螺旋槽的四軸數(shù)控加工程序設(shè)計(jì)探究

劉思其

摘 要：四軸聯(lián)動(dòng)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(tái)的基礎(chǔ)上，以三維螺旋槽的四軸聯(lián)動(dòng)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(dòng)數(shù)控加工的方法和其中技巧作為重點(diǎn)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(jì)；探究

MasterCAM軟件是由美國(guó)一家軟件公司所開發(fā)出來(lái)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(jì)和三維曲面造型的設(shè)計(jì)，還具有數(shù)控加工編程的能力。并且主要的亮點(diǎn)就是它的數(shù)控加工編程功能使用起來(lái)極其便捷，能夠同時(shí)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(lái)，數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，需要進(jìn)行高精密加工的零器件也越來(lái)越多，數(shù)控加工技術(shù)走向了多軸聯(lián)動(dòng)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(dòng)數(shù)控程序進(jìn)行加工時(shí)，就要充分的利用MasterCAM軟件中的自換軸法功能來(lái)進(jìn)行加工，將三軸問(wèn)題轉(zhuǎn)換成四軸刀具路徑來(lái)對(duì)編程的步驟進(jìn)行簡(jiǎn)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(jī)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L(zhǎng)Y12，為了使用的需要，需要在此金屬殼的外部設(shè)計(jì)三條螺旋槽，并且還要使各個(gè)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(duì)其進(jìn)行分析后，發(fā)現(xiàn)只有采用四軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)對(duì)本產(chǎn)品的設(shè)計(jì)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(jì)人員給出的設(shè)計(jì)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(jì)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(duì)本金屬殼的螺旋線經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，其成了一個(gè)矩形，矩形的長(zhǎng)L=π×D×n，也就是長(zhǎng)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(jì)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(duì)角線的繪制過(guò)程中，將展開矩形圖上的P1、P2兩個(gè)端點(diǎn)用直線連接起來(lái)，為了留好進(jìn)退刀的距離，就需要分別將兩端點(diǎn)向外各延長(zhǎng)30 mm。在直線P1P2的加工過(guò)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(duì)銑出槽的寬度分兩次來(lái)完成，然后采用軟件中的單體偏移命令將延長(zhǎng)后的對(duì)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(jiàn)下圖1所示：

上圖中的直線P1P2為螺旋槽的二維展開圖的對(duì)角線，而直線P3P4和P5P6則是直線P1P2經(jīng)過(guò)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(guò)程中在，主要有5個(gè)步驟：即

（1）金屬殼二維外形銑削刀具路徑的生成過(guò)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(diǎn)擊后就會(huì)出現(xiàn)刀具路徑的選擇對(duì)話框，此時(shí)選擇外形銑削，此時(shí)還需要將直線P3P4和P5P6選擇后將其串聯(lián)起來(lái)，在串聯(lián)的過(guò)程中要特別注意兩條直線在進(jìn)行串聯(lián)時(shí)，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(shí)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(shí)，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(lái)生成單條螺旋線的刀具路徑，在此過(guò)程中，就要對(duì)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(shí)就會(huì)彈出旋轉(zhuǎn)軸的設(shè)定框，需要對(duì)旋轉(zhuǎn)軸的軸型進(jìn)行選擇，要選擇“軸之取代”的選項(xiàng)，此時(shí)也就是原有的X軸被旋轉(zhuǎn)A軸所取代的意思，在同一個(gè)對(duì)話框上，將旋轉(zhuǎn)軸的直徑設(shè)定為100，此時(shí)就會(huì)彈出一個(gè)獨(dú)立的螺旋槽四軸切削加工程序的對(duì)話框，對(duì)話框中就會(huì)顯示出銑削刀具的行進(jìn)路徑圖；

（3）對(duì)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(lái)完成。具體步驟為：選擇刀具路徑后，點(diǎn)擊就會(huì)進(jìn)入到下一頁(yè)，其上面找到路徑轉(zhuǎn)換，注意，此時(shí)要將旋轉(zhuǎn)角設(shè)置為120°，并在此基礎(chǔ)上以原點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)中心，來(lái)復(fù)制單個(gè)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(huì)立即生成；

（4）最后則是對(duì)本次設(shè)計(jì)的仿真實(shí)體進(jìn)行驗(yàn)證，也就是對(duì)金屬殼的型式進(jìn)行設(shè)定，選擇工件型式對(duì)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(gè)點(diǎn)，即0點(diǎn)和200點(diǎn)，選擇完成后單擊確定，此時(shí)金屬外殼通過(guò)仿真加工后的效果圖就會(huì)清晰的顯示出來(lái)（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(duì)生成實(shí)際應(yīng)用的數(shù)控程序進(jìn)行后處理時(shí)，目前，由于多軸加工的數(shù)控機(jī)床的型號(hào)、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(jī)床都能將其識(shí)別出來(lái)，而是需要在MPFAN.PST的基礎(chǔ)上對(duì)生成的文件進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷?。在此過(guò)程中，要以相關(guān)的研究文獻(xiàn)、數(shù)控機(jī)床的使用說(shuō)明術(shù)等為依據(jù)進(jìn)行，通過(guò)多MPFAN.PST后處理數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，就會(huì)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(dòng)的回轉(zhuǎn)軸，其外表的直徑在100mm，不過(guò)這是毛坯棒料的直徑，在安裝A軸時(shí)，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(shí)，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(dòng)，同時(shí)，還要注意Z軸方面的深度。在進(jìn)行銑削加工時(shí)，對(duì)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(lái)，此金屬外殼零件總共需要45～60 min就可以完成。

4 結(jié)束語(yǔ)

多軸數(shù)控加工實(shí)現(xiàn)了對(duì)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(shì)。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(guò)程中重點(diǎn)介紹了MasterCAM四軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工的方法和加工技巧，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)工作人員提供一些參考性的意見(jiàn)。

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