基于MasterCAM 2018刀具半徑補償功能在二維輪廓精加工中的應(yīng)用＊

陳 煥，曹國強

（1.柳州交通學(xué)校，廣西柳州 545007；2.柳州工學(xué)院，廣西柳州 545007）

1 引言

MasterCAM是美國CNC Software Inc公司開發(fā)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(shè)計、體素拼合、數(shù)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(nèi)外金屬切削加工行業(yè)使用較多的CAD/CAM應(yīng)用軟件。MasterCAM 2D外形銑削的刀具半徑補償控制方法可以實現(xiàn)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(yīng)用范圍有著不同的影響。

刀具半徑補償功能是數(shù)控銑床編程中經(jīng)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(zhì)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(guī)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?shù)囊脒^程（即起刀），在CNC系統(tǒng)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(dāng)?shù)毒甙霃窖a償指令（G41/G42）開始執(zhí)行時，CNC進(jìn)入偏置模式，通過G00/G01指令和G41/G42指令進(jìn)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?shù)膱?zhí)行階段，在此階段下刀具根據(jù)刀具半徑補償值自動偏置編程軌跡一個距離，實現(xiàn)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(tǒng)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?shù)囊苿泳嚯x。

本文針對數(shù)控銑削加工中常見的小溝槽內(nèi)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(jìn)行工件溝槽輪廓尺寸精度質(zhì)量控制中的操作便利性和適用范圍進(jìn)行研究。

2 加工模型設(shè)定

圖1、圖2所示的零件模型選自第八屆廣西數(shù)控大賽賽件，研究對象為賽件側(cè)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(shù)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(shù)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(jìn)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(chǎn)的NC代碼程序圖4發(fā)現(xiàn)程序已經(jīng)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(shè)定及刀具路徑生成

圖4 NC程序

該補償方式優(yōu)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(jù)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(jìn)行預(yù)覽，生產(chǎn)的程序代碼中沒有刀具補償指令，在數(shù)控系統(tǒng)中運行時一般不會出現(xiàn)過切報警。但在實際加工中，當(dāng)?shù)毒甙霃匠霈F(xiàn)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(chǎn)加工程序。如果在批量加工中，使用此方式則不方便在生產(chǎn)現(xiàn)場開展工作，不利于提高生產(chǎn)效率。所以，該補償方式一般合適在單件試制產(chǎn)品加工中。

（2）輪廓精加工，補償方式。控制器（即在數(shù)控系統(tǒng)中）補償參數(shù)設(shè)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?shù)毒甙霃?。只在生產(chǎn)程序代碼時在路徑引入和引出程序段自動加入相應(yīng)的刀具半徑補償代碼如圖6所示。機床在執(zhí)行該程序代碼時由數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)半徑補償指令和預(yù)先存在數(shù)控系統(tǒng)中的半徑值進(jìn)行半徑補償。該補償方式在實踐加工中需在數(shù)控系統(tǒng)中提前預(yù)設(shè)刀具半徑補償值，一般為實際刀具半徑。數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)程序和補償值進(jìn)行計算并根據(jù)計算結(jié)果生成實際的加工路徑，當(dāng)加工中出現(xiàn)刀具磨損時，只需測出刀具磨損量就可以進(jìn)行刀具補償值修改，不需要重新編輯程序就可實現(xiàn)零件輪廓尺寸精度質(zhì)量控制有利于現(xiàn)場作業(yè)生產(chǎn)，但同時發(fā)現(xiàn)該補償方式在加工小溝槽內(nèi)輪廓時出現(xiàn)了干涉報警，如圖7所示。

圖5 控制器補償方式功能設(shè)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(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)主要原因是由于零件內(nèi)輪廓尺寸較小，在運用MasterCAM軟件進(jìn)行內(nèi)輪廓刀路編制時由于受到零件輪廓本身尺寸的限制，內(nèi)輪廓進(jìn)退刀設(shè)定的值較小，引入長度0.5mm，引入半徑R0.5mm，但在數(shù)控系統(tǒng)中刀具半徑補償預(yù)設(shè)值為實際半徑（R3mm），當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)程序代碼和刀具半徑補償預(yù)設(shè)值進(jìn)行刀路偏置計算時由于出現(xiàn)刀具半徑大于引入長度和引入半徑導(dǎo)致系統(tǒng)無法計算，進(jìn)而觸發(fā)了數(shù)控系統(tǒng)PS0041 G41/G42發(fā)生干涉報警。

（3）外形精加工，補償方式。磨耗補償參數(shù)設(shè)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(yōu)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(jù)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(yīng)的刀具半徑補償代碼（見圖9）。在實際加工中，當(dāng)?shù)毒叱霈F(xiàn)磨損時，可以同控制器補償方式一樣直接在數(shù)控系統(tǒng)中錄入刀具磨損補償量即可在工作現(xiàn)場進(jìn)行工件二維輪廓尺寸精度控制不需要重新生產(chǎn)程序，有利于提高現(xiàn)場作業(yè)效率。在加工狹小的凹槽時，由于MasterCAM在生產(chǎn)刀路時已經(jīng)按照指定刀具補償了刀具半徑，當(dāng)?shù)毒叱霈F(xiàn)磨損時，只需要在數(shù)控系統(tǒng)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(chǎn)生過切現(xiàn)象，同時該補償方式在進(jìn)行內(nèi)輪廓精加工時，也沒有出現(xiàn)像控制器補償方式進(jìn)行內(nèi)輪廓精加工時的干涉報警。

圖8 磨耗補償方式功能設(shè)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(guān)閉參數(shù)設(shè)置及軌跡圖（見圖11）。

補償關(guān)閉是指MasterCAM軟件在進(jìn)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(jìn)行刀路計算。根據(jù)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(guān)尺寸要比圖紙尺寸小一個刀具直徑，產(chǎn)生了過切現(xiàn)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(guān)閉（即不補償）方式功能設(shè)定及刀具路徑生成

圖12 NC程序

4 結(jié)論

基于MasrerCAM軟件刀具半徑補償功能對二維零件內(nèi)、外輪廓精度控制的加工便利性及應(yīng)用特點進(jìn)行研究，經(jīng)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(yōu)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(yōu)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(chǎn)生過切現(xiàn)象或干涉報警。充分利用MasterCAM軟件刀具半徑補償?shù)哪ズ难a償方式進(jìn)行日常生產(chǎn)加工，有利于改善生產(chǎn)中的現(xiàn)場操作便利性進(jìn)而提高生產(chǎn)效率。