基于MasterCAM儀表殼數(shù)控加工工藝處理

x摘要:數(shù)控加工工藝性的設(shè)計(jì)直接影響加工質(zhì)量和效率。本文基于MasterCAM平臺(tái)，通過(guò)對(duì)一精密儀表電極的上下殼進(jìn)行數(shù)控加工設(shè)計(jì)，處理了數(shù)控自動(dòng)編程中幾個(gè)常見(jiàn)的工藝問(wèn)題，說(shuō)明了在CAM系統(tǒng)中數(shù)控加工工藝的重要性。

關(guān)鍵詞:MasterCAM;數(shù)控加工;工藝處理

1 前言

目前CAD/CAM軟件的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣泛，采用CAM軟件進(jìn)行數(shù)控自動(dòng)編程也越來(lái)越普及。而軟件僅僅只是一種工具，并不是單純地掌握數(shù)控程序的編制就可以達(dá)到所要求的加工效果。因此，在借助CAM軟件進(jìn)行編程的同時(shí)必須考慮到相關(guān)的數(shù)控加工工藝知識(shí)，如CAD造型、CAM刀路生成特點(diǎn)、所用刀具的性能、裝夾方式等，而且對(duì)數(shù)控加工工藝的正確理解與實(shí)際加工經(jīng)驗(yàn)起著非常重要的作用。

2 工藝問(wèn)題

2.1 輪廓加工拐角與處理

如圖1所示為某一精密儀表電極的上殼，該零件圖輪廓所標(biāo)的r半徑處位置都為輪廓凹角，對(duì)于這樣的輪廓凹角處，由于受刀具本身半徑的影響和加工速度的限制，需對(duì)其進(jìn)行處理，特別是對(duì)這處的加工要求高的時(shí)候。由于類(lèi)似這樣的輪廓凹角半徑一般都比較小，在加工的過(guò)程中所采用的刀具半徑也是遞減的，否則如果直接采用小的刀具半徑進(jìn)行粗加工，則會(huì)浪費(fèi)過(guò)多時(shí)間。粗加工時(shí)，特別是采用刀具半徑補(bǔ)償指令的輪廓加工，為了避免系統(tǒng)在進(jìn)行刀具半徑補(bǔ)償時(shí)發(fā)生矢量干涉而導(dǎo)致半徑補(bǔ)償不成功或?yàn)榱说毒吣茉谶@個(gè)凹角處避開(kāi)小的圓弧半徑的過(guò)渡，通常的做法是在原有輪廓線的基礎(chǔ)上再倒一較大的圓角半徑(如圖1所示的R半徑)，這樣系統(tǒng)在計(jì)算的時(shí)候也會(huì)比較快，這樣也可以避免在粗加工的時(shí)候發(fā)生過(guò)切。精加工時(shí)再進(jìn)行清角，為了保證輪廓在采用不同刀具加工后的表面接刀光滑，可以在形成凹角處增加一輪廓線作為輔助刀具路徑用，如圖1右側(cè)虛線所示。通過(guò)作這一輔助線可以很好地控制凹角處的進(jìn)給速度，以避免因速率過(guò)快而造成過(guò)切。

選擇刀具時(shí)粗精加工的刀具半徑不能相差懸殊，否則會(huì)因粗加工刀具半徑太大導(dǎo)致所留余量過(guò)多，使精加工刀具加工困難，損耗大，加工尺寸難以保證，因此在刀具的選擇時(shí)需綜合考慮余量與加工精度的保證。為了提高精加工的刀具剛性，一般取凹角處圓角半徑的(0.8～0.9)R。

2.2 刀具半徑補(bǔ)償

對(duì)于圖1所示儀表上殼，外形尺寸公差要求在±0.02mm，因此外形尺寸精度的保證也是一大難題。在借助MasterCAM軟件進(jìn)行數(shù)控自動(dòng)編程時(shí)一般都是通過(guò)電腦直接按指定刀具半徑計(jì)算出刀具實(shí)際應(yīng)該走的路線，生成NC程序后傳到數(shù)控機(jī)床即可加工，但是在加工的過(guò)程中刀具不可避免會(huì)有磨損，直徑可能變小，如果此時(shí)仍按原來(lái)計(jì)算的刀具路徑程序加工，則加工出的零件尺寸上一定會(huì)發(fā)生變化，如外形尺寸變大，內(nèi)孔尺寸變小等現(xiàn)象，甚至超出公差值，成為廢品。這時(shí)雖然可以再回到MasterCAM中，用磨損后的刀具直徑再次生成刀具路徑，重新修改參數(shù)，產(chǎn)生NC代碼等工作，但這樣做麻煩，加工一批同樣的零件可能需要計(jì)算幾次刀具路徑，效率低，這只能用于加工精度不高的場(chǎng)合或者零件的粗加工。在進(jìn)行精加工時(shí)，我們可以通過(guò)MasterCAM二維外形銑削刀路參數(shù)中一個(gè)重要的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置刀具的補(bǔ)償形式和補(bǔ)償方向。MasterCAM9.0提供了“電腦”(軟件)、“控制器”、“兩者”、“兩者反向”以及“關(guān)”(不補(bǔ)償)等5種選擇方式，補(bǔ)償方向根據(jù)刀具軌跡切削移動(dòng)方向可以選擇左、右補(bǔ)償2個(gè)方向。這時(shí)經(jīng)后處理的刀具路徑NC程序會(huì)有相對(duì)應(yīng)的左補(bǔ)(G41)與右補(bǔ)(G42)的G指令存在。加工時(shí)可通過(guò)修改機(jī)床刀具半徑補(bǔ)償值的大小，達(dá)到所要的尺寸精度。

2.3 進(jìn)刀方式

圖1所示儀表上殼，表面要求粗糙度1.6，因此不能出現(xiàn)瑕疵，更不能出現(xiàn)明顯的接刀痕。而數(shù)控編程中進(jìn)刀方式的設(shè)置一直都是加工工藝不可避免的問(wèn)題，如外形銑削時(shí)，下刀位置如果選擇不當(dāng)，會(huì)出現(xiàn)過(guò)切，這就必須改變下刀位。MasterCAM輪廓銑削刀路具有強(qiáng)大的功能，而且選擇與計(jì)算簡(jiǎn)便。對(duì)于輪廓銑削一般不在拐點(diǎn)處或特別是在尖角處設(shè)置進(jìn)刀點(diǎn)，而是避開(kāi)拐點(diǎn)處將另一長(zhǎng)直線打斷后作為進(jìn)刀點(diǎn)。如圖2所示是將圓的左邊的1/4等分點(diǎn)作為進(jìn)刀點(diǎn)。

除了輪廓銑削進(jìn)刀的設(shè)置外，MasterCAM對(duì)于采用挖槽銑削刀具路徑的封閉凹槽的進(jìn)刀，提供了兩種進(jìn)刀方式:【漸斜線進(jìn)刀方式】和【螺旋線進(jìn)刀方式】。

2.4 曲面走刀方式

圖3所示為該儀表的下殼，該零件的側(cè)面由四段圓弧掃描相交修剪而成，其中曲面間形成了明顯的曲線過(guò)渡。表面加工質(zhì)量要求較高，粗糙度為1.6。數(shù)控自動(dòng)編程是根據(jù)零件CAD造型指定加工輪廓和曲面進(jìn)行識(shí)別并編程加工，曲面加中的精度主要通過(guò)控制走刀路步長(zhǎng)和加工帶的寬度來(lái)保證。每個(gè)零件表面各自有自己的加工要求，因此在進(jìn)行編程前須認(rèn)真分析好零件圖紙要求，零件的使用場(chǎng)合，設(shè)計(jì)目的，然后對(duì)零件圖形進(jìn)行分析，對(duì)于一些有特殊要求的表面需進(jìn)行重建圖形以輔助生成正確的刀路。

走刀路線確定:不同的曲面特征及表面加工要求都必須采用相對(duì)應(yīng)的方法。如對(duì)于開(kāi)敞的曲面邊界為保證加工的表面質(zhì)量，應(yīng)從工件的邊界外進(jìn)刀和退刀，甚至圓弧進(jìn)刀，如圖4所示。在加工精密儀器的直紋表面時(shí)，由于表面質(zhì)量要求高，需使加工的紋路保持一致，采用單向的平行銑削走刀方式可取得良好的加工效果(如圖5所示)。在加工螺旋槳槳葉等類(lèi)零件時(shí)，由于工件剛度小，加工變形問(wèn)題突出，因此采用從單到外的環(huán)切時(shí)(如圖6所示)，刀具切削部位的四周可受到毛坯剛性邊框的支持，有利于減小工件在加工過(guò)程中的變形。

對(duì)于儀表的下殼曲面加工由于輪廓曲面線的要求較高，通過(guò)三種不同的走刀方式所取得的效果，我們采用了如圖4所示的圓弧進(jìn)刀方式進(jìn)行加工，取得了較好的加工質(zhì)量。

2.5 重建CAD造型

對(duì)于圖3所示是儀表下殼，由于具有非常明顯的曲線過(guò)渡。編程時(shí)如果選取整個(gè)曲面作為加工曲面時(shí)，粗加工采用流線加工方式，半精加工采用平行銑削加工方式，精加工采用等高外形銑削方式時(shí)，則會(huì)使精加工由于刀具跨越過(guò)渡曲線造成曲線變成曲面。而且生成刀路時(shí)系統(tǒng)需計(jì)算曲面間的點(diǎn)，造成計(jì)算量大，程序長(zhǎng)。此時(shí)必須重新建立曲面，將各個(gè)曲面獨(dú)立分開(kāi)，并在原來(lái)的基礎(chǔ)上延伸一定的長(zhǎng)度，如圖所示，以便使獨(dú)立生成的刀路也可以獨(dú)立自然過(guò)渡，進(jìn)而達(dá)到所要求的曲線效果，如圖7所示。

3 結(jié)語(yǔ)

涉及數(shù)控自動(dòng)編程的工藝問(wèn)題還有很多，如鉆孔時(shí)消除反向間隙加工路線的設(shè)計(jì)，增量方式與絕對(duì)方式在不同加工情況的選擇，空行程走刀的減少方法等。而僅僅只熟悉某種CAM軟件的使用是不夠的，必須根據(jù)機(jī)床特點(diǎn)、刀具特點(diǎn)、CAM軟件刀路特點(diǎn)和零件加工要求，合理地設(shè)計(jì)安排加工工藝，以有效地實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工效果，保證零件加工質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]黃立.數(shù)控實(shí)用技術(shù).北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2004.

[2]李宏慧.數(shù)控加工曲面的工藝分析.甘肅科技.2004.

[3]嚴(yán)烈.MasterCAM9.0應(yīng)用基礎(chǔ)教程.北京:冶金工業(yè)出版社.2002.

[4]鄧弈.MasterCAM數(shù)控加工技術(shù).北京:清華大學(xué)出版社.2004.