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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91a
所示，图91b
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91a
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91
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）
第9 章四轴加工刀具路径165
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92
所示。
步骤三绘制样条曲线
设置：
关闭坐标显示
选择主菜单(Main Menu)
绘图(Create)
样条曲线(Spline)
自动(Automatic)
用鼠标依次拾取图92
中的第1 点P1，第2 点P2 和最后一点P17，则得到图93
中的
S1，按下Esc 键，结束绘制样条曲线操作。
图92
图93
步骤四绘制样条曲线的垂直线
在样条曲线S1 上选择8 个点，如图94
上的P1～P8，绘制过这8 个点垂直于样条曲线
的垂线。由于绘制8 条垂线的方法相同，这里只给出绘制过P1 点垂直于样条曲线的垂线的
166 MasterCAM 进阶功能剖析
方法。
图94
1. 选择主菜单(Main Menu)
绘图(Create)
直线(Line)
垂线(Perpendicular)
点(Point)
2. 用鼠标拾取图94
中的样条曲线S1，再拾取图94
中的点P1；
3. 通过键盘输入垂线长度10（注：过P1、P2、P7 和P8 的垂线长度为10，过P3、P4、
P5 和P6 的垂线长度为15），按下回车键，得到如图95a
所示的垂线L1；
4. 用鼠标拾取图95a
中直线L1 上的P2 点，则样条曲线S1 上面部分的直线保留，得到
图95b
。
图95
按照相同方法可以绘制过P2～P8 点垂直于样条曲线的垂线，如图96
所示。
图96
步骤五绘制过8 个点的水平线
绘制过图94
中P1～P8 这8 个点的水平线。由于绘制8 条水平线的方法相同，这里只给
出绘制过P1 点水平线的方法。
设置
绘图面(Cplane)：俯视图（T）
视图面(Gview)：轴测图（I）
Z 向深度控制：8.320（注：绘制过P2～P8 这7 个点的水平线时，Z 向深度控制的数值
不同）
“Z 向深度控制”设置方法为：
用鼠标单击辅助菜单区的“Z 向深度控制”按钮，再拾取图94
中的P1 点。
选择主菜单(Main Menu)
绘图(Create)
直线(Line)
垂直线(Vertical)
用鼠标拾取图94
中的P1 点，拾取图97
中任意一点P2，在信息交互区出现P1 点的X
坐标值，默认X 坐标值，按下回车键后，得到图97
中的直线L1。
第9 章四轴加工刀具路径167
图97
图98
用相同方法可以绘制过P2～P8 点的水平线，图98
所示。
步骤六重新建立八个坐标系
在图94
中，P1～P8 这8 个点上，分别建立8 个坐标系，名称分别为GouQi1，GouQi2，…，
GouQi8，每个坐标系的Z 轴为过该点的样条曲线的切线方向，XY 平面为过该点且与该点切
线垂直的平面。
由于8 个坐标系的建立方法相同，这里只给出建立过图94
中，P1 点坐标系GouQi1 的
方法。
1. 用鼠标单击辅助菜单区的“绘图面(Cplane：)”；
2. 用鼠标单击主菜单区的“图素（Entity）”；
3. 用鼠标分别拾取图99
中的直线L1 和L2，在绘
图区同时出现X、Y 和Z 三个坐标轴，如图99
所示；
4. 用鼠标单击主菜单区中的“存储（Save）”；
5. 用鼠标单击辅助菜单区的“绘图面(Cplane：)”；
6. 用鼠标单击主菜单区的“下一菜单（Next menu）”；
7. 用鼠标单击主菜单区的“ 存储名称（ Save
named）”；
8. 进入“定义视图名称（Named View Definition）”对话框，输入名称GOUQI1 后，如
图910
所示；
图910
9. 用鼠标单击图910
中的“选择（Select）”按钮；
10. 用鼠标拾取图94
中的P1 点，出现一确认对话框，如图911
所示，单击“是（Y）”
按钮；
图99
168 MasterCAM 进阶功能剖析
图911
11. 回到图910，
但是，原点坐标发生了变化，如图912
所示；
图912
12. 用鼠标单击图912
中的“OK”按钮，至此一个坐标系定义完毕。
其余GOUQI2 至GOUQI8 七个坐标系的建立，可用建立坐标系GOUQI1 的方法创建。
步骤七分别在八个坐标系的原点绘制圆
在八个坐标系的原点绘制圆的方法相同，这里只给出在坐标系GOUQI1 中，绘制圆的方
法。
设置
绘图面(Cplane)：俯视图（n9）（注：此时的俯视图为GOUQI1坐标系中的俯视图）
视图面(Gview)：轴测图（I）
Z 向深度控制：0
进入GOUQI1 坐标系中俯视图的方法为：
1. 用鼠标单击辅助菜单区的“绘图面(Cplane：)”；
2. 用鼠标单击主菜单区的“下一菜单（Next menu）”；
图913
3. 用鼠标单击主菜单区的“读取坐标系名称（Get named）”；
4. 进入“坐标系列表框（Named View List）”，如图913
所示，选取坐标系GOUQI1，
第9 章四轴加工刀具路径169
用鼠标单击图913
中的“OK”按钮，则绘图面为GOUQI1 坐标系中的俯视图。
在坐标系GOUQI1 中绘制圆的方法为：
选择主菜单(Main Menu)
绘图(Create)
圆弧(Arc)
圆心加直径圆(Circ pt+dia)
通过键盘
输入直径：10 回车
输入圆心坐标：0，0 回车
按下Esc 键，结束绘制圆操作，得到图914
。
在坐标系GOUQI2～GOUQI8 中绘制圆的方法，可参照在坐标系GOUQI1 中，绘制圆的
方法，相同的设置为：
Z 向深度控制：0
圆心坐标：0，0
不同的为：
直径分别为15、21、22、20、16、10 和5mm，绘制完毕后的效果，如图915
所示。
图914
图915
步骤七绘制举升曲面
设置
绘图面(Cplane)：俯视图（T）
层(Level)：3（层名：Loft surface）
1．选择主菜单(Main Menu)
绘图(Create)
曲面(Surface)
举升(Loft)
连接(Sync)
2．进入“连接模式（Sync Mode）”对话框，选择按照图素连接，如图916
所示，用鼠
标单击图916
中的“OK”按钮；
图916
3．用鼠标单击主菜单区的“点（Point）”，并拾取图915
中的端点P1；
4．用鼠标依次拾取图915
中的8 个圆C1～C8，串接的起始点位置要相同，本例中选择
为图915
中的P1～P8 点，8 个圆串接的方向也要相同；
5. 用鼠标单击主菜单区的“模式（Mode）”，再单击“点（Point）”，并拾取如图915
中
的端点P10；
6. 用鼠标单击主菜单区的“Done”，结束串接操作；
170 MasterCAM 进阶功能剖析
7. 用鼠标单击主菜单区的“精度（Tolerance）”，通过键盘输入精度值0.01，按下回车键；
8. 用鼠标单击主菜单区的“执行（Do it）”，得到图917；
图917
9. 按下键盘上的Esc 键，结束绘制曲面操作。
步骤九存储文件
文件名为：Ch9_1_12.MC8
9.2 四轴粗加工刀具路径的生成
本例中粗加工分三部分进行，以下为其生成刀具路径的步骤。
步骤一读入文件
文件名为：Ch9_1_12.MC8
步骤二选择粗加工方法
设置
绘图面(Cplane)：轴测图（I）
选择主菜单(Main Menu)
刀具路径(Toolpaths)
多轴加工(Multiaxis) (
Multiaxis) -带旋转轴四轴加工
(Rotary4ax)
所有(All)
曲面(Surfaces)
完成(Done)
图918
步骤三刀具选择
第9 章四轴加工刀具路径171
进入“带旋转轴四轴加工刀具参数设置”对话框，选择直径为10mm的球铣刀，设置完毕
后，如图918
所示。
步骤四多轴参数设置
用鼠标单击图918
上部的“多轴参数（Multiaxis parameters）”选项卡，进入“多轴参数设
置”对话框，设置完毕后，如图919
所示；
图919
步骤五旋转轴设置
用鼠标单击图919
中的“第4轴（4th axis）”按钮，进入“第四轴（4th Axis）”对话框，设
置完毕后，如图920
所示，单击图920
中的“OK”按钮，回到图919
。
图920
图921
172 MasterCAM 进阶功能剖析
步骤六带旋转轴四轴加工参数设置
用鼠标单击图919
上部的“带旋转轴四轴加工参数（Rotary 4ax parameters）”选项卡，进
入“旋转轴第四轴设置（Rotary 4 Axis）”对话框，设置完毕后，如图921
所示。
步骤七生成带旋转轴四轴加工刀具路径
用鼠标单击图921
中的“确定”按钮，则生成带旋转轴四轴加工刀具路径，如图922
所示。
图922
以下为生成第二个带旋转轴四轴粗加工刀具路径的方法。
步骤八进入“操作管理”对话框
同时按下Alt键和字母O键（Alt+O），进入“操作管理”对话框，如图923
所示。
图923
步骤九复制刀具路径
1. 将鼠标光标移至图923
中刀具路径1（1Rotary
4 Axis）处，单击鼠标；
2. 按住鼠标右键向下拖动至刀具路径1中的任意项处，松开鼠标右键，得到弹出式菜单，
如图924
所示；
图924
第9 章四轴加工刀具路径173
3. 用鼠标单击“拷贝置后（Copy after）”，则得到图925
。
图925
步骤十第二个带旋转轴四轴粗加工参数设置
1．用鼠标单击图925
中刀具路径2中的第1项，即参数（Parameters）项，则进入图918，
单击图918
上部的“多轴参数（Multiaxis parameters）”选项卡，进入“多轴参数设置（Multiaxis
parameters）”对话框，改变在加工表面残留加工余量（Stock to leave on drive surfaces）的设置，
由原来的10.0，改变为5.0；
2．用鼠标单击图918
中的“确定”按钮，则回到图925
。但是，此时刀具路径2第4项前
有一红色叉号，用鼠标单击图925
右上部的“重新生成刀具路径（Regen Path）”按钮，则系
统按照新的设置重新生成刀具路径。
生成第三个带旋转轴四轴粗加工刀具路径的方法与生成第二个带旋转轴四轴粗加工刀
具路径的方法完全相同，唯一的区别是生成第三个带旋转轴四轴粗加工刀具路径时，“多轴参
数设置（Multiaxis parameters）”对话框中，加工表面残留加工余量（Stock to leave on drive
surfaces）的设置为1。
9.3 四轴精加工刀具路径的生成
四轴精加工刀具路径的生成方法与四轴粗加工刀具路径生成方法相同，都是采用带旋转
轴四轴加工方法，只是切削参数有所不同，因此，也可以用生成第2个和第3 个粗加工刀具路
径的方法生成四轴精加工刀具路径，其与粗加工的不同点为：
1. 选择直径为5mm球铣刀；
2.“多轴参数设置（Multiaxis parameters）”对话框中的加工表面残留余量（Stock to leave on
drive surfaces）的设置为0；
3. “带旋转轴四轴加工参数（Rotary 4ax parameters）设置”对话框的设置如图926
所示；
4. 仿真结果如图927
所示。
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文件名为：Ch9_2_1.MC8
174 MasterCAM 进阶功能剖析
图926
图927
