基于MasterCAM曲面凹模文字雕刻實(shí)例分析

張廣潮

摘 要：主要闡述了在立體不規(guī)則曲面上附有凹模文字雕刻的零件加工。當(dāng)零件表面、文字底側(cè)部位表面粗糙度要求較高時(shí)，可采用曲面投影加工、平移轉(zhuǎn)換刀具路徑等方法相結(jié)合，不僅達(dá)到零件要求的精度及粗糙度，也減少了換刀和裝夾的次數(shù)，提高生產(chǎn)效率。文章通過(guò)一典型實(shí)例對(duì)曲面零件凹模文字雕刻加工的工藝進(jìn)行詳細(xì)的分析。

關(guān)鍵詞：文字雕刻；曲面投影加工；表面粗糙度

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ171.6+87 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）29-0059-02

引言

目前，在制造行業(yè)中許多工業(yè)產(chǎn)品上的文字雕刻都采用專(zhuān)用雕刻機(jī)結(jié)合專(zhuān)用的雕刻軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，這就造成了設(shè)備和產(chǎn)品的單一性[1]。隨著數(shù)控技術(shù)的不斷快速發(fā)展，各生產(chǎn)廠家已經(jīng)擁有高性能、高轉(zhuǎn)速可進(jìn)行高速加工的數(shù)控銑床及加工中心，可利用常用的加工軟件配合高速機(jī)床實(shí)現(xiàn)平面圖形及文字的雕刻加工技術(shù)已經(jīng)成熟并廣泛應(yīng)用，但在立體不規(guī)則的曲面上雕刻加工還存在難點(diǎn)[2-3]。通過(guò)一實(shí)例，利用MasterCAM 軟件中若干個(gè)功能相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)曲面文字雕刻的加工。

1 雕刻文字的主要加工方法

首先需要根據(jù)零件材料的特征，才能確定選擇其具體的加工方法。金屬材料零件雕刻的方法可歸結(jié)為以下幾種，每種方式都有著其獨(dú)特的實(shí)現(xiàn)方法[4]。

（1）電火花成形加工或電腐蝕加工方法是利用電加工方式或化學(xué)腐蝕的方法來(lái)加工金屬模具上的雕刻圖形，是使用較為廣泛的一種方法。

（2）采用冷擠壓或鉗工方式加工文字。

（3）采用專(zhuān)用雕刻機(jī)加工。

（4）采用數(shù)控銑床、加工中心進(jìn)行銑削雕刻加工，具體有以下幾種方法：

a. 二維線框雕刻，是刀具按照指定的輪廓線進(jìn)行加工，也就是MasterCAM中的外形銑削，但必須把刀具中心設(shè)置在輪廓線上，關(guān)閉刀具補(bǔ)償，雕刻加工時(shí)刀具的直徑將決定輪廓的形狀與大小，在雕刻加工之前根據(jù)零件的要求，必須先要確定刀具的類(lèi)型與直徑的大小。

b. 凸凹型雕刻，是采用MasterCAM中二維挖槽或者曲面挖槽加工的銑削方式。如果雕刻的文字圖案是凸出來(lái)的，則將文字圖案外圍的材料銑削去除；如果雕刻的文字圖案是凹進(jìn)去的，則將文字圖案的內(nèi)部材料銑削去除。

2 加工實(shí)例

2.1 實(shí)例分析

在400mm×250mm×100mm的長(zhǎng)方體鋁塊中，表面是山丘起伏式xyz坐標(biāo)不規(guī)則變化的曲面。在起伏不平的零件曲面上表面，加工“曲面文字雕刻”六個(gè)字體，字體高度為60mm，文字間距為6mm，總長(zhǎng)度不超過(guò)390mm的凹模雕刻，如圖1所示。同時(shí)要求雕刻的深度需根據(jù)字體所在曲面位置下深5mm，如圖2所示。

該實(shí)例中的雕刻字體為曲面凹形字體，相對(duì)于其他雕刻字體如線性字體和凸凹平底字體，是屬于加工比較困難和復(fù)雜的一種。零件要求字體的深度，是根據(jù)雕刻文字所在曲面的位置增量加深，也就是隨著曲面的變化而變化。加工過(guò)程主要分為粗雕加工和精雕加工。

2.2 粗雕加工

（1）生成字體方法：“繪圖”——“下一頁(yè)”——“文字”，在“繪制文字”信息欄中，設(shè)置字形為宋體，輸入“曲面文字雕刻”6個(gè)字。參數(shù)設(shè)置根據(jù)要求高度為60，間距為6，水平排列，點(diǎn)擊確定生成字體二維線框，將生成的字體移至待雕刻表面的正上方。

（2）編制二維挖槽的刀具路徑，選擇所生成的字體線框，選用ф1的平刀，只需選擇等距環(huán)切，并設(shè)置粗切參數(shù)及斜插式下刀，其他參數(shù)可不設(shè)置，該刀具路徑是輔助后面曲面投影用的。

（3）在功能表中選擇“刀具路徑”——“曲面加工”——“精加工”——“投影加工”（曲面文字必須選用精加工投影方法進(jìn)行粗雕加工，否則會(huì)走空刀），然后選取零件表面的曲面，設(shè)置切削參數(shù)，粗加工余量預(yù)留0.1mm。

在“原始操作”中選取編制好的二維挖槽銑削，如圖3所示。投影方式選擇“NCI”，“間隙設(shè)定”中的容許間隙采用“距離”的方式，而“進(jìn)階設(shè)定”中選擇“所有的邊緣”。在 “整體誤差”中，由于投影加工是圓形曲面，產(chǎn)生程序加工時(shí)如果采用默認(rèn)的整體誤差，會(huì)使程序計(jì)算量增大，而且在機(jī)床加工時(shí)會(huì)出現(xiàn)進(jìn)給忽快忽慢的情況，降低了加工的效率，所以采用“過(guò)濾比率3：1”的方式會(huì)使加工變得順暢，提高了效率與精度，如圖4所示，生成刀具路徑如圖5所示的效果。

圖3 投影加工參數(shù)欄

圖4 整體誤差設(shè)置欄

圖5 曲面投影刀具路徑

（4）曲面投影精加工不能在Z方向多次銑削，所以可以采用“刀具路徑”——“下一頁(yè)”——“路徑轉(zhuǎn)換”功能中的“平移”方法，選擇兩點(diǎn)間，次數(shù)為50，從Z0.0到Z-0.1，就可把剛生成的曲面投影精加工刀路沿著Z方向依次平移0.1，達(dá)到了Z方向分層銑削的效果，最終Z方向加工總深為5mm，刀具路徑如圖6所示。

2.3 精雕加工

由于粗雕加工采用平底銑刀，在曲面文字的底部并沒(méi)有加工出順滑的曲面，所以選擇球刀進(jìn)行精雕加工。

（1）利用粗雕加工時(shí)的二維挖槽刀具路徑，將其復(fù)制粘貼并修改為R0.5球刀，設(shè)置切削參數(shù)。精加工曲面文字底部，切削的間隙量應(yīng)縮小，才能達(dá)到較好的表面粗糙度，設(shè)置“粗切/精修參數(shù)”中的切削間隙為刀具直徑的10%，也就是間隙量為0.1mm，并取消精修選項(xiàng)。精雕加工刀具路徑相比粗雕加工的要密集得多，從而達(dá)到精加工的目的。

（2）運(yùn)用粗雕加工時(shí)的曲面投影方法，編制精雕球刀在曲面上的刀路，需選擇前一步R0.5球刀生成的二維挖槽路徑，設(shè)置合理的切削參數(shù)，其他設(shè)置與粗雕加工一樣。

（3）由于曲面投影精加工刀路，只投影在曲面的上表面，而精雕曲面文字是加工文字的最底部。可采用“刀具路徑”——“下一頁(yè)”——“路徑轉(zhuǎn)換”功能中的“平移”方法，選擇兩點(diǎn)間，次數(shù)為1，從Z0.0到Z-5.0，就可將剛生成的曲面投影精加工刀路沿著Z方向往下平移5mm，達(dá)到了直接銑削文字底部曲面的目的，提高了加工效率，并達(dá)到加工精度，刀具路徑如圖7所示。

圖7 曲面文字底部精加工刀路

3 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于具有曲面文字雕刻的零件，不一定需要專(zhuān)用的雕刻機(jī)床，可用MasterCAM等常用編程軟件配合高速數(shù)控銑床或加工中心進(jìn)行加工即可。對(duì)于曲面文字雕刻的加工方法，首先并不是所有曲面文字都適合所介紹的方法，需要根據(jù)圖紙及實(shí)際要求來(lái)進(jìn)行分析，其次需根據(jù)零件的具體結(jié)構(gòu)，采取不同的工藝措施及手段，包括裝夾方式、工序安排、走刀路線、切削參數(shù)等。如特別復(fù)雜的曲面文字雕刻需要四軸甚至五軸機(jī)床進(jìn)行加工，才可實(shí)現(xiàn)其工藝要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]顧麗敏.基于MasterCAM的曲面雕刻數(shù)控加工[J].CAD/CAM與制造業(yè)信息化，2013（05）：75-77.

[2]穆存遠(yuǎn)，呂明，葛震.CNC雕刻零件表面粗糙度影響因素的試驗(yàn)研究[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2012（01）：120-123.

[3]任國(guó)柱，黃坤，臧繼嵩.基于MasterCAMV9的曲面文字雕刻加工[J].北華航天工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010（04）：13-15.

[4]張紹青.高速數(shù)控雕刻加工技術(shù)研究[D].上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，2015.endprint