基于MasterCAM 9.1的曲面加工編程實例

蔡紅軍，謝敏嬋

(陜西烽火電子股份有限公司，陜西 寶雞 721006)

Mastercam是美國CNCSoftware NC公司開發(fā)的CAD/CAM一體化軟件。其對計算機硬件要求不高，界面友好，操作靈活，易學(xué)易用，能快速投入使用并取得效益，因此成為機械加工制造行業(yè)，特別是一些中小型公司應(yīng)用普遍的流行軟件。

MasterCAM曲面加工又稱三維刀具路徑。針對復(fù)雜的曲面外形，MasterCAM9.1提供了多種曲面粗加工和多種曲面精加工功能用于加工曲面。根據(jù)零件形狀尺寸選取合適的加工方法與切削參數(shù)是曲面零件加工的關(guān)鍵，加工方式選擇的好壞會直接影響到加工效率和加工質(zhì)量。下面以某檢測設(shè)備中某鈦合金零件曲面部分加工為例，闡述MasterCAM9.1曲面加工編程的一般步驟及些許技巧。

1 加工編程準備

（1）毛坯和設(shè)備的準備。零件毛坯為250mm×167mm×42mm的鈦合金長方體，已按圖紙銑好外形和基準面。CNC加工設(shè)備選擇采用FUNUC-I0系統(tǒng)的立式銑加工中心，配備臺虎鉗及相關(guān)工具。

（2）零件實體模型的準備。按照圖紙，使用拉伸建立實體、拉伸切割實體完成零件實體初步建模，在通槽邊沿棱角處倒圓角R1.5即完成零件實體的加工建模（如圖1）。或者通過其它格式轉(zhuǎn)換，將已完成的零件實體模型導(dǎo)入MasterCAM 9.1。

圖1 零件實體建模

然后，通過創(chuàng)建實體邊界生成零件邊界曲線，以備后續(xù)加工需要。

2 加工編程

曲面加工一般都是先采用曲面粗加工的方式對零件曲面進行去除余量切削，然后采用曲面精加工的方式對零件曲面進行精細加工，最終達到設(shè)計圖紙要求。其中二維加工不作詳細闡述，重點探討曲面的加工。

（1）R20與相切面曲面粗加工。曲面粗加工是為了盡可能快地將曲面工件從毛坯中分離出來。選擇使用Φ80銑刀盤，執(zhí)行如下步驟（采用等高外形銑Contour）：

選取實體所示曲面部分，“確定”后，彈出如圖2-1所示對話框，具體切削參數(shù)可參照圖2-2、圖2-3所示或根據(jù)個人經(jīng)驗選取。應(yīng)在加工條件允許的條件下，優(yōu)化粗加工的切削參數(shù)，盡量縮短加工時間，提高加工效率。

“確定”后，點擊主菜單上的“操作管理”即可執(zhí)行刀具路徑模擬、實體切削驗證和后處理等。在此不作切削驗證。

（2）R20與相切面曲面精加工。曲面精加工是為了精確地將三維模型的曲面形狀表現(xiàn)出來，其走刀形式是在三維曲面的表面作單層單次走刀。

此例中，曲面精加工的方式與粗加工基本相同。所不同的是：采用Φ24的R6的圓角刀，主軸轉(zhuǎn)速提升為4000r/min，走刀速度為400mm/s，無預(yù)留量；優(yōu)選精加工中的平行銑削Parallel（若采用曲面精加工的等高外形銑，加工完成后發(fā)現(xiàn)在曲面部分表面粗糙度很差，難以達到圖紙要求。）；加工參數(shù)與粗加工也有較大區(qū)別：加工精度由粗加工的0.025提高至0.01，R20圓弧面部分最大切削間距為0.2mm，與R20圓弧面相切部分平面最大切削間距為8.4mm。可以根據(jù)個人加工經(jīng)驗優(yōu)化切削參數(shù)，盡量提高曲面的加工質(zhì)量。

圖2-1 刀具設(shè)置

圖2-2 切削參數(shù)設(shè)置

圖2-3 切削參數(shù)設(shè)置

“確定”后，選取主菜單上的“操作管理”執(zhí)行刀具路徑模擬和實體切削驗證。本例經(jīng)切削驗證后的加工效果如圖3。背面使用相同加工方法即可。

圖3 曲面切削驗證

至此，鈦合金振頭整體輪廓已加工完成，剩下4處跑道形通槽及其邊沿R1.5等待加工。

（3）4處通槽及其周邊R1.5的加工：①4處通槽的加工。4處跑道形槽為4處8mm×81mm，兩端直徑為8 mm的封閉曲線輪廓，如圖4所示。加工前預(yù)先生成4處槽邊沿8處圓角R的中心，連接8處圓心，生成4條直線段。

圖4 4處跑道形通槽

加工時首先使用Φ9.8鉆頭在8處圓心鉆下刀孔，然后選取Φ10銑刀銑通槽（4條直線段即為刀具軌跡）。此處為二維平面加工，不做贅述，加工驗證后的效果也不作演示。②單面4處R1.5（共兩面8處）的加工。此處需要在4處通槽周邊加工出R1.5，特別是其中部分R1.5在R20大曲面上，加工時極容易出現(xiàn)過切現(xiàn)象，成為加工重點與難點。經(jīng)多次嘗試，最終確定如下工藝方案:首先采用曲面加工中的流線銑Flowline（或平行銑）加工R20曲面以上平面處的一個槽邊沿處R1.5，然后采用曲面加工中的流線銑加工同一個槽R20曲面上及R20曲面以下部分處的R1.5。可選擇采用Φ6(或Φ8)球銑刀作為加工刀具，建議選用Φ6球銑刀。

單槽總的加工步驟是：

最后將單槽的加工軌跡按圖紙尺寸（X52；Y0）進行陣列即可。切削刀具、切削參數(shù)分別參照圖5-1、5-2、5-3所示或根據(jù)個人經(jīng)驗選取和設(shè)定。

最終經(jīng)過切削驗證后，加工效果如圖5-4。背面使用相同加工方法即可。

圖5-1 切削參數(shù)設(shè)置

圖5-2 切削參數(shù)設(shè)置

圖5-3 切削參數(shù)設(shè)置

3 后處理

當(dāng)完成上述步驟，檢查確認所產(chǎn)生的刀軌后，即可生成最終需要的機床程序了。讀者可根據(jù)實際機床加工情況一次生成一個或多個機床程序。依次在主菜單中選取 “刀具路徑”、“操作管理”，選擇所彈出對話框中Φ80銑刀盤粗加工與Φ24的R6的圓角刀精加工R20兩部分操作，“執(zhí)行后處理”，可根據(jù)機床系統(tǒng)方式 “更改后處理程式”。 FUNUC-IO系統(tǒng)數(shù)控加工中心即用MPFAN.PST程式，無需改動。點取“確定”后，根據(jù)實際需求選取所需參數(shù)，執(zhí)行 “確定”，即可產(chǎn)生R20曲面部分的粗加工與精加工程序。

圖5-4 切削驗證

同樣方法，選取所需刀路，即可生成4處通槽及其周邊R1.5的加工部分的程序。

4 結(jié)語

MasterCAM是一款功能強大的CAD/CAM一體化軟件，幾乎可以完成常規(guī)的所有簡單和復(fù)雜形狀零件的加工，因而在國內(nèi)外市場得到廣泛學(xué)習(xí)和應(yīng)用。以上所介紹的MasterCAM 9.1的應(yīng)用技術(shù)，針對實際加工生產(chǎn)，對廣大MasterCAM用戶普遍適用。其中某些工藝思路，只是對MasterCAM曲面加工方法的簡單探討，是實際生產(chǎn)中的一些真實經(jīng)驗總結(jié)，希望能起到拋磚引玉的作用。讀者可根據(jù)自己的實踐經(jīng)驗，通過學(xué)習(xí)掌握MasterCAM軟件的各種加工方式及特點，自行確定加工工藝和切削參數(shù)，編寫出合理的機床程序。

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