基于MasterCAM儀表殼數控加工工藝處理

x摘要:數控加工工藝性的設計直接影響加工質量和效率。本文基于MasterCAM平臺，通過對一精密儀表電極的上下殼進行數控加工設計，處理了數控自動編程中幾個常見的工藝問題，說明了在CAM系統中數控加工工藝的重要性。

關鍵詞:MasterCAM;數控加工;工藝處理

1 前言

目前CAD/CAM軟件的應用已經越來越廣泛，采用CAM軟件進行數控自動編程也越來越普及。而軟件僅僅只是一種工具，并不是單純地掌握數控程序的編制就可以達到所要求的加工效果。因此，在借助CAM軟件進行編程的同時必須考慮到相關的數控加工工藝知識，如CAD造型、CAM刀路生成特點、所用刀具的性能、裝夾方式等，而且對數控加工工藝的正確理解與實際加工經驗起著非常重要的作用。

2 工藝問題

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，該零件圖輪廓所標的r半徑處位置都為輪廓凹角，對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，需對其進行處理，特別是對這處的加工要求高的時候。由于類似這樣的輪廓凹角半徑一般都比較小，在加工的過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行粗加工，則會浪費過多時間。粗加工時，特別是采用刀具半徑補償指令的輪廓加工，為了避免系統在進行刀具半徑補償時發生矢量干涉而導致半徑補償不成功或為了刀具能在這個凹角處避開小的圓弧半徑的過渡，通常的做法是在原有輪廓線的基礎上再倒一較大的圓角半徑(如圖1所示的R半徑)，這樣系統在計算的時候也會比較快，這樣也可以避免在粗加工的時候發生過切。精加工時再進行清角，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右側虛線所示。通過作這一輔助線可以很好地控制凹角處的進給速度，以避免因速率過快而造成過切。

選擇刀具時粗精加工的刀具半徑不能相差懸殊，否則會因粗加工刀具半徑太大導致所留余量過多，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 刀具半徑補償

對于圖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軟件進行數控自動編程時一般都是通過電腦直接按指定刀具半徑計算出刀具實際應該走的路線，生成NC程序后傳到數控機床即可加工，但是在加工的過程中刀具不可避免會有磨損，直徑可能變小，如果此時仍按原來計算的刀具路徑程序加工，則加工出的零件尺寸上一定會發生變化，如外形尺寸變大，內孔尺寸變小等現象，甚至超出公差值，成為廢品。這時雖然可以再回到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，產生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算幾次刀具路徑，效率低，這只能用于加工精度不高的場合或者零件的粗加工。在進行精加工時，我們可以通過MasterCAM二維外形銑削刀路參數中一個重要的參數進行設置刀具的補償形式和補償方向。MasterCAM9.0提供了“電腦”(軟件)、“控制器”、“兩者”、“兩者反向”以及“關”(不補償)等5種選擇方式，補償方向根據刀具軌跡切削移動方向可以選擇左、右補償2個方向。這時經后處理的刀具路徑NC程序會有相對應的左補(G41)與右補(G42)的G指令存在。加工時可通過修改機床刀具半徑補償值的大小，達到所要的尺寸精度。

2.3 進刀方式

圖1所示儀表上殼，表面要求粗糙度1.6，因此不能出現瑕疵，更不能出現明顯的接刀痕。而數控編程中進刀方式的設置一直都是加工工藝不可避免的問題，如外形銑削時，下刀位置如果選擇不當，會出現過切，這就必須改變下刀位。MasterCAM輪廓銑削刀路具有強大的功能，而且選擇與計算簡便。對于輪廓銑削一般不在拐點處或特別是在尖角處設置進刀點，而是避開拐點處將另一長直線打斷后作為進刀點。如圖2所示是將圓的左邊的1/4等分點作為進刀點。

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

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渡。表面加工質量要求較高，粗糙度為1.6。數控自動編程是根據零件CAD造型指定加工輪廓和曲面進行識別并編程加工，曲面加中的精度主要通過控制走刀路步長和加工帶的寬度來保證。每個零件表面各自有自己的加工要求，因此在進行編程前須認真分析好零件圖紙要求，零件的使用場合，設計目的，然后對零件圖形進行分析，對于一些有特殊要求的表面需進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應的方法。如對于開敞的曲面邊界為保證加工的表面質量，應從工件的邊界外進刀和退刀，甚至圓弧進刀，如圖4所示。在加工精密儀器的直紋表面時，由于表面質量要求高，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零件時，由于工件剛度小，加工變形問題突出，因此采用從單到外的環切時(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程中的變形。

對于儀表的下殼曲面加工由于輪廓曲面線的要求較高，通過三種不同的走刀方式所取得的效果，我們采用了如圖4所示的圓弧進刀方式進行加工，取得了較好的加工質量。

2.5 重建CAD造型

對于圖3所示是儀表下殼，由于具有非常明顯的曲線過渡。編程時如果選取整個曲面作為加工曲面時，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，則會使精加工由于刀具跨越過渡曲線造成曲線變成曲面。而且生成刀路時系統需計算曲面間的點，造成計算量大，程序長。此時必須重新建立曲面，將各個曲面獨立分開，并在原來的基礎上延伸一定的長度，如圖所示，以便使獨立生成的刀路也可以獨立自然過渡，進而達到所要求的曲線效果，如圖7所示。

3 結語

涉及數控自動編程的工藝問題還有很多，如鉆孔時消除反向間隙加工路線的設計，增量方式與絕對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，必須根據機床特點、刀具特點、CAM軟件刀路特點和零件加工要求，合理地設計安排加工工藝，以有效地實現數控加工效果，保證零件加工質量。

參考文獻

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