原创《基于Moduleworks组件的多轴编程软件刀路编制方法》
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以叶轮零件为例,对比了3 种以Moduleworks 为内核的常用多轴加工软件.这些CAD\CAM 三维软件多轴加工模块功能较为齐全,能通过控制刀轴矢量、投影方向和驱动方法来实现多轴加工.虽然软件平台不一样,但其多轴刀具轨迹的生成原理都是基于投影法而产生的.
一、概述
Moduleworks 是德国Moduleworks 公司的一款CAD/CAM 组件总称.包含防碰撞、后处理、模拟、全方位的组件放置及质量优化等等.通过模型固定区域的角度参数限制刀具姿态,可以有效地提高刀具路径的灵活性和可控性.市面上50% 的CAD\CAM 软件如Cimatron、Siemens NX、MasterCAM、CAXA、EdgeCAM 等多轴编程模块都使用了该组件.而该组件生成多轴刀路的核心原理就是投影法,所以只要理解了该组件的投影原理,就能在上述任意一个软件平台上编制出相同的刀具轨迹.
二、投影原理
1. 投影法
光线照射物体时,可在预设的地面或墙面上产生影子,经反复观察研究,总结出了投影法.投射线通过物体,向预定的面投射,并在该面上得到影像的方法称为投影法.常用的投影法可分为两类：中心投影法（图1中a）和平行投影法（图1 中b、c）.
2.Moduleworks 的投影规则
由投影法可知投影五要素分别为：投射中心（投射源）、投射线、物体（被投射对象）、投影面及投影（图1、图2）.结合Moduleworks 后得出：投射源与投射物体重合,可以是点、线或矢量；投射线是刀具轴线,箭头指向刀尖；投影面是待加工曲面；投影范围则可以通过选择某条边界作限定.改变上述任意一个参数即可改变投影结果,因此需要谨慎设计上述五个参数.
三、Cimatron13 平台的多轴刀路
以某叶轮零件为例（图3）,其叶轮主要特征有：叶冠、叶片、流道和根部圆角.本文仅介绍叶片及流道的精加工刀具路径策略,均采用【5X Production】策略下的【Pro】方式进行编制,参数设置对话框如图4 所示.
1. 叶片
图5 是较为理想的叶片加工刀具轨迹.该刀具轨迹可被定义为：将球刀刀尖点（被投射对象）按流道底面即轮毂的曲率,沿轮毂的法线方向层层（按一定层数）投影至叶片曲面（到叶片表面的距离为刀具半径+ 余量）,同时刀轴不能与其他部位发生干涉.
由此可知,需要设置的主要参数有：叶片作为驱动面（投影面）；轮毂作为引导面；按数量决定层数或按叶片高度决定层数（投影范围）；刀轴（投射线与投射源）按引导曲面的标准方向侧倾一定角度避开叶片；设置干涉检查以双重保险.
2. 流道
图6 是较为理想的流道加工刀具轨迹.该刀具轨迹亦可被定义为：将球刀刀尖点（被投射对象）按左右两叶片面的几何形态投影至轮毂,同时刀轴不能与其他部位发生干涉.
由此可知,需要设置的主要参数有：轮毂作为驱动面（投影面）；左右两叶片曲面作为仿形面；按数量决定层数或按叶片高度决定层数（投影范围）；刀轴（投射线与投射源）按【相对铣削方向的倾斜】,侧倾定义为【垂直于每个位置上的铣削方向】,设置干涉检查使刀杆避开叶片.
四、其它常用软件平台的对比
1.CAXA 制造工程师软件平台
CAXA 制造工程师软件是一款国产CAD\CAM 软件, 该软件2015R1 版本中的多轴加工模块也使用了Moduleworks 组件.虽然在干涉检查方面没有Cimatron 软件完善,但是该软件对计算机性能要求极低,且只要合理地设置了各项参数,也能安全合理高效地编制出多轴刀具路径.
同样以上述叶轮零件为例,在该软件平台中可生成与Cimatron 软件中同样的刀具路径,使用【五轴限制面加工】策略可以编制出叶片加工刀具路径如图7 所示,使用【五轴平行面加工】策略可以编制出流道加工刀具路径如图8 所示.其参数设置对话框的主要区别在第10 个标签【几何】如图9所示,不同的刀路策略有不同的选项.参数设置原理方法同Cimatron 一致,只是对话框布局有所不同.
2.Siemens NX10.0（UG）软件
在Siemens NX10.0 软件中,可以用【mill_multi-axis】中的【Counter Profile】策略来实现与上述两种软件类似的刀路.但该方式生成刀具路径时需要设置的参数多、计算时间长.另外该策略中只能定义顺铣或逆铣,故切削叶片等非闭合曲面时每层都有进退刀的动作.如图10 所示.
也可使用【mill_multi-axis】中的【Variable Countour】,通过设置驱动方式为【Streamline】,可以实现如图11 所示的流线轨迹,主要参数为框选的4 个选项：由上至下依次为切削区域（投影面）、驱动方式（投影范围）、投影矢量（投射线与投射源）和刀轴.
选择叶片曲面为切削区域后,在流线驱动方式参数对话框中可以通过自动方式自动判别驱动曲线,如图12 所示.
使用流线方式生成刀具路径方便快捷,轨迹生成速度快.通过设置刀轴侧倾角为75°能使刀杆避开叶片.但使用该方式加工本叶轮时,虽然设置了最大层高步距为0.2mm,由于叶片高度不一致,叶片两端刀具轨迹密度不一致,最终会致使叶片表面粗糙度不一致.刀具轨迹及加工结果如图13所示.流线方式也可以用于流道刀具路径编制,刀具轨迹及加工记过如图14 所示
五、结语
本文以某叶轮为例,介绍了基于Moduleworks 组件的3 种常用五轴编程软件的刀具路径策略.Moduleworks 内核功能强大,在各软件中该模块灵活易用,技术突出,可控性高,行业适应性强.使用该组件的软件平台在加工策略上有共通性,即使有部分区别,其产生的原因还在软件平台本身,如数据格式接口、参数化建模等CAD 功能是否强大,以及软件平台在开发时对该组件的优化程度高低有关.通过对该模块针对性地对比分析,可促进多轴加工从业者对编程软件的学习理解,有利于实践应用技能的提升.
软件论文参考资料：
结论,这篇文章为一篇关于对写作Moduleworks组件和编制和编程论文范文与课题研究的大学硕士、软件本科毕业论文软件论文开题报告范文和相关文献综述及职称论文参考文献资料有帮助。
