MasterCAM在輥刀刀刃加工中的應(yīng)用

喬　橋

?

MasterCAM在輥刀刀刃加工中的應(yīng)用

喬橋

（武漢紡織大學(xué) 機電工程與自動化學(xué)院，湖北 武漢 430073）

本文從數(shù)控銑削編程的基本要點、Mastercam基本銑削編程功能介紹、數(shù)控編程的基本流程、數(shù)控銑削編程的應(yīng)用等幾個方面總結(jié)出一些經(jīng)驗體會。結(jié)合輥刀加工實例，詳細闡述了MasterCAM在軟件自動編程過程中的設(shè)置過程，介紹了Mastercam后置處理程序的結(jié)構(gòu)、功能以及定制方法,同時也為輥刀加工過程提供了一些參考。

MasterCAM；輥刀加工；加工中心；參數(shù)設(shè)置

MasterCAM是由美國CNC Software NC公司推出的基于PC平臺上的CAD/CAM一體化軟件?？梢酝ㄟ^CAD模塊進行幾何圖形的繪制，然后通過CAM模塊編制刀具路徑，通過后處理轉(zhuǎn)換成ＮＣ程序，傳送至數(shù)控機床中進行加工。此外，它還可以模擬加工和計算加工時間，這樣可以節(jié)約很多時間，提高工作效率和加工精度[1]。

１　輥刀刀刃加工簡介及工藝過程

輥刀是一種常用的切割機械的主要切割部件。輥刀一般使用兩個輥子，其中一個有刀刃，另一個是帶軸的圓柱體，起砧板的作用，兩輥緊壓在一起，在異向運動的過程中，將通過其間的被切物按照輥刀上的刀刃形狀切成相應(yīng)的產(chǎn)品。如圖１所示，這就是一個輥刀實例。輥刀刀刃是先在圓柱體柱面上加工出一個具有要求形狀的墻體，再通過倒角使墻體頂端出現(xiàn)一個刃口的方式來形成的。輥刀刀刃剖切面示意圖如圖２所示，寬6ｍｍ的是墻體，高10ｍｍ的是內(nèi)輪廓和外輪廓的加工深度，70°為倒角的度數(shù)，這要求倒角刀為70°。理論上，倒角過后，墻體頂端應(yīng)該形成一條線，即刀刃。但實際加工過程中，一般留20～30個司即0.2～0.3ｍｍ以待后續(xù)處理的損耗。

圖1　輥刀實例照片

圖2　輥刀刀刃剖切面

２　二維加工零件圖

輥刀的柱面展開圖就是如圖3所示的平面圖形，這些產(chǎn)品一般都是左右對稱的，在平面作圖時，可先畫一邊，然后鏡像復(fù)制的方式畫出另一邊即可[2]。為了適應(yīng)實際生產(chǎn)需要，同時充分利用輥刀，一般要求輥刀旋轉(zhuǎn)一周可加工兩至三件產(chǎn)品甚至更多，這根據(jù)實際需要和產(chǎn)品的尺寸來決定。在平面上需要畫出相應(yīng)多個形狀相同尺寸一致的圖形。在平面作圖中，可先畫出一個圖形，然后通過平移復(fù)制的方式畫出其它圖形。首先將產(chǎn)品要求的圖形和尺寸用Mastercam畫出二維圖形。然后再進行相應(yīng)的加工參數(shù)設(shè)置。

圖3　輥刀柱面展開示意圖

３　程序編制中的參數(shù)設(shè)置

數(shù)控加工中心一般有四軸，X軸、Y軸、Z軸、A軸（或B軸或C軸）。加工這種輥刀零件比較適合在具有A軸或B軸的立式加工中心上進行。本文所用的是具有A軸的四軸加工中心ASV1050D/3，F(xiàn)anuc數(shù)控系統(tǒng)。其A軸軸面法向與X軸平行，在編制程序的時候需將A軸代替平面上的Y軸。在加工中心上，Z軸的位置固定在A軸的中心線上，故而Y的坐標(biāo)值相應(yīng)就可以固定下來。這樣將如圖3所示的圖形用于MasterCAM編程時，需將圖紙旋轉(zhuǎn)90度來畫，即其水平方向應(yīng)變成Y軸，垂直方向應(yīng)變?yōu)閄軸。

輥刀加工在加工中心上需要進行銑削和倒角兩個步驟，此外對輥刀的加工有內(nèi)外輪廓的不同，在加工編程過程中應(yīng)有所區(qū)別[3]。

首先是內(nèi)輪廓銑削，完成二維圖形的繪制后，Main Menu→Toolpaths→Contour→Chain，選擇圖形，注意方向的選擇，這與程序編制中刀具半徑補償?shù)淖笥业堆a以及實際加工中的順銑逆銑的設(shè)置相關(guān)。在MasterCAM中可以很方便地選擇方向和改變方向。選擇好要加工的圖形輪廓后，→Done，出現(xiàn)一個對話框如圖4左所示，在刀具參數(shù)頁面可以設(shè)置相應(yīng)的刀具直徑、程序名稱、主軸轉(zhuǎn)速、進給率、Z軸進給率、提刀速度、冷卻液等參數(shù)，此外還要根據(jù)需要選擇適合的機械原點，選中旋轉(zhuǎn)軸，點擊旋轉(zhuǎn)軸按鈕，彈出如圖4右所示的旋轉(zhuǎn)軸設(shè)定對話框，選擇軸之取代，取代Y軸，根據(jù)需要選擇順時針或者逆時針，輸入旋轉(zhuǎn)軸半徑，點擊確定即完成設(shè)置。

圖４　刀具參數(shù)設(shè)置及旋轉(zhuǎn)軸的設(shè)定

同時在外形銑削參數(shù)頁面里可以設(shè)置參考高度、進給下刀位置加工表面、補正等參數(shù)。根據(jù)之前選擇的刀具銑削路徑的方向來確定補正的左右。此外，可以在此設(shè)置進退刀向量、Z軸分層銑削、XY分次銑削、程序優(yōu)化等功能及參數(shù)。

其次是內(nèi)輪廓倒角，設(shè)置大致如內(nèi)輪廓銑削。不同之處在于外形銑削刀具參數(shù)中的刀具直徑、主軸轉(zhuǎn)速、程序號幾個參數(shù)，外形銑削參數(shù)和內(nèi)輪廓銑削一致。在倒角過程中設(shè)置的進給速度與加工材料和切削量相關(guān)，一般比銑削低20％～30％，主軸轉(zhuǎn)速也相應(yīng)地減少20％～30％。另外當(dāng)對刀具表面的光潔度有一定的要求的時候，在倒角這個工序中要注意順銑和逆銑。逆銑時切削較為平穩(wěn)，但表面光潔度不夠好，在切削量較大的時候采用。順銑時受力較小，可以在切削量較小的時候采用，適合精加工時使用，可以大大提高工件表面光潔度。

然后是外輪廓的銑削。由于兩個圖形之間的距離僅為6mm，在實際加工中如果使用大于6mm的刀具加工，那么在加工中心中就不能直接做兩輪廓之間的那部分。所以需要在兩圖之間畫一個過渡的路徑，在畫圖中可以通過倒圓角的方式來完成，圓角半徑根據(jù)加工中使用的刀具直徑和墻體寬度來確定，如墻體寬度為6mm，加工中使用Φ8立銑刀，那么圓角半徑應(yīng)該設(shè)置為（8+6）/2即7mm。因為這樣做可以最大地完成兩圖形之間的銑削，而不過切。如果兩個圖形之間的距離大于或等于8mm，就可以直接同內(nèi)輪廓加工一樣的方法來加工外輪廓。但在實際加工中，基于成本的考慮，再加上加工材料的特殊性以及對加工時間的要求，刀具必須具有一定的強度和韌性，這樣就不能使用刀具直徑過小的刀具。

最后是外輪廓的倒角，設(shè)置與外輪廓銑削的區(qū)別同內(nèi)輪廓倒角和內(nèi)輪廓銑削的區(qū)別相同。按照類似的方法設(shè)置即可。

在此，僅用內(nèi)輪廓銑削作為例子對各個部分的參數(shù)設(shè)置加以說明，其他工序的這部分操作與此類似，不再贅述。

４　模擬加工及后處理

設(shè)置好各參數(shù)后，就可以用操作管理來進行刀具路徑模擬、加工模擬并進行后處理。這個部分的操作是在操作管理（operations）中完成的。[4]

首先可以在操作管理（operations）中進行刀具路徑模擬（Backplot），在這個過程中可以清楚地看到刀具的運動狀況和軌跡，并能自動計算和顯示刀具運動所需時間，為實際加工提供參考依據(jù)。還可以根據(jù)設(shè)置來進行刀具實體模擬，在結(jié)果中可以清楚地看到刀具的干涉狀況，如果有干涉情況發(fā)生或者有不符合要求的地方，可以再回到參數(shù)中進行重新設(shè)置。結(jié)果如圖5所示。

圖5　刀具路徑模擬與實體切削驗證

最后是執(zhí)行后處理（post），亦即機器自動根據(jù)設(shè)置的參數(shù)生成數(shù)控程序。在NC檔欄里，勾選保存NC程序和編輯，MasterCAM程序會自動生成NC程序，然后根據(jù)不同數(shù)控系統(tǒng)要求加以修改，即可生成加工中心直接可以用于生產(chǎn)的數(shù)控程序[5]。以下一段即為Fanuc 0i-A數(shù)控系統(tǒng)為標(biāo)準(zhǔn)的加工輥刀程序的主要格式，其中自動編程時產(chǎn)生的G17需要刪除，在加工過程中使用哪個工件坐標(biāo)系設(shè)定指令也可以根據(jù)實際需要加以修正。此外，對于不同的數(shù)控系統(tǒng)，其程序格式有所差異，在此也需加以修改。程序中為具體的工件加工坐標(biāo)，根據(jù)實際加工時的數(shù)據(jù)不同而改變。

% ? ;ＩＳＯ標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控程序開始和結(jié)束標(biāo)識

:0008? ;Faunc系統(tǒng)可識別的程序號

N100G21? ;使用公制單位

N102G0G40G54G49G80G91M11? ;數(shù)控系統(tǒng)回到初始設(shè)置

N104T1M06? ;換刀

N106G1G90 G55 XYAF3000.? ;使用G55工件坐標(biāo)系ＸＹＡ準(zhǔn)備就緒

N107 S2000M03? ;主軸正轉(zhuǎn)

N108G43H1ZM8? ;刀具長度補償，冷卻液開

;主體加工部分，省略

N9878G0ZM9? ;抬起Ｚ軸

N9880M5 ? ;主軸停轉(zhuǎn)

N9882G91G28Z0.M9 ? ;Z軸回參考點

N9884G28X0.Y0.A0. ? ;ＸＹＡ軸回參考點

N9886M30 ? ;程序結(jié)束回程序頭

% ? ;程序結(jié)束

５　結(jié)束語

本文介紹了一種用相對簡單的方法解決一種比較復(fù)雜零件加工的方式。這種方法已經(jīng)用于實際生產(chǎn)，并已經(jīng)積累了相當(dāng)?shù)慕?jīng)驗。結(jié)果表明，用這種方法編制的程序在實際生產(chǎn)中非常適用。此外，用加工中心加工這種零件節(jié)省了大量時間，大大提高了加工精度，而成本仍在可接受范圍內(nèi)。

[1] 孫江宏，陳秀梅．Mastercam CAD/CAM實用教程[M]. 北京：科學(xué)出版社，2002.2.

[2] 劉虹. 數(shù)控加工編程與操作[M]．西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2007.2.

[3] 田光輝; 王戈冰. MasterCAM在型腔模設(shè)計與制造中的應(yīng)用[J]. 模具制造, 2003, (3).

[4] 陳文革. MasterCAM在工程訓(xùn)練中的應(yīng)用[J]. 組合機床與自動化加工技術(shù), 2008,(3).

[5] 馬秋生, 王春海. MasterCAM的曲面精加工方法比較與應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代制造工程, 2009, (3).

Application of MasterCAM in Roll Cutting Tools Manufacture on Machining Center

QIAO Qiao

(College of Mechanics and Electronics Engineering, Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430073, China)

With the instance of the roll cutting tools, this thesis introduced the process of the MasterCAM setting on the roll cutting tools manufacture on machining center in graphic detail. It introduces the framework,the function and the customizing method of post processor in Mastercam. At the same time, the thesis shared some experience on the process of the roll cutting tools manufacture.

Mastercam; Roll Cutting Tools Manufacture; Machining Center; Parameters Setting

TH16

A

1009－5160(2012)03－0066－04

喬橋（1980-），男，講師，研究方向：紡織設(shè)備數(shù)字化和數(shù)控加工.