用MasterCAM实现五轴加工仿真

文章编号:1008-1658(2002)02-0001-05

用MasterCAM 实现五轴加工仿真

陈秀梅,杨庆东,钟建琳,朱　永

(北京机械工业学院　机械工程系,　北京100085)

摘 要:五轴加工机床由于生产制造技术的难度远远大于三轴机床,很长时

间没有解决国产化问题;再者五轴联动控制系统技术上难度大,不容易实现;五轴联动曲面加工编程也比较困难。运用MasterCAM 软件进行数控编程的方法,用一个实例说明了生成刀具运动轨迹、数控加工代码的过程,并对零件的加工过程进行了模拟仿真。对于缩短产品的设计、制造周期,提高工作效率,具有非常重要的实际意义。

关　键　词:五轴加工;数控加工;复杂型面中图分类号:TH 164 文献标识码:A

几乎可以肯定,多轴加工(指四轴和五轴)的推广和使用将会提高生产效率和生产质量,并且能够为复杂曲面和工件轮廓提供更多的加工方法。然而,即使这样,我们还要面临着许多需要处理、解决的问题,例如:决定使用多轴加工的因素是什么?如果使用多轴加工,应该考虑选择几轴?等等。这些问题是我们关心的问题,另外相关的开发成本问题也是开发新产品时应该考虑的。

预先对加工过程进行模拟仿真,即按照实际的加工条件在屏幕上再现实际加工过程,以便检查刀具参数设置得是否正确、夹头是否干涉、加工过程中刀具与工件是否干涉、是否产生过切等,这样在试切前就可以发现、解决部分问题,以节约制造成本。因此,仿真是非常必要的。本文主要就五轴加工仿真问题进行简单的探讨。

1　五轴加工的适用对象

由于加工制造的需要,某些工件需要进行五轴加工。这些零件包括:形状复杂,加工通道敞开性差的零件,这类零件使用三轴联动无法加工、无法实现或者实现起来相当困难,需要利用五轴数控机床刀轴控制的灵活性来加工;加工表面面积大,需要较高切削效率的零件,该类零件需要用端铣刀加工以提高切削效率,三轴联动加工无法完全精确地加工复杂型面,而五轴加工方法使利用端铣刀精确加工复杂型面成为可能。

另外,在那些使用三轴可以加工的零件上,有时考虑到某些因素,常常也会提出采用五轴加工。如使用五轴加工可使所用的机器体积、刀具数目和相关结构配置减少;可以排除单独安装和减少所需的等待时间而节约时间,以便增加生产总额;可以减少废料和重复工作,使得在一次安装中完成加工成为可能;可以减少刀具的夹头,使得加工精度得到更好地统一等。收稿日期:2002-01-08

作者简介:陈秀梅(1970-),女,河北沧州人,北京机械工业学院机械工程系讲师,硕士,主要从事流体传动及控制方面的研

究。

第17卷　第2期2002年6月 北京机械工业学院学报Journal of Beijing Institute of Machinery Vol.17　No.2J un.2002

2　实现五轴加工的方法

(1)在结构上,为了达到四轴、五轴的加工能力,卧式加工中心除了X ,Y ,Z 轴的运动外,第4轴和第5轴的运动通常采用的方法有:

①通过附加可以进行倾斜运动的工作台———附加A 轴;②通过附加可以进行倾斜且能够旋转运动的工作台———附加A 轴和B 轴;③通过附加工作台之上双工作台———附加A 轴和B 轴;④通过附加工作台之上工作台———附加B 轴和C 轴,可以倾斜的主轴和可以旋转的工作台———附加A 轴和B 轴,可以倾斜和旋转的主轴———附加A 轴和C 轴。

(2)在仿真方法上,目前实现五轴加工仿真的软件很多,而且各软件之间各有特点,本文主要利用MasterCAM 软件为平台,来探讨进行五轴加工仿真的方法。其中大致可以分为:五轴曲线加工仿真、五轴钻孔加工仿真、五轴侧壁铣削加工仿真、五轴流线加工仿真、四轴旋转加工图1　五轴曲线加工仿真

仿真等5种[1]。

①五轴曲线加工仿真

该种方法主要是使刀具沿曲面的边或

串连曲面曲线创建一个刀具路径,另外还

可以沿一个曲面上的曲线投影线,创建一

个刀具路径。如图1(a )所示为欲利用五轴

曲线加工方法加工的曲面,图1(b )所示为

利用五轴曲线加工方法模拟仿真的结果。

②五轴钻孔加工仿真该方法主要使刀具生成五轴钻孔刀具路径,允许刀具在工件的多个方向进行钻孔加工。即通过一次安装就可加工多个不同方向的孔。以便节约重新定位、安装的时间。节约了制造图2　五轴侧壁铣削加工仿真

成本。

③五轴侧壁铣削加工仿真

该方法主要使刀具生成五轴侧壁铣

削刀具路径,允许刀具的侧刃对工件的

侧壁进行加工。如图2(a )所示为欲利

用五轴侧壁铣削加工方法加工的曲面,

图2(b )所示为利用五轴侧壁铣削加工

图3　五轴流线加工仿真方法模拟仿真的结果。

④五轴流线加工仿真

该方法主要使刀具生成五轴流线刀具路径,其刀具的轴为曲面的法线方向,

还可以控制球头铣刀在加工过程中所产

生的凸脊高度和进刀量,构建一个精确、

平滑的精加工曲面。如图3(a )所示为

欲利用五轴流线加工方法加工的曲面,

图3(b )所示为利用五轴流线加工方法2 北京机械工业学院学报 第17卷

模拟仿真的结果。

图4　四轴旋转加工仿真⑤四轴旋转加工仿真

该方法主要使刀具生成四轴旋转加工

刀具路径,它主要适合于加工近似圆柱体、

圆球体的工件,其刀具轴可在垂直设定轴

的方向上旋转。如图4(a )所示为欲利用四

轴旋转加工方法加工的球曲面,图4(b )所

示为利用四轴旋转加工方法模拟仿真的结

果。

总之,模拟仿真加工的软件有多种,其方法也会稍有差异,但是,其根本原理是相同的。有

上面的5种方法,基本上能够解决各种形式的(三轴加工不容易实现的曲面)曲面加工仿真。模拟仿真完成后,再根据出现的问题进行修正、改进,直至达到满意为止,最后生成数控加工程序代码,到数控机床上进行加工。

图5　零件

3　用MasterCAM 软件进行五轴加工仿真

首先创建一个如图5所示的零件,然后对其进行五轴

加工仿真并生成数控加工代码。

我们知道,该零件是由一些曲面组成的,用最初的方法

编程比较麻烦,不易实现,下面我们利用软件MasterCAM

提供的仿真方法中的方法④———五轴流线加工方法对其进行加工仿真,以实现该零件的加工模拟。

具体的步骤如下:首先进行工件参数设置,对工件的结构尺寸、原点、材料等进行选择[2],设置结果如图6所示;然后对曲面进行干涉检查,以保证曲面加工的完整性;接下来设置曲面的加工路径,然后进行加工路径的模拟和仿真;最后生成数控加工代码以便传输给机床。

图6　工件设置

3第2期 陈秀梅等:用MasterCAM 实现五轴加工仿真