基于MasterCAM復(fù)雜異形零件銑削加工工藝與仿真

■青海華鼎重型機(jī)床有限責(zé)任公司 （西寧 810100） 馬永紅　楊 亮 王亞平■白銀礦冶職業(yè)技術(shù)學(xué)院 （甘肅 730900） 孫耀恒

基于MasterCAM復(fù)雜異形零件銑削加工工藝與仿真

■青海華鼎重型機(jī)床有限責(zé)任公司 （西寧 810100） 馬永紅楊 亮 王亞平
■白銀礦冶職業(yè)技術(shù)學(xué)院 （甘肅 730900） 孫耀恒

摘要：在數(shù)控機(jī)床加工過程中，尋求加工工藝低成本、高質(zhì)量并縮短非工作時間和提高加工效率的解決方案，并將其轉(zhuǎn)化為更低的單件成本、更高的投資回報(bào)率。所以在針對特定的復(fù)雜異形的加工對象時，合理分析加工工藝特點(diǎn)、刀具、切削用量和走刀路線，對工序的合理劃分以及熱處理工藝的分析都是至關(guān)重要的，同時利用Mastercam軟件對加工過程進(jìn)行仿真，驗(yàn)證數(shù)控程序的正確性及合理性。這些環(huán)節(jié)直接影響到被加工零件的精度，從而對整機(jī)性能產(chǎn)生影響。

合理地劃分復(fù)雜異形零件的加工工藝是數(shù)控機(jī)床在實(shí)際加工中一個關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，當(dāng)然利用先進(jìn)的數(shù)控加工仿真軟件是必不可少的手段。MasterCAM系統(tǒng)把計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造加工結(jié)合起來，從零件模型到加工軌跡的生成，再通過后處理轉(zhuǎn)化為數(shù)控機(jī)床能識別的加工程序，從而完成零件的實(shí)際加工，使設(shè)計(jì)、數(shù)控加工更加方便、快捷。

1. 零件工藝解析

（1）零件作用。該零件為四通液壓用管接頭，起到分流分壓的作用，是液壓、集中潤滑裝置中最常見的零件之一。

（2）零件材料及其力學(xué)性能。工件材料1Cr18Ni9Si3是奧式體不銹鋼，相對可切削性為0.3 ～0.5，是一種難切削的材料，其難加工性主要表現(xiàn)在以下幾個方面：①高溫強(qiáng)度和高溫硬度高。1Cr18Ni9Si3在700～800℃時也不能降低其機(jī)械性能，故切屑不易被切離，切削過程中切削力大，刀具易磨損。②塑性和韌性高。雖然8Ni9Si3的抗拉強(qiáng)度和硬度都不高，但綜合性能很好，塑性和韌性高，它的延伸率、斷面收縮率和沖擊值都較高，切削變形所消耗的功率增多。③1Cr18Ni9Si3的導(dǎo)熱率低，散熱差，切屑帶走的熱量少，大部分熱量被刀具吸收，致使刀具的溫度升高，加劇刀具磨損。

圖1　零件圖

（3）零件結(jié)構(gòu)工藝分析。從圖1上看，該零件是典型的不規(guī)則的回轉(zhuǎn)體零件，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，其主要加工的面有所有外觀面，M36×1.5mm，M30×1.5mm，M24×1.5mm，M20×1.5mm，φ27mm、φ20mm，φ16mm，φ12mm，φ10mm的內(nèi)孔表面，以及外輪廓。該零件在加工時主

要考慮零件的裝夾及加工變形量問題，由于內(nèi)輪廓普遍都是狹小的圓柱面，在切削過程中不易散熱，刀具所帶走的只是少部分熱量，加工硬化也很嚴(yán)重，塑性和韌性較高，所以首先采用鉆孔的形式，擴(kuò)大加工面，且要先加工該零件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，完成后，使工件恢復(fù)其應(yīng)力再加工外部輪廓，減少其變形。通過分析該零件，其布局不規(guī)則，用普通方法加工難度大，經(jīng)考慮，決定采用數(shù)控機(jī)床先加工內(nèi)部結(jié)構(gòu)，再加工外部尺寸的方法，以保證其加工要求。

2. 工藝路線擬定

（1）加工方法及加工路線的確定。同樣在該零件加工方法的選擇中，我們考慮了工件的具體情況和加工要求，以下是按加工順序來闡述的加工方案：①備料90mm×90mm×45mm 毛坯件。②熱處理退火（消除內(nèi)應(yīng)力）。③粗車內(nèi)孔留量。主要利用四爪卡盤，在其車削上方及下方內(nèi)孔時，由于是偏心的，需要墊塊找正中心軸線。④精車內(nèi)孔至尺寸公差要求及表面粗糙度值要求。⑤內(nèi)磨要求為Ra=0.8μm的內(nèi)孔及內(nèi)端面。⑥粗銑上半部分外輪廓，留量。⑦半精銑上半部分外輪廓，留量。⑧精銑上半部分外輪廓。⑨翻個，粗銑下半部分外輪廓，留量；注意裝夾方式，需要在下方墊塊找正。⑩半精銑下半部分外輪廓，留量。精銑下半部分外輪廓。車4個外螺紋及空刀。

（2）加工階段的劃分。當(dāng)零件的加工質(zhì)量要求較高時,往往不可能用一道工序來滿足要求,而要用幾道工序逐步達(dá)到所要求的加工質(zhì)量和合理地使用設(shè)備、人力、零件的加工過程通常按工序性質(zhì)不同，分為粗加工、半精加工和精加工3個階段。

3. 刀具的選擇

由于刀具材料的切削性能直接影響著生產(chǎn)率、工件的加工精度、已加工表面質(zhì)量、刀具的磨損和加工成本，所以正確地選擇刀具材料是數(shù)控加工工藝的一個重要部分，由于該零件的材料是1Cr18Ni9Si3，推薦用硬質(zhì)合金中的YG8類刀具，因?yàn)橛操|(zhì)合金中的鈦元素和被加工材料中的鈦元素之間產(chǎn)生親和力，使粘結(jié)現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致切削溫度升高，摩擦因數(shù)增大，加劇了刀具磨損，所以加工1Cr18Ni9Si3這種材料時采用硬質(zhì)合金刀具。

4. MasterCAM銑削的數(shù)控仿真

（1）零件三維實(shí)體造型。Pro/E軟件由于具有強(qiáng)大而完美的功能，以其參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)等概念聞名于CAD界，這里利用Pro/E軟件對零件進(jìn)行實(shí)體建模如圖2所示。

圖2　零件Pro/E三維模型

（2）零件的銑削仿真。利用MasterCAM導(dǎo)入三維模型，依次設(shè)定工件坐標(biāo)系，選擇工藝參數(shù)、刀具參數(shù)、走刀路徑，再到最終的刀路軌跡的仿真，如圖3～圖7所示。

圖3　工件坐標(biāo)系設(shè)定

圖4　刀具參數(shù)設(shè)定

（3）后處理階段（見圖8）。單擊MasterCAM“刀具操

作管理器”中的按鈕，系統(tǒng)將彈出“后處理方式”對話框，從中設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)、文件名和保存路徑后，就可以生成該刀具路徑的加工程序。如果需要實(shí)際加工該實(shí)體零件，只需要將生成的NC程序通過局域網(wǎng)傳輸給數(shù)控機(jī)床進(jìn)行實(shí)體NC數(shù)控加工。

圖5　走刀路徑設(shè)置

圖6　刀路軌跡仿真

圖7　最終刀路軌跡仿真

圖8　銑削加工仿真的部分NC程序

5. 結(jié)語

本文通過分析四通復(fù)雜異形的零件作用及其材質(zhì)特性，詳細(xì)分析其加工工藝，制定加工路線，合理選擇加工刀具，選擇最優(yōu)加工方案。另外通過先進(jìn)的CAD/CAM軟件—MasterCAM軟件從工藝參數(shù)、刀具選擇和走刀路線等方面對該零件的銑削加工進(jìn)行數(shù)控仿真，然后通過后處理生成NC程序，結(jié)合數(shù)控機(jī)床進(jìn)行實(shí)體的數(shù)控加工。這對探索復(fù)雜異形零件的數(shù)控加工方法起到了典型的指導(dǎo)意義。

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收稿日期：（20150314）