基于MasterCAM手機凸模的數控加工

張秀萍，馬春林

(1. 新疆輕工職業技術學院，新疆 烏魯木齊 830021； 2. 石河子職業技術學院，新疆 石河子市 832000)

基于MasterCAM手機凸模的數控加工

張秀萍1，馬春林2

(1. 新疆輕工職業技術學院，新疆 烏魯木齊 830021； 2. 石河子職業技術學院，新疆 石河子市 832000)

摘要：分析零件的結構特點,應用Pro/E軟件的設計模塊構建零件加工圖形,應用MasterCAM制造模塊對零件進行加工模型的創建、加工設置、數控仿真和數控編程,利用MasterCAM的后處理功能,自動生成零件的數控加工NC代碼,提高了零件的加工制造速度。

關鍵詞：刀具路徑；數控加工；自動編程

CNC Machining of Phone Convex Model Based on MasterCAM

ZHANG Xiuping1, MA Chunlin2

(1. XinJiang Institute of Light Industry Technology，Wulumuqi 830021,China;

2. Shihezi Vocational Technical College，Shihezi 832000,China)

Abstract:Based on analysis of structure characteristics of parts, this paper the module designed by Pro/E to generate the processing graphics for the parts. And the manufacturing module of MasterCAM is used to create a process model, process settings, NC simulation and numerical control programming. The post processing functions of MasterCAM can be used to automatically generate the NC code of the part for NC machining. This improves the processing speed of the parts.

Keywords:tool path; CNC processing; automatic programming

0引言

當今CAD/CAM技術日臻完善,在現代模具的設計制造中發揮著越來越重要的作用, CAD/CAM技術已成為現代塑料模具制造不可或缺的技術。手機行業的競爭和發展,帶動了很多技術的發展和革新。以Pro/E和Mastercam軟件為平臺,對手機凸模進行三維建模,然后根據產品形狀進行數控加工仿真,并設計加工工藝,縮短手機設計與制造周期,提高手機設計質量,降低企業生產成本。

1手機凸模建模

MasterCAM是美國CNC Software Ine公司開發的一款功能強大的CAD/CAM軟件,CAD造型和CAM數控編程集成于一個系統環境中,可完成零件的幾何造型、刀具路徑生成、加工模擬仿真、數控加工程序生成與數據傳輸。設計模塊集2D和3D的線框、曲面和實體造型于一體,具有全特征化造型功能以及強大的圖形編輯、轉化和處理功能。現采用Pro/E軟件作為3D建模設計平臺,對零件圖(如圖1)所示的手機凸模型進行3D設計,在生成3D實體后,導入到MasterCAM軟件中,由 MasterCAM軟件自動生成刀具運行軌跡的NC數據并傳送給加工中心,由加工中心來完成零件的實際加工。

圖1　手機凸模型

2手機凸模的零件分析

零件圖樣分析主要是分析零件的形狀、尺寸、技術要求、定位基準及毛坯等。

2.1零件結構分析

手機凸外殼結構簡單，但在加工中間間隙時難度較大。

2.2零件工藝分析

零件工藝包括毛坯性能、定位基準、裝夾方式及加工切削用量、刀具的選用。

a) 零件特點

零件的材料為Q235A，尺寸為160mm×160mm×60mm，該零件主要是由圓弧面和槽組成.該零件形狀結構并不是太復雜，多處轉接圓角，使用的刀具比較多，由于材料是Q235A，切削性能比較好，選用高速鋼刀具來加工。由于加工的是一個凸模，要特別注意切削深度和主軸的轉速。

b) 選擇安裝基準、確定裝夾方式

該零件是已磨了6個面的長方體，其任意一面可以作為基準平面。在裝夾時，正確選擇定位基準對保證表面間的位置要求(位置尺寸和位置精度)和安排加工順序都有很大的影響。一個零件加工的基準包括設計基準、定位基準和裝配基準。一般都是采用設計基準作為定位基準的基準重合原則，這樣可以避免基準之間的誤差。選擇裝夾時，在數控加工中心中夾具的主要任務就是保證零件的加工精度，夾具要有足夠的剛性和強度。

確定加工順序及走刀路線。一般都是采用先面后孔，基準先行，先粗后精的原則。

c) 選擇數控刀具

加工中心最高主軸轉速是4000r/min，刀具要具有較高的剛度和良好的斷屑性能，刀頭材料熱脆性要好。鑒于這個零件結構，要用到平銑刀和球刀兩大類,有d16的平刀、d12的平刀、d6的平刀、d3的平刀、d2的平刀、R2.5的球刀。

d) 制定工藝路線

1) 對于手機殼模的加工，只用到曲面銑槽粗加工、曲面等高粗加工、曲面平行粗加工、粗加工曲面平行銑、精加工曲面平行銑、平面銑槽、外形銑等加工方法。

2) 加工階段的劃分一般情況下，在加工中心的零件已在其他機床經過粗加工，加工中心只是完成最后的精加工，根本就不需要劃分加工階段，但由于零件對加工精度要求不高，加工余量又不是很大，又屬于單件生產，可以充分地利用加工中心優勢，把粗精加工合并進行。

3) 加工順序的安排理想的加工工藝不僅要保證加工精度還要充分地發揮機床的功能，加工順序一般都遵循先粗加工﹑再半精加工﹑然后精加工，盡量減少裝夾數次，減少刀具空運行時間，把安全高度﹑下刀位置設低一點。

3零件加工編程及參數設置

MasterCAM 是一套具有優秀的數控編程功能,有效地解決了幾何造型、零件幾何形狀的顯示,交互設計、修改及刀具軌跡生成，走刀過程的仿真顯示、驗證等問題的軟件。采用MasterCAM 對由Pro/E所生成的手機外殼凸模后，生成IGS文檔進行NC 加工。參照前面手機外殼凸模的零件分析,考慮到精度問題，采用粗精加工相結合達到的加工效果如圖2所示。

圖2　凸模加工效果圖

a) 手機外殼凸模的工件參數設定

在對手機外殼凸模粗加工前必須進行坯料工件參數的設定。如圖3所示，工件是160mm×160mm×60mm的Q235鋼，工件原點是(0，0，0)，進給率的計算設為依照刀具，最大轉速設為4000r/min。

圖3　工作參數設置

1) 粗加工

首先對該零件整個外形進行三維曲面銑槽粗加工，選用d16的圓鼻刀平刀，為達到好的效率，設z下刀量為0.5mm,主軸轉速為900r/mim,z軸下刀速率300r/mim，余量留0.2mm。曲面粗加工銑槽時采用螺旋下刀，但深度較深，刀徑較大所以會有跳刀現象，為限制它的下刀高度先下到-25.5mm，限制它下刀的深度為-17mm。同時也要外型銑，粗銑留給的余量是0.2mm。切削間距是直徑的75%，切削間距距離是22.65mm。

2) 半精加工

由于粗加工還留下0.2 mm作為精加工余量刀把余量清除掉。

為此再用d5的球刀對整個凸模進行曲面等高精加工，加工出來的效果為圖4所示。

圖4　精加工結果

b) CAM編程過程中的參數選項設置

MasterCAM中加工參數的設計是非常重要的，合理的參數要通過理論與實踐的結合得出。不同材料的加工參數也不同，具體情況具體分析。在CAM編程過程中的參數選項設置都是通過查表和經驗相結合而設定的。如選用d30的圓鼻合金刀，對整個外形做三維曲面挖槽粗加工，那可以在切削用量選擇表中輸入刀具的直徑，就可以得到相應的參數。刀具參數如圖5所示。

圖5　刀具參數的設定

4Mastercam后置處理

Mastercam后置處理主要是使編程軟件的代碼和機床的編程代碼相一致。一般不同型號的機床使用的代碼也不同。所以編程時首先要熟悉所使用的機床編程軟件的代碼。由于學校的刀夾頭有限，因此需要每一把刀出一個NC。當程序編好后還不能馬上傳輸進加工中心，還需要調整。需要把G21的指令刪去，因為這樣可以區分公制和英制。把A0刪掉，因為機床沒第4軸，把M 6指令刪去，因一把刀出一個程序沒有換刀，同樣還要把G43刪去，因為沒有刀具長度補償。這些設定好后，就可以正式加工了。

5結語

MasterCAM軟件能方便地建立零件的幾何模型,設置好工藝參數后能自動生成數控代碼,縮短編程人員的編程時間。特別對復雜零件的數控程序編制,可大大提高程序的正確性和安全性,降低生產成本,提高工作效率。

參考文獻:

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[3] 陳洪濤. 數控加工工藝與編程[M]. 北京:高等教育出版社,2001.

收稿日期：2014-01-07

中圖分類號：TP391.73

文獻標志碼：B

文章編號：1671-5276(2015)04-0052-02

作者簡介：張秀萍(1978-)，女，四川安岳人，副教授，碩士，研究領域為CAD/CAM，數控編程與加工。