANUC.PST文件，如图1所示。
图1
MasterCAM在四轴、五轴加工中的应用技巧
一、四轴加工的应用
卫生巾切刀成型辊的数控加工主要是通过用平铣刀和锥度成型刀在XK-715M机床（带旋转轴的三坐标数控机床）上实现的。旋转轴上夹持的切刀成型辊相当于第四轴——A轴，刀具在圆柱体上走空间曲线，就得到刀刃的型面。
那么，如何建出这条卷在圆柱体上的空间曲线呢？
2．在MasterCAM 8.0中得到实际可用的刀具路径和NC程序
先把待挖槽曲面定义成新的构图面，如Number 13，存储后将刀具平面也选为13，然后象作三轴加工一样作出刀具路径。所得到的刀具路径不能直接进行后置处理，因为它带双角度，不能或不一定能后置处理成适合T20 FIDIA控制器的程序格式。所以只有把该刀具路径经模拟后存成几何图素，然后在Top构图面和Top刀具面的状态下，选择该几何图素，作“Contour”加工。加工参数“计算机补偿”和“控制器补偿”均选“OFF”，“刀尖补偿”选择与上次刀具路径一致。如此得到的新刀具路径就相当于帮系统把双角度刀具路径转化成原始构图面（T面）中的刀具路径，将其进行通用后置处理后就得到T20刀头旋转固定A、B角后应走的NC程序。
二、5轴钻孔的应用
我们在实际加工中，往往需要钻曲面上的5轴法向孔或者石油钻头上的5轴切削齿孔，这些孔均要在T20上进行。以前的做法是在MasterCAM中先作出这些5轴孔的轴线，然后一根一根分析计算出每根线的B、A角度，最后手工在NC文件中输入B、A角度值。这种方法效率不高，而且容易出错。借助MasterCAM V9中Drill5ax的5轴钻孔功能，得到5轴钻孔刀具路径，然后用修改后的5轴后置处理程序进行POST，即可自动获得钻法线孔的NC文件。这样不仅提高了编程效率，同时又减少了出错机率。以图2钻曲面法向孔为例，说明MasterCAM V9中Drill5ax5轴钻孔功能的应用。
图7
图8
图9
图10
图11
图12
四、4轴加工的应用
在实际中往往要在某旋转体上加工沟槽形状，利用MasterCAM V9自带的回转功能，通过Contour中置换X或Y轴的功能，可以简单地将三轴问题转换成4轴刀具路径。
假设有如图13所示的某轨迹CAD二维展开图，我们进行如下的步骤：
(1)生成刀具路径：选择Toolpaths－Contour－Chain，选择图13所示的图素，串连方向如该图所示；
从叶片的结构来看，其叶身型面部分为复杂的空间曲面，各部分的曲率、扭转变化较大，是典型的薄壁件。由于其为动力等装置的重要部件，工作条件较为恶劣，对零件本身的精度和质量提出的很高的要求。型面的加工质量直接影响其工作性能，从而可能影响整机的性能。叶片的材料要求有很高的质量—强度比，加工中难切削，切削抗力大，引起的变形也大。由于其截面形状，在叶盆和叶背方向上抵抗变形的能力也不同，进排边缘处又较薄，加工中的形变很复杂。对数控加工提出了很高的要求。在实际加工中，多采用以下的加工流程：
(4)用修改后的MPGEN5X_FANUC.PST后置处理程序后处理（Post）后得到的NC文件如图5所示。
图3
图4
图5
三、5轴加工拔模角面的应用
比如，实际中要在如图6所示的模具上加工扭转槽F，其底部带R3倒圆，槽的两个侧壁是空间扭转直纹面。加工方法是先在三轴上粗铣该槽，留精加工余量，然后在5轴铣床上用5轴联动方式精加工槽各面到位。考虑到槽宽及底部的R3倒圆，选用φ8(R3)铣刀加工。
过大的行距将使表面残余过大，后续工序的工作量变大，过小的行距会使加工程序和时间的成倍增加。其中走刀方式和零件相对刀具的姿态是影响行距的重要因素。
以下是三坐标常用的几种走刀方式，如下图所示：图一是沿截面方向走刀，这种走刀方式可以获得较好的轮廓度，行距受到的影响也小，但是刀具切削点是不断地剧烈变化的，加工余量相对也处下不断的变化，对刀具和机床都产生不利影响。
五、叶片的CAM加工
叶片型面加工可在三坐标、四坐标、五坐标数控机床上加工完成，所采用的刀具有球头刀、平底刀、牛鼻刀、环形刀、鼓形刀、锥形刀等，可根据曲面陡峭程度、机床主轴自由度、加工要求选择适合的刀具。
1、四坐标数控机床型面加工的优势
在以往的型面加工中多采用三坐标加工，其特征是加工轴线始终不变。
即平行于Z坐标轴。三坐标曲面加工是通过逐行走刀来完成加工的。刀具沿各切削行的运动，近似地包络加工曲面，行距是影响加工质量和效率的主要因素。
(3)点击图9中的“Multiaxis parameters”进入图10参数设置对话框，按图设置，注意刀具偏置的方向，它与你之前选择的Chains的方向有关；
(4)得到的刀具路径仿真（Verify）后如图11所示；
(5)用修改后的MPGEN5X_FANUC.PST后置处理程序Post后得到的NC文件如图12所示。