第9章四轴加工刀具路径四轴加工是在三轴的基础上加上一个回转轴，因此，四轴加工可以加工具有回转轴的零件或沿某一轴四周需要加工的零件。
CNC机床中的第四轴可以是绕X、Y或Z轴旋转的任意一个轴，通常是用A、B或C表示，具体是哪根轴是根据机床的配置来定的。
MasterCAM只提供了绕A或B轴产生刀具路径的功能，当机床是具有C轴的四轴CNC机床时，可以用绕A或B轴产生四轴刀具路径的方法产生刀具路径，通过修正后处理程序，可以生成具有C轴的四轴CNC机床的加工代码，由于后处理程序的设计比较复杂，本书没有涉及，如果读者有这方面的需求，可与本书作者联系。
本章将以一个实例介绍一个典型四轴加工零件的设计方法，说明绕A或B轴产生四轴粗加工和精加工刀具路径的方法和操作步骤，此实例为加拿大滑铁卢大学（University of Waterloo, Canada）心理学系一个项目中的实际加工零件。
9.1 四轴加工零件的设计此零件的线框轴测图如图9-1a所示，图9-1b是经过渲染后的图形，此零件的特征为其中心线是一曲线，如图9-1a中的S1所示，在曲线上任意一点的正交面上是一个圆，曲线上任意一点的切线垂直于该正交面，在零件两端，圆缩为两点，被加工曲面是由无数个正交面上的圆包络而形成。
图9-1通过此例可以学习应用多个坐标系设计零件以及用举升方法产生类似形状曲面的方法。
步骤一基本设置层(Level)：1颜色(Color)：绿色(10)线型(Style)：实线(Solid)线宽(Width)：2绘图面(Cplane)：前视图（F）视图面(Gview)：前视图（F）Z向深度控制：0按功能键F9，在屏幕上建立工件设计坐标系。
步骤二绘制一系列点（共17点）选择主菜单(Main Menu)-绘图(Create)-点(Point)-位置(Position)通过键盘依次输入点坐标。
输入第1点：-80，0 回车输入第2点：-73.848，2.918 回车输入第3点：-67.63，5.692 回车输入第4点：-61.349，8.32 回车输入第5点：-55.008，10.801 回车输入第6点：-48.611，13.133 回车输入第7点：-42.162，15.316 回车输入第8点：-35.663，17.347 回车输入第9点：-29.224，19.198 回车输入第10点：-22.277，20.439 回车输入第11点：-19.181，20.567 回车输入第12点：-17，20.5 回车输入第13点：-12.389，19.939 回车输入第14点：-7.892，18.771 回车输入第15点：-3.828，17.133 回车输入第16点：-1.726，16.01 回车输入第17点：0，15 回车按下Esc键，结束绘制点操作，得到绘制的17个点，如图9-2所示。
MasterCAM四轴教程MasterCAM是一套CAD/CAM软件，该软件具有强大的计算机辅助设计和计算机辅助制造功能，集工件的二维几何图形设计、三维曲面设计、刀具路径模拟和加工实体模拟等功能于一身，在多轴加工中，表现也尤为出色，并提供友好的人机交互。
在4轴钻孔类零件中，常有一些成一定规律的孔系排列零件，如图1为喷水用螺旋套筒出水零件，该零件要求在φ52.73mm、长度为60mm的范围内钻150个φ5mm 的孔，孔螺旋分布，螺距为10mm，螺纹圈数为6。
Ma此零件如果采用手工编程，费时费力，如采用一般CAM软件编程，则需要有实体图，下面本文将介绍MasterCAM软件非常优秀的一个加工功能：旋转轴的“轴的取代”加工方法，采用“曲线”和“点”加工零件。
笔者的加工思路为：将零件螺旋线展开，因为150个φ5mm出水孔是在螺旋线上均布排列，因此可将展开后的螺旋线绘制为150个等分点(用MasterCAM等分画点功能很容易实现)，然后将4轴钻孔加工转换为二维钻孔加工，再通过旋转轴的“轴的取代”功能将二维钻孔转换为4轴钻孔刀路轨迹。
一、准备加工模型绘制螺旋曲线展开线：如图2所示，动点A旋转1周沿轴向移动的距离AC称为导程(T)。
将圆柱表面展开，螺旋线随之展成为一倾斜直线，该倾斜直线为直角三角形的斜边，底边为圆柱底圆的周长πd，另一直角边为导程T。
图2为圆柱螺旋线的两面投影图。
具体到本例中，螺纹圈数6，则螺旋线缠绕6周的长度为L=π×d×n=3.14159×52.73mm×6=993.937mm。
宽度为：H=T×n=10mm×6=60mm。
其中，d为圆柱外径，n为螺旋圈数，T为螺旋的螺距。
由L(长度)、H(宽度)可得到一矩形，根据零件加工时的装夹方向，该矩形的长和宽正好相反，即：矩形长度为60mm，高度为993.937mm。
矩形及点的绘制方法如下。
1 4.1 加工任务概述加工任务概述加工任务概述加工任务概述利用图4-1 所示的“福”字图片，通过Mastercam 的四轴加工功能得到笔筒造型。
具体步骤如下：1）把图片中的“福”字转化成Mastercam 可读入的Autodesk 格式，或利用Mastercam9.1 自带的功能，直接可以把图片格式转换成线条。
2）经过编辑后，得到我们加工笔筒所需要的线条图形，再把图形缠绕在直径为95mm 的圆筒上3）通过Mastercam 的四轴加工功能得到笔筒造型。
图图图图4-1 未编辑前的福字为图片格式未编辑前的福字为图片格式未编辑前的福字为图片格式未编辑前的福字为图片格式经过图片转换，再加上修饰花边，加工后即为如图4-2 效果。
多轴数控设备实训丛书多轴数控设备实训丛书多轴数控设备实训丛书多轴数控设备实训丛书————四轴加工四轴加工四轴加工四轴加工 2 图图图图4-2 经过图片转换经过图片转换经过图片转换经过图片转换、、、、修饰后的加工效果修饰后的加工效果修饰后的加工效果修饰后的加工效果 4.2 工艺方案工艺方案工艺方案工艺方案笔筒的加工工艺方案如表4-1 所示。
1））））工艺设计工艺设计工艺设计工艺设计表表表表4-1 笔筒的加工工艺方案笔筒的加工工艺方案笔筒的加工工艺方案笔筒的加工工艺方案工序号工序号工序号工序号加工内容加工内容加工内容加工内容加工方式加工方式加工方式加工方式机床机床机床机床刀具刀具刀具刀具夹具夹具夹具夹具10 下料φ100×120 20 车：车外圆及长度至尺寸车卧式车床30 车：车内孔至尺寸车卧式车床40 铣：铣福字图案铣立式加工中心雕刻刀（或1mm 中心钻）专用心轴笔筒毛坯如图4-3 所示，材质为铝镁合金5050。
在实际加工中，毛坯已没有夹持余量，不可能再用三爪夹持笔筒外圆的方法加工，但可设计一阶梯芯轴，用三爪夹持心轴，找正后，把笔筒套入芯轴，并用顶尖顶牢，由于实际加工过程中，切削力很小，笔筒内孔与芯轴之间为精密配合，顶尖顶牢后，预紧力完全满足加工切削力的要求。
