基于MasterCAM的螺旋槽四轴数控加工

0 引言

    MasterCAM是由美国CNC Software公司开发的CAD/CAM软件系统，具有丰富的二维几何设计、三维曲面造型设计、数控加工编程的能力。它的数控加工编程功能便捷，提供2～5轴铣削、车削中心、变锥度线切割4轴加工编程功能。随着数控加工技术应用不断朝高速，高精密加工、多轴联动及工艺复合化加工的方向发展，多轴加工（指四轴和五轴）的使用越来趣广泛。

    在生产实践中往往要在某旋转体上加工出沟槽形状，笔者根据多年来从事数控技术和CAD/CAM软件使用研究探索的经验，在四轴联动数控机床上加工时，利用MasterCAM自带的置换轴法功能，通过二维外形铣削功能中置换X轴或Y轴，可以简单地将三轴问题转换成四轴刀具路径，从而简化了编程步骤，提高了加工效率。

1 螺旋槽零件概述

    如图1所示，为我校参加“湖北省机械创新设计大赛”某作品的关键零件（三维螺旋槽）的三维设计图。在直径为100mm，高度为200mm的圆柱(材质为LY12)圆周面上，有三条螺旋槽，互成120度，槽宽36mm，深15mm。显然，该零件的加工必须采用四轴联动的加工中心才能能实现。

图1 螺旋槽三维图

2 数控加工程序编制

    2.1 绘制螺旋槽的二维展开匿

    按照设计图纸，利用MasterCAM软件的二维几何图形设计工具，绘制螺旋槽的引导线-螺旋线的二维展开图：

    1)经过转换计算后绘制如图2所示的矩形，长为L=πXDXn=3.14159×100×2=628.3186(mm)，宽为H=TXn=100×2=200(mm)，式中D为螺旋线直径(mm)，n为螺旋线圈数，T为螺旋线螺距(mm)。

    2)绘制对角线，将上述矩形两端点P1和P2用直线连接，并将所端点各延长30mm，以设置进退刀距离。

    3)偏置直线P1P2，加工时采用直径为20mm的端铣刀，由于槽宽36mm，可以采用二维外形铣削加工方法，分两次铣出槽宽，将延长后的对角线采用单体偏置命令分别向上和向下偏置18mm，生成直线P3P4和P5P6即可，如图2所示。

图2 螺旋线二维展开图及刀具路径

    2.2 生成刀具路径

    1)生成二维外形铣削刀具路径，利用MasterCAM二维外形铣削功能，选择刀具路径-外形铣削，选择直线P3P4和P5P6进行串连，串连时注意两直线串连方向应相反，选用直径为20mm的端铣刀，设置刀具进给率为100mm/min，下刀速率为60mm/min，主轴转速为2000r/min，分三层铣削，每次切深5mm。

    2)置换轴法生成单条螺旋线刀具路径，在刀具参数的选择菜单中．设定旋转轴功能有效，弹出图3界面，在轴型式选项中，选择“轴之取代”，取代方式是旋转A轴取代原有的X轴，同时设定旋转轴直径100，生成出单个螺旋槽的四轴切削加工程序，刀具路径如图2所示。