基于MasterCAM區域銑削與動態銑削的粗加工效率研究

龔 航

（昆明理工大學，昆明 650500）

0 引言

MasterCAM是一種目前在國內外機械加工行業廣泛使用的CAD/CAM應用軟件，幾乎可以完成所有常規的簡單和復雜形狀零件的加工。MasterCAM區域銑削的控制方法可以實現零件的加工，不同的控制方法直接影響加工效率，通過設置刀具邊界、設置干涉面、添加輔助面和刀具軌跡修剪等方法控制加工區域的大小來提升加工效率[1～4]。針對MasterCAM銑削加工在選擇不同加工方式和自動、手動相結合生成NC加工程序可以優化加工過程，從而提升加工效率[5,6]。MasterCAM動態銑削在很大程度上改變了粗加工的模式，尤其在大切削量情況下，可以有效提升加工效率[7,8]。

本文針對快速加工封閉型腔、開發凸臺或先前操作剩余區域的粗加工，使用MasterCAM中區域銑削與動態銑削兩種加工方法對粗加工效率進行研究，通過相同的精加工方式對比區域銑削與動態銑削對零件表面質量進行研究。

1 區域銑削與動態銑削的概念

快速加工封閉型腔、開放凸臺或先前操作剩余的殘料區域稱為區域銑削加工；完全利用刀具刃長進行切削，快速加工封閉型腔、開放凸臺或先前操作剩余的殘料區域稱為動態銑削加工。區域銑削與動態銑削在加工概念上只有“完全利用刀具刃長進行切削”的區別。

2 零件加工

2.1 零件模型及加工參數

零件模型為“S”型字母（圖1）、加工深度分別為5mm和15mm，毛坯尺寸為：80mm×80mm×25mm，材料為6061鋁合金。加工參數如表1所示。

圖1 加工零件3D圖

表1 加工參數表

2.2 零件的模擬粗加工及效率

選擇MasterCAM軟件中的銑削模塊，分別使用區域銑削和動態銑削加工“S”型模型。區域銑削與動態銑削在建立串聯選項方法是一樣的，在串聯選項中加工域策略為開放、避讓范圍選擇“S”型圖形，其余選項不選（如圖2、圖3所示）。確定以后進入到下一步，設置刀具切削參數和刀具共同參數如表2所示。

圖2 串聯選項

圖3 避讓范圍

表2 刀具切削參數和刀具共同參數

續（表2）

將切削參數和共同參數確定后，軟件自動生成加工刀路，如圖4和圖5所示。

圖4 區域銑削加工刀路（左5mm、右15mm）

圖5 動態銑削加工刀路（左5mm、右15mm）

軟件可以模擬出加工時間和加工刀路長度，區域銑削和動態銑削的加工時間和加工刀路長度如表3所示。

表3 區域銑削與動態銑削效率對比

通過模擬區域銑削與動態銑削加工時間和刀路長度。當加工深度從5mm改為為3倍深度15mm時，區域銑削加工時間增加了3倍，刀路長度增加了4.1倍，加工時間和刀路長度的增加倍數≥3倍；動態銑削加工時間增加了4s，刀路長度增加了20mm，由于加工深度增加了10mm，下刀長度增加了10mm（下刀時間10mm÷200mm/min＝3s），提刀長度增加了10mm（提刀時間10mm÷600mm/min＝1s），所以加工時間增加了4s，刀路長度增加了20mm。

區域銑削在加工深度小時，雖然Z方向反復分層加工，但XY方向刀具步進量大，加工效率高；動態銑削的XY方向刀具步進量小，導致加工效率低；動態銑削在加工深度大時，雖然XY方向刀具步進量小，但發揮了“完全利用刀具刃長進行切削”的優勢，加工時間和刀路長度幾乎不變，加工效率高；而區域銑削的反復分層加工，導致加工效率低。

2.3 實際加工

實際加工過程中，區域銑削和動態銑削都留有0.1mm的壁邊精加工余量，加工過程中加工深度為15mm，觀察粗加工的表面質量與精加工后的表面質量。

區域銑削和動態銑削粗加工中表面質量有明顯刀痕，區域銑削加工在XY方向和Z方向都有明顯的刀痕，動態銑削在XY方向有明顯的刀痕，如圖6所示。

圖6 區域銑削（左）與動態銑削（右）粗加工

精加工中，使用MasterCAM銑削模塊中的外形銑削，主軸轉速1800r/min，進給速率200mm/min，壁邊預留量0mm。精加工完成后，區域銑削與動態銑削加工的模型表面質量是一樣的，如圖7所示。

圖7 區域銑削（左）與動態銑削（右）精加工

4 結論

基于MasterCAM軟件對區域銑削和動態銑削的粗加工效率研究，粗加工過程中在工件加工深度大時動態銑削“完全利用刀具刃長進行切削”的特點使加工效率大幅提高，加工效率優于區域銑削；而工件加工深度小時區域銑削加工的效率優于動態銑削加工。精加工完成后，區域銑削和動態銑削的工件表面質量相同。在不同條件下正確地選擇區域銑削和動態銑削，對于提高生產效率和降低加工成本具有重要的意義。