基于MasterCAM復雜異形零件銑削加工工藝與仿真

■青海華鼎重型機床有限責任公司 （西寧 810100） 馬永紅　楊 亮 王亞平■白銀礦冶職業技術學院 （甘肅 730900） 孫耀恒

基于MasterCAM復雜異形零件銑削加工工藝與仿真

■青海華鼎重型機床有限責任公司 （西寧 810100） 馬永紅楊 亮 王亞平
■白銀礦冶職業技術學院 （甘肅 730900） 孫耀恒

摘要：在數控機床加工過程中，尋求加工工藝低成本、高質量并縮短非工作時間和提高加工效率的解決方案，并將其轉化為更低的單件成本、更高的投資回報率。所以在針對特定的復雜異形的加工對象時，合理分析加工工藝特點、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重要的，同時利用Mastercam軟件對加工過程進行仿真，驗證數控程序的正確性及合理性。這些環節直接影響到被加工零件的精度，從而對整機性能產生影響。

合理地劃分復雜異形零件的加工工藝是數控機床在實際加工中一個關鍵的環節，當然利用先進的數控加工仿真軟件是必不可少的手段。MasterCAM系統把計算機輔助設計與制造加工結合起來，從零件模型到加工軌跡的生成，再通過后處理轉化為數控機床能識別的加工程序，從而完成零件的實際加工，使設計、數控加工更加方便、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在以下幾個方面：①高溫強度和高溫硬度高。1Cr18Ni9Si3在700～800℃時也不能降低其機械性能，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）零件結構工藝分析。從圖1上看，該零件是典型的不規則的回轉體零件，結構比較復雜，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，加工硬化也很嚴重，塑性和韌性較高，所以首先采用鉆孔的形式，擴大加工面，且要先加工該零件的內部結構，完成后，使工件恢復其應力再加工外部輪廓，減少其變形。通過分析該零件，其布局不規則，用普通方法加工難度大，經考慮，決定采用數控機床先加工內部結構，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（消除內應力）。③粗車內孔留量。主要利用四爪卡盤，在其車削上方及下方內孔時，由于是偏心的，需要墊塊找正中心軸線。④精車內孔至尺寸公差要求及表面粗糙度值要求。⑤內磨要求為Ra=0.8μm的內孔及內端面。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。當零件的加工質量要求較高時,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到所要求的加工質量和合理地使用設備、人力、零件的加工過程通常按工序性質不同，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率、工件的加工精度、已加工表面質量、刀具的磨損和加工成本，所以正確地選擇刀具材料是數控加工工藝的一個重要部分，由于該零件的材料是1Cr18Ni9Si3，推薦用硬質合金中的YG8類刀具，因為硬質合金中的鈦元素和被加工材料中的鈦元素之間產生親和力，使粘結現象嚴重，導致切削溫度升高，摩擦因數增大，加劇了刀具磨損，所以加工1Cr18Ni9Si3這種材料時采用硬質合金刀具。

4. MasterCAM銑削的數控仿真

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

圖2　零件Pro/E三維模型

（2）零件的銑削仿真。利用MasterCAM導入三維模型，依次設定工件坐標系，選擇工藝參數、刀具參數、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　工件坐標系設定

圖4　刀具參數設定

（3）后處理階段（見圖8）。單擊MasterCAM“刀具操

作管理器”中的按鈕，系統將彈出“后處理方式”對話框，從中設置相應的參數、文件名和保存路徑后，就可以生成該刀具路徑的加工程序。如果需要實際加工該實體零件，只需要將生成的NC程序通過局域網傳輸給數控機床進行實體NC數控加工。

圖5　走刀路徑設置

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. 結語

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

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收稿日期：（20150314）