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MasterCAM在5轴联动数控编程和仿真中的运用

MasterCAM 在 5 轴联动数控编程和仿真中的运用 一、概述 5 轴联动加工技术主要应用于加工具有复杂曲面的工件,和 3 轴联动数控加工相比,5 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。目前已经可以从理论上充分证明增加自由度可以提高表 面加工质量。机床行业的专家也曾预言,随着 5 轴加工技术的提高,5 轴加工技术和 5 轴机床将在很大程度上取代 3 轴机 床。但是,由于生产制造技术的难度远远大于 3 轴机床,5 轴加工机床很长时间没有解决国产化问题,国内有许多研究机 构和大专院校正在研制和生产。另外,5 轴联动控制系统技术上难度大,国外限制进口,又由于国内工艺、装配、制造等 技术的问题,在控制技术上也不容易实现。另外,5 轴联动曲面加工编程也比较困难。这些原因使得 5 轴加工技术的推广 和使用存在着一定的障碍。 二、5 轴联动曲面编程的方法 数控加工的质量与效率,很大程度上取决于所编程序的合理与否。而仿真可以预现加工过程,以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,本文主要就5 轴联动加工数控编程和仿真问题进行简单的探讨。 1 .以往5 轴编程的方法 最初的 5 轴编程方法是编程员根据零件图样和有关加工工艺要求,用一种专用的数控编程语言来描述整个零件的加工过 程,即零件的源程序。然后将源程序输入计算机中,由计算机进行编译、计算,最后再由与所用数控机床相对应的后置处 理程序处理后,自动生成相应的数控加工程序。该编程方法直观性差,并且不便于进行阶段性检查,阻碍了设计与制造的 一体化,编程过程比较复杂不易掌握,对用户的技术水平要求较高。 2 .目前5 轴编程的方法 随着计算机技术的发展,“ 图形交互式自动编程”也应运而生。它直接将零件的几何图形信息自动转化为数控加工程序。 该方法极大地提高了数控编程的效率,并具有精度高、直观性好、使用简便、便于检查等优点,因此,该种方法已成为目 前国内外先进的 CAD/CAM 软件所普遍采用的数控编程方法。目前市场上比较成熟的 CAD/CAM 软件有十几个,如 Unigraphics ,Pro/ENGINEER ,MasterCAM 等,这些软件的出现使得以往 5 轴联动加工编程中存在的问题得到了解决,本 文仅就使用 MasterCAM 进行 5 轴联动加工编程中容易出现的问题进行简单的探讨。 三、MasterCAM 软件的功能和特点 MasterCAM 对 CAD 和 CAM 做了明显的分工。它包括 3 个功能模块,分别是 Design 、Mill 和 Lathe ,其中Design 为 CAD 模块,Mill 和 Lathe 为 CAM 模块。用户可以通过 CAD 模块进行几何图形的造型,然后通过 CAM 模块编制刀具路径,再 通过后处理器转换成机床数控系统能识别的 NC 程序,并能模拟刀具路径验证 NC 程序,然后通过计算机输入到数控机床 中进行加工。另外,它还可以模拟加工和计算加工时间,这样可以省去试切的过程,节约宝贵的时间,降低材料消耗,以 便提高工作效率和加工精度。MasterCAM 提供了 5 种 5 轴联动加工的方法,其中大致可以分为:5 轴曲线加工仿真、5 轴 钻孔加工仿真、5 轴侧壁铣削加工仿真、5 轴流线加工仿真、4 轴旋转加工仿真等,这 5 种方法基本上能够解决各种形式的 (3 轴加工不容易实现的曲面)曲面加工问题。 另外,它可以很容易地与 AutoCAD 、SolidWorks 等其他 CAD 软件实现数据交换,这就大大提高了它的通用性。而且, 它在各个方面是通过模块化处理来进行的。所以,为各种不同需要的人员提供了选择的余地。 MasterCAM 曲面造型功能强大,除了提供了创建规则曲面的方法外,还提供了自由形式曲面的创建方法。自由形式曲 面的形状取决于其边界的组成直线或曲线,需要 Bezier 曲面、Coons 曲面等复杂的造型技术。自由曲面可以进一步分为约 束型和非约束型两类,约束型自由曲面一定通过所指定的边界曲线,如 Coons 曲面,非约束型曲面无需通过预先给定的线 或点,其曲面形状是由控制点决定的,如 B 样条曲面和 NURBS 曲面。MasterCAM 提供了 4 种构建自由形式曲面的方法, 即直纹曲面、举升曲面、昆氏曲面、扫描曲面和实体曲面等。其曲面造型功能相当强大。为一些复杂曲面的编程加工提供 了很大的方便。 四、用MasterCAM 软件进行 5 轴加工造型和生

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