基于MasterCAM 9.1的曲面加工編程實(shí)例

蔡紅軍，謝敏嬋

(陜西烽火電子股份有限公司，陜西 寶雞 721006)

Mastercam是美國(guó)CNCSoftware NC公司開發(fā)的CAD/CAM一體化軟件。其對(duì)計(jì)算機(jī)硬件要求不高，界面友好，操作靈活，易學(xué)易用，能快速投入使用并取得效益，因此成為機(jī)械加工制造行業(yè)，特別是一些中小型公司應(yīng)用普遍的流行軟件。

MasterCAM曲面加工又稱三維刀具路徑。針對(duì)復(fù)雜的曲面外形，MasterCAM9.1提供了多種曲面粗加工和多種曲面精加工功能用于加工曲面。根據(jù)零件形狀尺寸選取合適的加工方法與切削參數(shù)是曲面零件加工的關(guān)鍵，加工方式選擇的好壞會(huì)直接影響到加工效率和加工質(zhì)量。下面以某檢測(cè)設(shè)備中某鈦合金零件曲面部分加工為例，闡述MasterCAM9.1曲面加工編程的一般步驟及些許技巧。

1 加工編程準(zhǔn)備

（1）毛坯和設(shè)備的準(zhǔn)備。零件毛坯為250mm×167mm×42mm的鈦合金長(zhǎng)方體，已按圖紙銑好外形和基準(zhǔn)面。CNC加工設(shè)備選擇采用FUNUC-I0系統(tǒng)的立式銑加工中心，配備臺(tái)虎鉗及相關(guān)工具。

（2）零件實(shí)體模型的準(zhǔn)備。按照?qǐng)D紙，使用拉伸建立實(shí)體、拉伸切割實(shí)體完成零件實(shí)體初步建模，在通槽邊沿棱角處倒圓角R1.5即完成零件實(shí)體的加工建模（如圖1）。或者通過其它格式轉(zhuǎn)換，將已完成的零件實(shí)體模型導(dǎo)入MasterCAM 9.1。

圖1 零件實(shí)體建模

然后，通過創(chuàng)建實(shí)體邊界生成零件邊界曲線，以備后續(xù)加工需要。

2 加工編程

曲面加工一般都是先采用曲面粗加工的方式對(duì)零件曲面進(jìn)行去除余量切削，然后采用曲面精加工的方式對(duì)零件曲面進(jìn)行精細(xì)加工，最終達(dá)到設(shè)計(jì)圖紙要求。其中二維加工不作詳細(xì)闡述，重點(diǎn)探討曲面的加工。

（1）R20與相切面曲面粗加工。曲面粗加工是為了盡可能快地將曲面工件從毛坯中分離出來。選擇使用Φ80銑刀盤，執(zhí)行如下步驟（采用等高外形銑Contour）：

選取實(shí)體所示曲面部分，“確定”后，彈出如圖2-1所示對(duì)話框，具體切削參數(shù)可參照?qǐng)D2-2、圖2-3所示或根據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)選取。應(yīng)在加工條件允許的條件下，優(yōu)化粗加工的切削參數(shù)，盡量縮短加工時(shí)間，提高加工效率。

“確定”后，點(diǎn)擊主菜單上的“操作管理”即可執(zhí)行刀具路徑模擬、實(shí)體切削驗(yàn)證和后處理等。在此不作切削驗(yàn)證。

（2）R20與相切面曲面精加工。曲面精加工是為了精確地將三維模型的曲面形狀表現(xiàn)出來，其走刀形式是在三維曲面的表面作單層單次走刀。

此例中，曲面精加工的方式與粗加工基本相同。所不同的是：采用Φ24的R6的圓角刀，主軸轉(zhuǎn)速提升為4000r/min，走刀速度為400mm/s，無預(yù)留量；優(yōu)選精加工中的平行銑削Parallel（若采用曲面精加工的等高外形銑，加工完成后發(fā)現(xiàn)在曲面部分表面粗糙度很差，難以達(dá)到圖紙要求。）；加工參數(shù)與粗加工也有較大區(qū)別：加工精度由粗加工的0.025提高至0.01，R20圓弧面部分最大切削間距為0.2mm，與R20圓弧面相切部分平面最大切削間距為8.4mm?？梢愿鶕?jù)個(gè)人加工經(jīng)驗(yàn)優(yōu)化切削參數(shù)，盡量提高曲面的加工質(zhì)量。

圖2-1 刀具設(shè)置

圖2-2 切削參數(shù)設(shè)置

圖2-3 切削參數(shù)設(shè)置

“確定”后，選取主菜單上的“操作管理”執(zhí)行刀具路徑模擬和實(shí)體切削驗(yàn)證。本例經(jīng)切削驗(yàn)證后的加工效果如圖3。背面使用相同加工方法即可。

圖3 曲面切削驗(yàn)證

至此，鈦合金振頭整體輪廓已加工完成，剩下4處跑道形通槽及其邊沿R1.5等待加工。

（3）4處通槽及其周邊R1.5的加工：①4處通槽的加工。4處跑道形槽為4處8mm×81mm，兩端直徑為8 mm的封閉曲線輪廓，如圖4所示。加工前預(yù)先生成4處槽邊沿8處圓角R的中心，連接8處圓心，生成4條直線段。

圖4 4處跑道形通槽

加工時(shí)首先使用Φ9.8鉆頭在8處圓心鉆下刀孔，然后選取Φ10銑刀銑通槽（4條直線段即為刀具軌跡）。此處為二維平面加工，不做贅述，加工驗(yàn)證后的效果也不作演示。②單面4處R1.5（共兩面8處）的加工。此處需要在4處通槽周邊加工出R1.5，特別是其中部分R1.5在R20大曲面上，加工時(shí)極容易出現(xiàn)過切現(xiàn)象，成為加工重點(diǎn)與難點(diǎn)。經(jīng)多次嘗試，最終確定如下工藝方案:首先采用曲面加工中的流線銑Flowline（或平行銑）加工R20曲面以上平面處的一個(gè)槽邊沿處R1.5，然后采用曲面加工中的流線銑加工同一個(gè)槽R20曲面上及R20曲面以下部分處的R1.5。可選擇采用Φ6(或Φ8)球銑刀作為加工刀具，建議選用Φ6球銑刀。

單槽總的加工步驟是：

最后將單槽的加工軌跡按圖紙尺寸（X52；Y0）進(jìn)行陣列即可。切削刀具、切削參數(shù)分別參照?qǐng)D5-1、5-2、5-3所示或根據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)選取和設(shè)定。

最終經(jīng)過切削驗(yàn)證后，加工效果如圖5-4。背面使用相同加工方法即可。

圖5-1 切削參數(shù)設(shè)置

圖5-2 切削參數(shù)設(shè)置

圖5-3 切削參數(shù)設(shè)置

3 后處理

當(dāng)完成上述步驟，檢查確認(rèn)所產(chǎn)生的刀軌后，即可生成最終需要的機(jī)床程序了。讀者可根據(jù)實(shí)際機(jī)床加工情況一次生成一個(gè)或多個(gè)機(jī)床程序。依次在主菜單中選取 “刀具路徑”、“操作管理”，選擇所彈出對(duì)話框中Φ80銑刀盤粗加工與Φ24的R6的圓角刀精加工R20兩部分操作，“執(zhí)行后處理”，可根據(jù)機(jī)床系統(tǒng)方式 “更改后處理程式”。 FUNUC-IO系統(tǒng)數(shù)控加工中心即用MPFAN.PST程式，無需改動(dòng)。點(diǎn)取“確定”后，根據(jù)實(shí)際需求選取所需參數(shù)，執(zhí)行 “確定”，即可產(chǎn)生R20曲面部分的粗加工與精加工程序。

圖5-4 切削驗(yàn)證

同樣方法，選取所需刀路，即可生成4處通槽及其周邊R1.5的加工部分的程序。

4 結(jié)語

MasterCAM是一款功能強(qiáng)大的CAD/CAM一體化軟件，幾乎可以完成常規(guī)的所有簡(jiǎn)單和復(fù)雜形狀零件的加工，因而在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)得到廣泛學(xué)習(xí)和應(yīng)用。以上所介紹的MasterCAM 9.1的應(yīng)用技術(shù)，針對(duì)實(shí)際加工生產(chǎn)，對(duì)廣大MasterCAM用戶普遍適用。其中某些工藝思路，只是對(duì)MasterCAM曲面加工方法的簡(jiǎn)單探討，是實(shí)際生產(chǎn)中的一些真實(shí)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，希望能起到拋磚引玉的作用。讀者可根據(jù)自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過學(xué)習(xí)掌握MasterCAM軟件的各種加工方式及特點(diǎn)，自行確定加工工藝和切削參數(shù)，編寫出合理的機(jī)床程序。

[1]何富源.機(jī)械加工工藝手冊(cè)(第3卷)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992.

[2]何滿才.Pro/ENGINEER模具設(shè)計(jì)與Mastercam數(shù)控加工[M].北京：人民郵電出版社，2005.

[3]李云龍，曹巖.Mastercam 9.1數(shù)控加工實(shí)例精解[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.