基于Mastercam和Vericut在四轴数控编程教学中的应用

柳高洁

[摘 要] 在四轴加工过程中，由于刀具中心坐标位置的计算较为复杂，容易出现过切、欠切甚至刀具和机床碰撞等现象。针对这一问题，结合Mastercam和Vericut平台，创建了四轴虚拟加工环境。在教学过程中，学生首先通过Mastercam编制四轴数控加工程序，然后将程序导入Vericut中进行虚拟加工，通过检验切削模型，保证无碰撞后，将程序输入四轴机床进行实际加工。

[关 键 词] 卧式四轴；Vericut；数控教学

[中图分类号] G712 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2018）06-0183-01

一、引言

随着时代进步，制造业升级，数控技术逐渐进入多轴加工领域。为适应高技能人才培养的需求，我校购置了一批卧式四轴加工中心，并开设了相应的教学课程。由于卧式四轴机床相比于常见的立式加工中心具有坐标理解困难、编程复杂等特点，学生在实训过程中经常会发生干涉碰撞等现象。所以我们要求学生首先通过Mastercam编制四轴加工程序，接着在Vericut中创建虚拟卧式四轴加工环境，最后进行机床实际加工。此方法可保护机床和刀具、增强学生的操机信心。

二、Vericut及卧式四轴机床简介

Vericut是数控程序验证、机床模拟、程序优化软件领域的技术领导者，专门应用于数控机床加工过程的仿真，可在加工前预先验证数控程序的正确性、优化数控程序、降低生产成本，广泛地应用于机械加工、学校教学等领域。

本校四轴加工中心是由台湾东钢精机公司生产的HMC-400型高精度四轴数控机床，主要用于机械制造业中模具和复杂箱体类零件精加工。该机床选用的控制系统为日本法兰克数控系统。机床的四轴分别是X、Y、Z和B旋转轴，各坐标轴行程分别为X轴：610 mm、Y轴：610 mm、Z轴：610 mm、B轴：360°全旋转。主轴最大转速：18000 r/min，定位精度（JIS标准）：±0.005 mm/300 mm。

三、卧式四轴加工教学实例

（一）Mastercam工件建模

零件为回转箱体件，其铸造毛坯由企业提供，实际教学中我们的加工对象为回转箱体外圆柱上的八个方形窗框。设计模型是数控加工的基础，教学中我们运用Mastercam的设计模块，根据零件的形状要求和尺寸要求，选择合适的视图作为绘图平面。本教学例中由于卧式加工中心的竖直上下方向为Y轴坐标，水平前后方向为X轴坐标，水平左右方向为Z轴坐标，故我们在教学中将前视图作为绘图平面，建立三维实体模型。

（二）Mastercam刀具路径选择

1.首先从实体曲面上，通过曲面曲线单一边界提取出方形窗框的外边界，以俯视方向为绘图平面，将圆柱面上八个均布方形窗框解缠展开到一张俯视平面上。

2.在俯视图刀具平面上，对解缠后的八个方形窗框边界做

2D挖槽加工刀路的设置。为使2D刀路转换成四轴加工刀路，需要设置旋转轴控制。由于本例中的机床为卧式加工中心，其旋转轴绕Y轴作360°转动，故选择以旋转轴替代X轴的设置，即加工时保持X轴固定不动，按B=360×X/（πD）换算公式，将原2D刀路中的X轴移动量转换成B轴的角度旋转量。

（三）Vericut数控仿真过程

Mastercam产生的后處理程序，通常代码较长、内容较多，很难直接检查出程序中可能出现的撞刀、干涉等问题。通过Vericut数控仿真不仅可以发现程序中的错误，还可以优化数控加工过程，提高效率。

1.建立机床模型

Vericut数控机床模型需要根据实际机床各个组件之间的运动关系进行构建。机床各组件运动关系主要有两个运动链：一个是“机架-刀具”运动链，另一个是“机架-毛坯”运动链。机床建模时，要分别从“机架-刀具”和“机架-毛坯”两个方面入手，建立起和真实机床相同的运动模型。

2.虚拟加工和测量

建立好四轴卧式加工中心机床模型后，在机床中添加刀具、夹具和零件毛坯，并调入由Mastercam产生的程序，便可进行Vericut的虚拟加工。零件加工完成后，Vericut提供了测量器和自动比较功能两种加工质量检测方法。

本教学例中对回转箱体零件利用自动比较功能检测加工零件质量，检查过切和欠切现象。如学生选择过切比较方式，输入过切值为0.1，可清楚地看到在方框四周存在过切现象。选择残留比较方式，输入残留值为0.1，可清楚地看到在方框四周存在欠切现象。

四、结论

本文以回转箱体零件为例，介绍了在数控教学过程中运用Mastercam和Vericut软件，构建卧式四轴加工中心虚拟数控仿真平台的方法。此方法可保护机床和刀具、消除安全隐患、增强学生的操机信心，在教学和生产中具有重大的应用价值，同时对相关学校和企业也有较好的参考价值。

参考文献：

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