轮廓外形铣削的刀路定义及自动编程
一、实训目的
（ 1）、熟练掌握 M aster CAM轮廓外形铣削的刀路定义方法
（ 2）、掌握MasterCAM的2D刀路定义的主要参数设置及其含义
（ 3）、初步掌握MasterCAM刀路定义的技巧性操作
（ 4）、初步了解MasterCAM后置处理文件对程序输出格式的影响
二、预习要求
认真阅读教材中有关轮廓外形铣削的刀路定义及自动编程部分的内容。
三、实训理论基础
关于刀具面和构图面的设定，如图 13-1 所示。只要两者一致，无论图 a 还是图 d 的模式，程序都将以构图面为 XY 面、刀具轴为 Z 来进行输出。换而言之，无论你将图形绘制在什么构图面上，只要将刀具面和构图面设为一致，都可以输出成按俯视面 XY 来进行加工的程序，而不需要进行旋转变换操作。对图 b 设定方式的铣削，必须用 3D 轮廓方式，而图 c 设定方式的铣削，可正常获得 G18 （ G02/G03 ）的程序格式输出。
图13－1刀具面和构图面的关系
2D 轮廓外形是指组成外形轮廓的所有线、圆弧、曲线等图素均位于同一构图面内， 2D 外形铣削可根据需要进行电脑刀补或机床刀补编程。
3D 轮廓外形是指组成外形轮廓的所有线、圆弧、曲线等图素并不一定都位于同一构图面内，3D 外形铣削的刀径补偿的左右方向判断是依据构图平面进行的。对于垂直于刀具平面（ XY ）中的圆弧，若无刀补设定，则按相应构图平面内的圆弧生成程序，若有刀补设定，则自动将圆弧逼近转换成直线而生成程序。 2D 或 3D 铣削方式将由系统根据所串连的外形轮廓的性质自动选用。
1．共同的刀具参数设定选项的含义
图13－2共同的刀具参数设置
如图 13-2 所示，在刀具缩微图显示区内点击鼠标右键，将弹出一菜单，用以从刀具图库内选取一把刀具，或自定义刀具。
（ 1 ）刀具号和刀具补偿号：系统将根据所选用的刀具自动地分配刀具号和刀具补偿号，但也允许人为地设置刀号。生成 NC 程序时，将自动地按照刀号产生 T xx M6 的自动换刀指令。
半径补偿号：当轮廓铣削时设置机床控制器刀补为左（右）补偿时，将在 NC 程序中产生 G41 D xx （ G42 D xx ）和 G40 的指令。
刀长补偿号：将在 NC 程序中产生 G43 H xx （ G44 H xx ）和 G49 的指令。
注：刀具号和补偿号可设置成不同的数值
（ 2 ）进给率：这里将赋予刀具在XY平面内的进给速度，在NC程序中产生 Fxxxx 指令。
（ 3 ） Z 轴进给率：赋予Z轴进刀切入时的进给速度。在NC程序中产生 Z__Fxxxx 指令。
注：提刀速度通常和快进速度相当（当后续设定为快速提刀时提刀速度无意义）
（ 4 ）刀具直径和刀角半径：刀具直径和刀角半径通常在选用刀具后自动产生，其数据的大小将直接影响刀路数据的计算。
当使用平底刀具时，刀角半径 =0 ；曲面加工用球刀，刀角半径 = 球刀半径；圆鼻刀的刀角半径 < 刀具半径。
（ 5 ）程序名称：即主程序番号。在 NC 程序中产生 O xxxx 的指令。若在某些方式的加工参数设定项中设定了使用子程序（副程式）的功能，则子程序番号将由系统自动产生。
（ 6 ）起始程序行号和行号增量：指生成 NC 程序中行首的 N 代码的起始号和行号增量。
注：若不需要输出 N 指令，需要修改后处理文件，或通过程序编辑器来消除。
（ 7 ）主轴转速：用以产生 NC 程序中 Sxxxx 指令。
（ 8 ）冷却液：用以在程序中相应加工起始位置添加 M08 （或 M07 ）、 M09 的自动开关冷却液的指令。
注：这里的关闭选项是指不生成 M07 （或 M08 ）、 M09 指令。并非指仅生成 M09 指令，M09 指令将由系统自动生成。
（ 9 ）机械原点：用来作为 G92 格式输出时其后所跟的起刀点坐标值。
（ 10 ）刀具面/构图面：系统默认情形下是按构图原点和程序原点重合来进行输出的，但在已经绘好图形，而生成程序时又想按另外的点为程序零点来输出时，可通过此处来重设工件原点。
若定义了一个新的工件原点的坐标如（ 5 ， 10 ， 8 ），则 NC 程序中所有的坐标点数据将相对于原始坐标数据进行如下换算
X = X – 5
Y = Y – 10
Z = Z – 8
注：此设置并不改变构图原点的位置，只是在 NCI 中提供一个数据换算的参考值。
（ 11 ）备刀点：
进刀点：进刀时刀具暂停的位置坐标点（起刀点—程序开始时刀具首先去的位置）
退刀点：退刀时刀具停止的位置点（终刀点—程序结束时刀具所在位置）
注：使用 G92 作批量加工时应注意备刀点的设置。
（ 12 ）杂项变数：
整变数的第一项用于设定 NC 程序中工件坐标系是用 G92 还是 G54 。 [0-1=G92, 2=G54's] 默认： 2 。
第二项用于设定生成的 NC 程序是用绝对 G90 还是相对 G91 的格式 [0=G90, 1=G91] 默认： 0 。
第三项用于设定自动返回参考点是用 G28 还是用 G30 代码[0=G28, 1=G30] 默认：0 。
2．关于轮廓铣削参数的设定
计算机刀补和机床（控制器）刀补：主要用于 2D轮廓铣削的刀径补偿。
计算机刀补是指生成 NC 程序时是将整个轮廓按刀补方向均匀地向外或向内偏移一个刀具
半径值后算出的刀心轨迹坐标，由此而产生的程序。
机床控制器刀补是指生成 NC 程序时还是按原始轮廓轨迹坐标生成程序，但在程序中相应的位置添加 G41 、 G42 、 G40 的刀补指令。
注：挖槽、钻孔及 3D 铣削时一般不用考虑刀径补偿的设定。
刀补位置：有刀尖和刀具中心两种选择。主要用于刀具长度 Z 方向的补偿设定，它仅影响球刀和牛鼻刀等成型刀的编程。
刀补路径优化：当电脑刀补关，而设定机床控制器刀补时，该功能有效。该功能可消除在刀路中小于或等于刀具半径的圆弧段，以防止过切。
寻找相交性：该功能也是用以在进行电脑刀补计算时防止过切刀路的产生。如外形轮廓中的窄槽部位、交叠部位等。和刀具转角设定一样，该功能只有在电脑刀补设定时才有效。
图 13-3 刀具转角设定
刀具转角设定：指在轮廓类铣削加工程序生成时，是否需要在图形尖角处自动加上一段过渡圆弧，主要针对于一些早期刀补功能还不完善的机床而设置的。对于刀补功能不完善的数控系统，当图形尖角较小时，其刀补结果可能会导致补偿轨迹超程，此时可以借助此刀具转角设定功能，设定为小于 135 o或所有尖角自动添加圆角，便可避免加工时出错的可能。本项设定的效果如图 13-3 所示。
线性误差： 3D 圆弧外形和曲线外形铣削时需要设定。线性误差是将这类外形用空间直线进行逼近计算的逼近精度。
最大深度偏差：只用于 3D 外形铣削。当对 3D 外形进行刀补计算时，两线接点处的补偿轨迹可能有所偏差而交接不上，在此可设定其交接的允许偏差。
图13－4深度分层和径向分次设定
毛坯余量：用以设定留给下一道工序的加工余量， XY 平面和 Z 深度方向是分开设置的。当前刀路是作为粗加工时需要设定，精加工时不需设定。
3 ．径向分次铣削和深度方向分层铣削
深度方向的分层和轮廓径向的分次设定的主要参数是粗切间距、粗切次数、精切间距（精修量）、精修次数等，其含义如图 14-4 所示。
另外还有：
不提刀：用以设定是否在每一层铣削完后都进行提刀动作，然后再下刀。
使用子程序：由于每一层铣削的轨迹都一样，采用子程序编程可大大简化程序量。
锥度：可设定带锥度加工。
深度分层生成程序时，精修次数和每次精修深度按设定值，粗切时每次切深度依据如下算法：
最终粗切 Z 值 = 最终 Z 深度 - 精修次数× 精修量
粗切次数≥ （上表面 Z 值 - 最终粗切 Z 值） / 最大粗切量 -- [ 圆整为整数 ] -- 每次粗切 Z 深度 = （上表面 Z 值 - 最终粗切 Z 值） / 圆整后的粗切次数
图13－5引入、引出矢量
4 ．引入引出矢量
引入、引出是用来设置下刀后从外部切入到工件内和加工完毕后将刀具引出到外部的过渡段，通常它也就是刀补加载和卸载的线段。当使用机床（控制器）刀补方式时，设置引入、引出矢量是获得合理的 NC 程序必不可少的内容。引入、引出矢量包括引入、引出线和弧以及连接方向等。如图 13-5 所示。
四、实训仪器及设备
（1）PC 机 1 台 / 人
（2）MasterCAM软件 1 套 / 台
图13－6刀路定义例图
五、实训内容及步骤
（ 1 ）、启动 MasterCAM 的 Mill 铣削模块
（ 2）、调出上次练习图进行轮廓铣削刀路定义训练
（ 3）、熟悉刀路定义参数设置
（ 4）、进行刀路模拟以验证刀路
1．轮廓铣削刀路定义训练一
调出图 13-6 所示零件，进行轮廓刀路定义练习。
点选“刀具路径” → “外形铣削”菜单，从右上角部开始逆时针方向串连，点“执行”后，在弹出对话框的空白区点鼠标右键，选择Φ 16 的平底立铣刀具，默认刀具及刀补号，设定进给率 800 ， Z 向进给率 400 ，程序号 1234 ，主轴转速 2200 ，冷却液为喷油，杂项变数的首项为 2 ，其余默认。
点“外形铣削参数”选项卡，安全高度不设，参考高度设为绝对 10 ，进给下刀高度为增量 5 ，快速提刀有效，工件表面为绝对 0 ，（最终加工）深度为绝对 -10.5 ，计算机补正方式、右偏置，刀尖位置，不走圆角，余量 0 。
点“深度分层”有效，并设定最大粗切量为 6 ，不精修，其余默认。
点“进 / 退刀矢量”有效，去除“封闭轮廓中心进 / 退刀”选项，其余默认。
点“确定”按钮，系统计算后即显示出刀具中心的轨迹线。
点选“工作设定”以进行毛坯定义，在对话框中点“使用毛坯边界”按钮，去除建立线、点选项， X 扩张 5 ， Y 扩张 7.5, 确定返回后可看到毛坯 X=130 ， Y=100 ，再将 Z 赋值为 10 ，确定即可。
点选“操作管理”菜单，在操作管理器对话框中选择所定义的外形铣削刀路，再点“实体验证”即可进行实体播放模式的模拟加工。先点播放控制条的第一个按钮进行参数设定，然后点选立方体毛坯形式、点“使用工作设定中的定义”按钮、点选刀具框的“显示实体”、“换刀暂停”、“更换刀具颜色”、“过切暂停”为有效，其余默认，确定后点播放控制条的第三个按钮“ ? ”即可开始刀路模拟；
若在操作管理器中点“刀路模拟”，回到菜单区点“自动执行”即可进行线架形式的刀路模拟，再按“ ESC ”键返回操作管理器。
若在操作管理器中点“后处理”，弹出对话框后确认后处理文件为“ MPFAN.PST ” , 点选“储存 NC 档”、“编辑”选项为有效，确定后即可生成并显示出 NC 程序。浏览一下 NC 程序内容，检查其中特征程序指令是否是按你进行刀路定义时所设定的 NC 参数来生成的。
回到操作管理器，点外形铣削刀路的参数，重新修改 NC 参数中的部分设定，如刀补方式、补正方向，深度分层中按子程序生成程序、 XY 分次切削设定等，分别再去进行实体验证、生成程序等操作，比较察看其中变化情况。
注：每次更改 NC 参数设定后，需要点“重新计算”按钮进行刀路重算。
刀路定义完成后对文件进行存档，刀路定义亦将同时保存。
图13－7拨叉零件
2．轮廓铣削刀路定义训练二
绘制或调出图 13-7所示拨叉零件进行轮廓铣削刀路定义。毛坯：50x28x15，轮廓铣削深度8mm。
工艺分析：拨叉轮廓最小凹圆弧半径为R3，因此精修时刀具直径应不大于Φ6 ，粗切削时可用较大的刀具，但右侧凹槽宽为10mm ，若整个轮廓一起粗切削时，刀具直径不得大于Φ10。
刀路设计：
方案 1 ：先采用Φ8 的刀具进行轮廓粗切， XY 方向仅分 2 次粗切，粗切间距 5 （无精修），留余量 0.25 ， Z 向精修 1 次，精修量 0.2 ，最大粗切深度为 3 ，（从 0~ -8mm ，大致需分 4 层），然后采用Φ5 的刀具进行轮廓精修，余量 0 ，XY 、Z 向均无分层。
方案 2 ：先采用Φ8 的刀具进行轮廓粗切， XY 方向分 2 次粗切，粗切间距 5 ，精修 1 次，精修量 0.25 （最后深度精修）； Z 向精修 1 次，精修量 0.2 ，最大粗切深度为 3 ，（从 0~ -8mm，大致需分4层）；然后采用Φ5 的刀具进行轮廓残料清角精修（不分层）。
加工参数：Φ8 的刀具号及补偿号 1 ， XY 进给率 600 ， Z 向进给率 400 ，程序号 2345 ，主轴转速 2800 ，开冷却液，引入 / 引出矢量：从右下角水平线开始顺时针串连，切向引入 / 引出，线长 15 ，引入弧半径 0 ；Φ5 的刀具号及补偿号 2 ， XY 进给率 300 ， Z 向进给率200 ，主轴转速 3200 ，开冷却液，引入 / 引出矢量：从右下角水平线开始顺时针串连，切向引入 / 引出，线长 2 ，引入弧半径 2 ，弧心角 90 ；
深度控制：以工件上表面为 Z0 ，参考高度为绝对值 10 ，进给下刀深度为增量值 5 ，加工表面为绝对值 0 ，最终加工深度绝对值 -8 。
刀径补偿：计算机或控制器刀补，补正方向：左偏，寻找相交性或优化设置。
刀路定义完成后，即可进行刀路模拟验证。然后进行后处理输出程序。
3 ．探索后置处理文件对程序生成的影响
针对上述轮廓铣削的刀路，简要探索修改后处理文件 MPFAN.PST 中的设置后，对程序生成的大致影响。
用写字板打开 MCAM9\MILL\POSTS\MPFAN.PST 文件，找到如下基本输出设置的内容 .
# --------------------------------------------------------------------------
# General Output Settings
# --------------------------------------------------------------------------
……
进行相应的修改后存盘，再重新生成 NC 程序，观察程序输出后的变化，以探索其影响。
1）omitseq程序行号的设置：默认设置为no，当omitseq的值为no时，Mastercam后处理NC 程序文件每行都会有行号。当omitseq的值为yes时，Mastercam后处理的NC程序文件将不输出行号。
2 ） breakarcs 是否分割圆弧输出的设置：默认为 0 ， [ 0 = no, 1 = quadrants, 2 = 180deg. max arcs] 即设为 0时，不分割圆弧，可整圆输出；设为1时按象限点分割圆弧，整圆则按4段弧输出；设为2时弧心角最大不超过180度，超过时按2段圆弧输出。
3）arcoutput圆弧半径输出格式的设置：默认设置为1，[ #0=IJK，1=R no sign，2=R signed neg.over 180。] 即设为0时，以IJK形式输出；设为2时，对弧心角超过180度时，R以负半径输出；设为1时，仅以无符号的R值输出，超过180度的弧将按象限点为界分段输出。
以下是其它设置项的大致含义，可根据需要，试着修改后观察程序输出变化状况。
sub_level : 1 # 允许自动子程序支持
arctype : 2 # 圆弧中心 1=abs, 2=St-Ctr, 3=Ctr-St, 4=unsigned inc.
arccheck : 1 # 检测小圆弧，转化为直线
atol : .01 #arccheck=2 时的角度公差
ltol : .002 #arccheck=1 时的长度公差
vtol : .0001 # 系统公差
maxfeedpm : 500 # 进给速度极限 ( 英寸 / 分钟 )
ltol_m : .05 #arccheck=1 时的长度公差，米制
vtol_m : .0025 # 系统公差，米制
maxfeedpm_m : 10000 # 进给速度极限毫米 / 分钟
force_wcs : yes # 每次换刀时强制输出 WCS
spaces : 1 # 各指令之间插入的空格数
seqmax : 9999 # 最大序号
stagetool : 0 #0 = 无预先备刀 , 1 = 预备刀具
use_gear : 0 # 输出齿轮交换代码 ,0=no,1=yes
max_speed : 6000 # 最大主轴转速
min_speed : 1 # 最小主轴转速
nobrk : no #Omit breakup of x, y & z rapid moves
progname : 1 # 使用大写字母表示程序名
max_arc : 50000 # 机床允许的最大圆弧半径
六、注意事项：
（ 1 ） 2D 刀路练习时绘制的图形最好是简单的 2D 线条，不需要绘制 3 维线框或实体，以免串连时出现歧点。若有尺寸标注，最好将其放置在不同层上。
（ 2 ）若外形串连时封闭状况不好，应检查是否有重复线条或交接状况，对用镜象、旋转等变换操作获得的图形更应注意。
（ 3 ）修改后置处理文件前最好先进行备份，以防出错后不能正常使用。
七、实训报告要求：
（ 1 ）选择填空：
1 、刀路定义对话时，若将 NC 共同刀具参数中杂项整变量的首项设为
2 ，则生成 NC 程序时采用（）作为工件坐标系指令，若将第二个变量设为 1 ，则生成 NC 程序时各坐标数据采用（）指令格式的（）坐标值。
a ） G92
b ） G54
c ） G50
d ） G90
e ） G91
f ）增量
g ）绝对
2 、在 MasterCAM 中，进行 2D 轮廓铣削、挖槽等刀路定义时，需要对那些首尾相接的图素轮廓或边界进行选择，这一操作称之为（），若只想对某一封闭轮廓的局部首尾相接的图素进行选择，应选用（）操作。
a ）窗选
b ）串连
c ）单一选择
d ）部分串连
e ）区域选
3 、 Master CAM 操作管理窗口下有不同的仿真方式，其中具有立体逼真加工效果的是（）操作，能进行加工时间予估算的是（）操作。若对已有刀路进行过参数修改，必须进行（）操作
a ）重新计算
b ）刀路模拟
c ）实体验证
d ）后置处理
4 、定义轮廓铣削刀路参数时，若要按轮廓尺寸生成程序，且在程序中含有 G41/G42 的指令代码，应选择（）刀补方式，若要按轮廓以刀具半径作偏移，直接得到刀具中心轨迹的程序，应选（）刀补方式。若以 8mm 的刀具加工一个宽 8mm 的线槽，在选择槽宽中心线轮廓后，应选择（）刀补方式。用轮廓铣削方式刻写单线字时，也应选（）刀补方式。
a) 刀补关 b) 计算机 c) 控制器 d) 两者（计算机和控制器）
（ 2 ）画图分析说明进行挖槽、铣轮廓刀路定义时，关于深度分层、设置各参数的含义。若工件上表面为 Z=0 ，底部深度为 -20 ，最大粗切深度为 5 ，精修 2 次，每次精修深度 0.25 ，那么 MasterCAM 生成程序时每次的 Z 深度分别是多少？（要求写出算法）
（ 3 ）在 MasterCAM 的 Mill 模块中对图示零件进行轮廓外形刀路定义练习，写出刀路设计思
路。