基于MasterCAM區(qū)域銑削與動(dòng)態(tài)銑削的粗加工效率研究

龔 航

（昆明理工大學(xué)，昆明 650500）

0 引言

MasterCAM是一種目前在國內(nèi)外機(jī)械加工行業(yè)廣泛使用的CAD/CAM應(yīng)用軟件，幾乎可以完成所有常規(guī)的簡單和復(fù)雜形狀零件的加工。MasterCAM區(qū)域銑削的控制方法可以實(shí)現(xiàn)零件的加工，不同的控制方法直接影響加工效率，通過設(shè)置刀具邊界、設(shè)置干涉面、添加輔助面和刀具軌跡修剪等方法控制加工區(qū)域的大小來提升加工效率[1～4]。針對(duì)MasterCAM銑削加工在選擇不同加工方式和自動(dòng)、手動(dòng)相結(jié)合生成NC加工程序可以優(yōu)化加工過程，從而提升加工效率[5,6]。MasterCAM動(dòng)態(tài)銑削在很大程度上改變了粗加工的模式，尤其在大切削量情況下，可以有效提升加工效率[7,8]。

本文針對(duì)快速加工封閉型腔、開發(fā)凸臺(tái)或先前操作剩余區(qū)域的粗加工，使用MasterCAM中區(qū)域銑削與動(dòng)態(tài)銑削兩種加工方法對(duì)粗加工效率進(jìn)行研究，通過相同的精加工方式對(duì)比區(qū)域銑削與動(dòng)態(tài)銑削對(duì)零件表面質(zhì)量進(jìn)行研究。

1 區(qū)域銑削與動(dòng)態(tài)銑削的概念

快速加工封閉型腔、開放凸臺(tái)或先前操作剩余的殘料區(qū)域稱為區(qū)域銑削加工；完全利用刀具刃長進(jìn)行切削，快速加工封閉型腔、開放凸臺(tái)或先前操作剩余的殘料區(qū)域稱為動(dòng)態(tài)銑削加工。區(qū)域銑削與動(dòng)態(tài)銑削在加工概念上只有“完全利用刀具刃長進(jìn)行切削”的區(qū)別。

2 零件加工

2.1 零件模型及加工參數(shù)

零件模型為“S”型字母（圖1）、加工深度分別為5mm和15mm，毛坯尺寸為：80mm×80mm×25mm，材料為6061鋁合金。加工參數(shù)如表1所示。

圖1 加工零件3D圖

表1 加工參數(shù)表

2.2 零件的模擬粗加工及效率

選擇MasterCAM軟件中的銑削模塊，分別使用區(qū)域銑削和動(dòng)態(tài)銑削加工“S”型模型。區(qū)域銑削與動(dòng)態(tài)銑削在建立串聯(lián)選項(xiàng)方法是一樣的，在串聯(lián)選項(xiàng)中加工域策略為開放、避讓范圍選擇“S”型圖形，其余選項(xiàng)不選（如圖2、圖3所示）。確定以后進(jìn)入到下一步，設(shè)置刀具切削參數(shù)和刀具共同參數(shù)如表2所示。

圖2 串聯(lián)選項(xiàng)

圖3 避讓范圍

表2 刀具切削參數(shù)和刀具共同參數(shù)

續(xù)（表2）

將切削參數(shù)和共同參數(shù)確定后，軟件自動(dòng)生成加工刀路，如圖4和圖5所示。

圖4 區(qū)域銑削加工刀路（左5mm、右15mm）

圖5 動(dòng)態(tài)銑削加工刀路（左5mm、右15mm）

軟件可以模擬出加工時(shí)間和加工刀路長度，區(qū)域銑削和動(dòng)態(tài)銑削的加工時(shí)間和加工刀路長度如表3所示。

表3 區(qū)域銑削與動(dòng)態(tài)銑削效率對(duì)比

通過模擬區(qū)域銑削與動(dòng)態(tài)銑削加工時(shí)間和刀路長度。當(dāng)加工深度從5mm改為為3倍深度15mm時(shí)，區(qū)域銑削加工時(shí)間增加了3倍，刀路長度增加了4.1倍，加工時(shí)間和刀路長度的增加倍數(shù)≥3倍；動(dòng)態(tài)銑削加工時(shí)間增加了4s，刀路長度增加了20mm，由于加工深度增加了10mm，下刀長度增加了10mm（下刀時(shí)間10mm÷200mm/min＝3s），提刀長度增加了10mm（提刀時(shí)間10mm÷600mm/min＝1s），所以加工時(shí)間增加了4s，刀路長度增加了20mm。

區(qū)域銑削在加工深度小時(shí)，雖然Z方向反復(fù)分層加工，但XY方向刀具步進(jìn)量大，加工效率高；動(dòng)態(tài)銑削的XY方向刀具步進(jìn)量小，導(dǎo)致加工效率低；動(dòng)態(tài)銑削在加工深度大時(shí)，雖然XY方向刀具步進(jìn)量小，但發(fā)揮了“完全利用刀具刃長進(jìn)行切削”的優(yōu)勢(shì)，加工時(shí)間和刀路長度幾乎不變，加工效率高；而區(qū)域銑削的反復(fù)分層加工，導(dǎo)致加工效率低。

2.3 實(shí)際加工

實(shí)際加工過程中，區(qū)域銑削和動(dòng)態(tài)銑削都留有0.1mm的壁邊精加工余量，加工過程中加工深度為15mm，觀察粗加工的表面質(zhì)量與精加工后的表面質(zhì)量。

區(qū)域銑削和動(dòng)態(tài)銑削粗加工中表面質(zhì)量有明顯刀痕，區(qū)域銑削加工在XY方向和Z方向都有明顯的刀痕，動(dòng)態(tài)銑削在XY方向有明顯的刀痕，如圖6所示。

圖6 區(qū)域銑削（左）與動(dòng)態(tài)銑削（右）粗加工

精加工中，使用MasterCAM銑削模塊中的外形銑削，主軸轉(zhuǎn)速1800r/min，進(jìn)給速率200mm/min，壁邊預(yù)留量0mm。精加工完成后，區(qū)域銑削與動(dòng)態(tài)銑削加工的模型表面質(zhì)量是一樣的，如圖7所示。

圖7 區(qū)域銑削（左）與動(dòng)態(tài)銑削（右）精加工

4 結(jié)論

基于MasterCAM軟件對(duì)區(qū)域銑削和動(dòng)態(tài)銑削的粗加工效率研究，粗加工過程中在工件加工深度大時(shí)動(dòng)態(tài)銑削“完全利用刀具刃長進(jìn)行切削”的特點(diǎn)使加工效率大幅提高，加工效率優(yōu)于區(qū)域銑削；而工件加工深度小時(shí)區(qū)域銑削加工的效率優(yōu)于動(dòng)態(tài)銑削加工。精加工完成后，區(qū)域銑削和動(dòng)態(tài)銑削的工件表面質(zhì)量相同。在不同條件下正確地選擇區(qū)域銑削和動(dòng)態(tài)銑削，對(duì)于提高生產(chǎn)效率和降低加工成本具有重要的意義。