探究MasterCAM 的紡織機(jī)械模具型腔零件的數(shù)控加工

朱哲煜，張玉蘭

（許昌電氣職業(yè)學(xué)院，河南 許昌 461002）

0 引言

紡織機(jī)械模具型腔的加工工藝非常復(fù)雜繁瑣，而且很容易受到外界因素的影響和干擾。因此，在遵循工藝編制基本原則基礎(chǔ)之上，還需要從紡織機(jī)械所選用的模具材質(zhì)、刀具材料以及型腔零件結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行精準(zhǔn)分析，科學(xué)編制模具型腔的加工工藝，同時(shí)借助MasterCAM 強(qiáng)大的加工仿真、程序優(yōu)化和數(shù)控編程等功能，進(jìn)一步保證紡織機(jī)械模具型腔零件數(shù)控加工的合理性、科學(xué)性與可行性，為其投入后續(xù)生產(chǎn)的效果提供更強(qiáng)保障，減小因模具型腔零件元素導(dǎo)致的各類事故的發(fā)生概率。

1 關(guān)于MasterCAM

MasterCAM 的開發(fā)者是美國的CNC Software Inc.公司，其作為一種CAD/CAM 軟件，成功將二維繪圖、三維實(shí)體造型、曲面設(shè)計(jì)、體素拼合、數(shù)控編程、刀具路徑模擬及真實(shí)感模擬等多種功能完美融合在一起，幾何造型更是非常直觀且方便。

MasterCAM 為零件外形設(shè)計(jì)提供了理想的環(huán)境，其不僅具備強(qiáng)大且穩(wěn)定的造型功能，能夠設(shè)計(jì)出各種復(fù)雜的曲面和曲線零件，更重要的是還擁有著靈活的曲面精加工與強(qiáng)大的曲面粗加工的功能。MasterCAM可對零件加工的整個(gè)過程進(jìn)行模擬，模擬過程中相關(guān)人員不僅可以清楚了解到刀具和夾具的整體形象，而且還能夠從中精準(zhǔn)找尋到刀具和夾具與被加工零件的干涉、碰撞情況[1]。其對零件加工過程實(shí)際情況的如實(shí)反映，使得MasterCAM 成為當(dāng)前優(yōu)秀的CAD/CAM軟件之一。

MasterCAM 的優(yōu)勢還體現(xiàn)在：其對于系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境的要求并不高，這就為廣大用戶減輕了使用負(fù)擔(dān)。不管用戶是將其運(yùn)用在何種加工操作當(dāng)中，諸如造型設(shè)計(jì)、CNC 銑床、CNC 車床或CNC 線切割等都能獲得理想的應(yīng)用效果。目前，MasterCAM 軟件的應(yīng)用范圍已經(jīng)越來越具廣泛性，在一些通用機(jī)械、航空、船舶、軍工等行業(yè)的設(shè)計(jì)與NC 加工中都可以看到MasterCAM 的身影。我國從20 世紀(jì)80 年代末起開始引進(jìn)和應(yīng)用MasterCAM 軟件，MasterCAM 軟件在推動(dòng)我國制造業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[2]。

2 數(shù)控加工與MasterCAM 之間的關(guān)系分析

在CAD/CAM 系統(tǒng)當(dāng)中，數(shù)控加工是最重要的模塊之一，其也是對復(fù)雜曲面加工最有效的手段之一。目前，數(shù)控加工主要適用于一些精度要求高、型面復(fù)雜、更新變化快、生產(chǎn)批量比較小的產(chǎn)品類型當(dāng)中。MasterCAM 則是當(dāng)前適用于復(fù)雜曲面數(shù)控加工的數(shù)控編程軟件中的重要代表，屬于全世界通用的大型CAD/CAM 系統(tǒng)軟件。MasterCAM 將計(jì)算機(jī)輔助制造和設(shè)計(jì)的功能有效融合在一起，這就為實(shí)現(xiàn)型腔銑削、輪廓銑削和電位加工提供了便利條件，與此同時(shí)，其還擁有著強(qiáng)大的曲面粗精加工功能。

有了MasterCAM 的助力，數(shù)控編程的效率可以得到很大提升，除此之外，其還可以編制出手工編程沒有辦法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜曲面的NC 程序，這就為MasterCAM 廣闊的市場空間奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，必然會(huì)受到廣大用戶的歡迎與肯定。

3 MasterCAM 在紡織機(jī)械模具型腔零件數(shù)控加工中的具體應(yīng)用分析

3.1 建立三維實(shí)體模型

MasterCAM 擁有著強(qiáng)大的造型功能，利用MasterCAM 軟件可以設(shè)計(jì)出各種復(fù)雜的曲面、曲線和各種零件的三維實(shí)體模型。所以，通常情況下會(huì)先利用MasterCAM 的CAD 模塊來打造出所要制作零件的三維實(shí)體造型。一般而言，該系統(tǒng)會(huì)提供多種標(biāo)準(zhǔn)圖形接口，多接口的選擇會(huì)讓CAD 軟件生成圖形和系統(tǒng)圖形文件之間的轉(zhuǎn)化變得更加方便和簡單，省去了很多不必要的繁瑣程序和操作。除此之外，相關(guān)人員還可以根據(jù)實(shí)際情況選擇通過該軟件提供的ASCII 接口把通過三坐標(biāo)測量儀等設(shè)備測得的實(shí)物數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成為系統(tǒng)的圖形文件[3]。需要注意的是：在生產(chǎn)過程中要保持靈活多變的生產(chǎn)理念和方式，根據(jù)具體的生產(chǎn)情況來選擇合適的零件造型，一切以生產(chǎn)需求為中心。

3.2 針對型腔零件復(fù)雜曲面的數(shù)控銑削工藝

考慮到紡織機(jī)械所作業(yè)對象的獨(dú)特性，一般在選擇型腔零件材質(zhì)時(shí)會(huì)作出多重考慮，要確保紡織對象不受損害和影響。因此，在實(shí)際加工生產(chǎn)過程中，很多型腔零件都不是直接切削加工制作而成的，其需要通過特定材料的模具和工具以及特殊的工藝來加工成型。紡織機(jī)械模具型腔零件中，有很多都屬于典型的復(fù)雜曲面，而且不同用途和價(jià)值的零件的曲面造型也不盡相同，復(fù)雜多元的曲面造型，死角也比較多，表面曲率也不同，這就對加工工藝要求更加復(fù)雜。針對這樣復(fù)雜的加工要求，普通銑床是難以達(dá)到加工要求的，而如果選擇手工編程，耗費(fèi)了大量的時(shí)間和資源，最終加工出來的零件的精確度也得不到有效保證，這就凸顯出了MasterCAM 軟件在數(shù)控程序編制中的價(jià)值和作用。

舉例說明：某一個(gè)特定的型腔零件，其是由立式數(shù)控銑床加工的零件，利用MasterCAM 軟件來完成數(shù)控加工的工藝設(shè)計(jì)：第一步，進(jìn)行二維輪廓銑削。為滿足零件外表面對于曲面曲線的需求，選擇是直接為20mm 的平銑刀，按照零件外部輪廓曲線進(jìn)行二維輪廓銑削，采用分層銑削的方案，進(jìn)刀高度是10mm,退刀高度是50mm，其中，銑削最大深度為10mm；第二步，進(jìn)行粗加工處理?？紤]到零件型腔是復(fù)雜曲面，所以要選用MasterCAM 軟件中的曲面加工模塊，對其作出加工路徑分析，明確哪里需要進(jìn)行曲面粗加工，哪里需要進(jìn)行曲面精加工。一般情況下，曲面粗加工耗時(shí)會(huì)更長一些，因?yàn)檫x擇曲面粗加工是為了去除絕大部分的加工余量，所以曲面粗加工會(huì)是絕大多數(shù)型腔零件必選的加工方式[4]。針對實(shí)例中的特定零件，粗加工采用的是挖槽，這樣不僅能夠確保在更短時(shí)間內(nèi)去除掉大部分的毛坯材料，而且也能有效防止刀具直接進(jìn)入到工件材料當(dāng)中來，造成材料損害；第三步，半精加工。在完成粗加工之后便是半精加工的程序，半精加工的目的是為了去除更多的冗余材料，提高加工的效率。這半精加工過程中需要注意的是對加工工具的選用以及下刀方式的確定；第四步，精加工。精加工是確保加工精度的重要環(huán)節(jié)，只有加工精度得到保證，加工效率才能實(shí)現(xiàn)真正提升。該案例中所提到的特定型腔零件，精加工和半精加工設(shè)置的加工參數(shù)相差不多，只是背吃刀量要更小一些，所以，為了確保零件曲面的平滑度，最好選用直接合適的球頭刀來進(jìn)行操作；第五步，清除殘料。零件曲面相交位置上會(huì)殘存著很多殘料，為保證加工效果，必須對這些殘料進(jìn)行徹底清除；第六步，驗(yàn)證和后處理。在型腔零件成型之后，需要進(jìn)行刀具軌跡仿真，對刀具軌跡的合理性進(jìn)行驗(yàn)證[5]。此時(shí)，便要借助MasterCAM 軟件中的實(shí)體切削仿真功能對其作出模擬仿真，一定要保證加工過程中的刀具軌跡不存在干涉、過切、碰撞等問題，如果存在問題則需要進(jìn)行進(jìn)一步的處理和糾正。

關(guān)于后處理環(huán)節(jié)，需要利用后處理器將MasterCAM 軟件中所儲(chǔ)存的刀具軌跡信息轉(zhuǎn)化成為數(shù)控格式，通常軟件中會(huì)提供一個(gè)后處理數(shù)據(jù)庫，轉(zhuǎn)化完成后的數(shù)控格式和數(shù)據(jù)信息都會(huì)存入到后處理數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，以方便后續(xù)工作人員使用。在完成后處理環(huán)節(jié)之后，型腔零件的相關(guān)數(shù)據(jù)和要求全部完成，便可以輸送給數(shù)控機(jī)床完成后續(xù)加工了。

4 結(jié)語

MasterCAM 軟件在紡織機(jī)械模具型腔零件數(shù)控加工中有著非常重要的價(jià)值和作用，有了MasterCAM 軟件的輔助與支持，紡織機(jī)械模具型腔零件在精確度以及整體品質(zhì)上面都得到了很大的提升。未來伴隨著MasterCAM 軟件的不斷完善與升級(jí)，紡織機(jī)械模具型腔零件的數(shù)控加工水平必將實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。