基于MasterCAM 的連桿鍛模上模造型與編程

唐細永

（廣州南洋理工職業(yè)學院機電工程系，廣東從化510980）

數(shù)控加工是先進制造技術的典型代表，在制造業(yè)的各個領域有著日益廣泛的應用。數(shù)控加工程序是數(shù)控加工的前提和基礎，對于復雜零件的數(shù)控加工程序，一般采用自動編程。而MasterCAM是集設計和制造于一體的CAD/CAM軟件，是目前世界上應用最廣泛、最具有代表性的CAD/CAM軟件。其DESIGN設計模塊集2D和3D的線框、曲面和實體造型于一體，具有特征化造型功能和強大的圖形編輯、轉(zhuǎn)換處理能力。MILL銑床加工模塊支持雙軸、三軸、四軸、五軸加工程序的編制，可以直接加工曲面及實體，提供多種刀具路徑形式和走刀方式，同時還提供了刀具路徑的管理和編輯、路徑模擬、實體加工模擬及后處理等功能。并且MasterCAM可以直接與機床控制器進行通信，完成零件的加工。

1 基于MasterCAM的實體造型

如圖1零件的型腔屬于曲面型腔，形狀復雜，是造型和編程加工的難點和重點。根據(jù)零件的結構特點，為了提高效率和準確性，擬采用逆向思維造型。實體造型分四步走，其思路見圖2。第一步型腔部分造型，第二步擠出毛坯造型，第三步布爾運算求差，第四步擠出孔造型。零件圖樣上帶公差的尺寸，因公差值較小，故造型和編程時不必取其平均值，而取基本尺寸即可。

圖1 零件圖

圖2 實體造型

2 連桿鍛模上模零件的數(shù)控加工工藝分析

2.1 零件工藝性分析

（1）毛坯分析。材料為5CrMnMo模具鋼，在普通銑床上已加工好，毛坯尺寸為130 mm×100 mm×30 mm。

（2）結構分析。零件為平板狀模具零件，加工內(nèi)容包括兩個通孔、以及兩個圓柱體、一個環(huán)形溝槽和一個島嶼構成的型腔的加工。型腔尺寸小，結構復雜，是加工的難點和重點。

（4）形位公差分析。沒有特殊的形位公差要求。

（5）表面粗糙度分析。零件的兩個孔表面粗糙度為1.6 μm，其余表面的表面粗糙度為3.2 μm。經(jīng)分析，零件的所有表面都可以通過加工中心機床加工出來，且加工經(jīng)濟性好；

2.2 制定加工工藝方案

確定生產(chǎn)類型——該零件為模具零件，屬于單件生產(chǎn)。

（1）確定工件的定位基準。零件的尺寸以中心和下表面為標注基準。為保證加工精度和方便對刀，確定以零件的下表面和左右兩個側(cè)面為定位基準。

（2）選擇加工方法。零件的加工內(nèi)容包括兩個通孔加工以及型腔加工，孔的加工精度為IT7級，表面粗糙度為1.6 μm。采用的加工方法為點鉆、鉆孔、擴孔、鉸孔；型腔的加工精度為IT9級，表面表面粗糙度為3.2 μm。采用加工方法為粗銑、半精銑、精銑。

（3）擬訂工藝路線如下：

1）按135 mm×105 mm×35 mm下料。

2）普銑6個面，保證130 mm×100 mm×30mm，表面粗糙度達到 3.2 μm。

3）去毛刺。

4）在加工中心上加工孔和型腔。

5）去毛刺。

6）檢驗。

2.3 設計數(shù)控銑削加工工序

（1）選擇加工設備。選用南通科技投資集團股份有限公司生產(chǎn)的VMC 600型系統(tǒng)為FANUC Oi MC的加工中心。

（2）選擇工藝裝備。采用平口鉗定位夾緊一次裝夾即可完成整個銑削加工。加工通孔時應注意避開墊片，不銑到墊片。

刀具的選擇——由于零件為合金模具鋼，型腔尺寸小，結構復雜，因此選用硬質(zhì)合金鋼刀具。

Φ5 mm中心鉆：點鉆定位孔。

Φ16 mm鉆頭：鉆孔。

Φ19.8 mm鉆頭：擴孔。

Φ20 mm鉸刀：精鉸孔。

Φ3 mm刀角半徑為1mm的圓鼻銑刀：粗銑型腔。

Φ2 mm球頭銑刀：半精銑、精銑型腔。

量具的選擇：

量程為150 mm，分度值為0.02 mm的游標卡尺。

量程為0～25 mm，分度值為0.001 mm的內(nèi)徑千分尺。

量程為25～50 mm，分度值為0.001 mm的內(nèi)徑千分尺。

量程為100 mm，分度值為0.01mm的深度千分尺。

系列圓角規(guī)。

（3）確定加工方案?；谠摴ぜ锌缀托颓唬瑸楸苊庥绊懣椎募庸ぞ群涂兆叩?，確定加工方案如下：

孔的加工方案——點鉆孔、鉆孔、擴孔、鉸孔；

型腔的加工方案——粗銑、半精銑、精銑。

3 基于MasterCAM的連桿鍛模上模零件的編程

MasterCAM軟件是典型的CAD/CAM軟件，其銑削模塊在數(shù)控銑床和加工中心自動編程中應用非常廣泛。連桿鍛模上模零件的編程核心是型腔的編程。零件的編程原點設置在毛坯上表面的中心；Φ20 mm的兩個孔先采用Φ5 mm中心鉆定位，再采用Φ16 mm鉆頭鉆通孔，然后采用Φ19.8 mm鉆頭擴孔，最后用Φ20 mm的鉸刀精加工孔。銑削內(nèi)槽型腔時先采用Φ3 mm刀角半徑為1 mm的圓鼻銑刀粗加工，加工間距取0.8 mm，然后采用Φ2 mm球刀半精加工和精加工。考慮加工零件時，走刀方式對加工精度以及表面質(zhì)量的影響，并結合進退刀的安全性，在挖槽粗加工時，預鉆了深度為14 mm的Φ5 mm工藝孔指定點螺旋下刀，位置設置在（-55.0，0），并采用等距環(huán)繞走刀方式，提高了加工精度和余量的均勻性；在殘料粗加工時，設置了參數(shù)合理的螺旋下刀方式以及沿曲面的過渡走刀方式，避免了加工出現(xiàn)碰撞，提高了刀具的剛性；環(huán)繞等距精加工，采用由里向外的走刀方式以及0.6 mm的合理步進量，保證了加工精度和走刀的安全性。

（1）編制數(shù)控加工工序卡（如表1）。

表1 連桿鍛模（上模）零件數(shù)控加工工序卡片

（2）MasterCAM軟件模擬加工驗證程序。觀察加工是否出現(xiàn)碰撞，排除參數(shù)設置的不合理性，驗證走刀的合理性。

圖3 模擬加工圖

（3）選擇MPPOST后置處理器生成數(shù)控加工程序代碼，根據(jù)機床換刀為無機械手換刀以及沒啟用A坐標功能等實際情況，修改程序，對應程序如下：

4 結束語

連桿鍛模上模零件的型腔尺寸小，結構復雜，刀具直徑小，容易振動，進刀和退刀難度大，這些是編程設計的重點和難點。解決的方法采取了預鉆Φ5 mm下刀工藝孔解決，保證刀具安全平穩(wěn)下刀，粗加工留比較均勻的精加工余量，以提高型腔的尺寸精度和表面質(zhì)量。由于孔的加工精度和表面質(zhì)量要求高，為排除型腔加工對孔加工尺寸精度和表面質(zhì)量的影響，因此將鉸孔工序做為最后精加工工序。通過實體加工，發(fā)現(xiàn)該細小零件的加工難度較大，主要是由于刀具小，型腔局部較深。因此刀具的合理裝夾和選擇對加工非常有利。

[1]周 虹.數(shù)控加工工藝設計與程序編制[M].北京：人民郵電出版社，2009.

[2]蔡冬根.Mastercam9.0應用與實例教程[M].北京：人民郵電出版社，2006.

[3]鄒吉權.公差配合與技術測量[M].重慶：重慶大學出版社，2004.

[4]徐宏海.數(shù)控加工工藝[M].北京：化學工業(yè)出版社，1999.