基于MasterCAM的鼠標模電極數控加工

楊云國

摘 要：曲面電極加工是數控加工中的難點，該文結合鼠標模電極加工的具體實例，闡述了MasterCAM軟件在曲面電極加工中的應用，從刀路選擇、加工工序安排等方面著手，改進了曲面電極加工的一些常用方法，生產試驗表明合理選擇曲面電極加工方式對滿足電極加工精度與提高加工效率有著重要影響。

關鍵字：電極加工 刀路分析 數控銑削

中圖分類號：TH16 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）03（c）-0091-02

1 鼠標模電極的數控加工工藝分析

1.1 鼠標模電極零件圖

如下圖1所示。

1.2 電極加工工藝分析

確定好待加工電極的幾何模型后就需要對電極的數控加工工藝進行總體規劃。此電極的加工難點在于其表面由不同的曲面構成，而且表面有起伏，有凸沿，加工起來比較復雜。在選擇加工工藝參數應考慮電極的幾何形狀、表面粗糙度、加工精度.以及材料的剛度和變形等，采取先粗后精的加工方式。綜合以往的加工經驗，該研究者認為比較合理的加工工藝安排為：粗加工→半精加工→精加工。

（1）粗加工。粗加工的原則是采用大刀具、大步具、大行距、大切削深度，去除毛坯的大部分余量，這樣可以節省加工時間、提高勞動生產率。應設置合適加工余量，如果設置過大，會影響后續加工，致使加工表面粗糙；過小，由于粗加工時刀具的振動已經傷及最后成型表面，致使加工質量下降。在加工時運用多層銑削功能設置層的深度。綜上考慮，使用平行銑削粗加工刀路比較合適。

（2）半精加工。粗加工后電極加工表面刀痕粗糙，在斜面上呈“梯田”狀，表面應力大，有變形現象。半精加工時步距、行距、切削深度和刀具半徑等參數都相應減少，提高表面精度、消除應力變形，留少許余量，為精加工做好準備。考慮到電極的形狀結構，采用等高外形精加工刀路。

（3）精加工。精加工后電極要滿足設計圖樣的最終精度，零件的加工質量與加工設備、裝夾、操作者、刀具、冷卻液等諸多因素有關，為此做加工計劃時步距、行距、走刀公差的設置要比圖樣設計小，這樣才能加工出符合質量要求的電極。鼠標模電極上面部分比較平坦，稱為淺平面，中間滾輪部分曲面陡峭，稱為陡斜面。基于以上工藝分析及曲面特點，淺平面與陡斜面是一個加工難點。解決這一問題所需的精加工時間長，同時還要兼顧效率，因此合理選擇精加工方法至關重要，根據曲面特點可采取平行銑削精加工的刀路安排。

結合以上的工藝分析、優化及該電極的大小，加工時選用一塊75mm×45mm× 40mm長方形紫銅毛坯。數控銑床加工，裝夾工具選用平口虎鉗.加工原點定在電極毛坯塊對稱中心的上表面，粗加工和半精加工刀具選擇￠l0立銑刀，精加工刀具選擇￠8的球頭刀。

2 鼠標模電極的數控加工過程

2.1 曲面粗加工——平行銑削粗加工

電極粗加工，采用曲面平行銑削粗加工.以￠l0立銑刀去掉絕大部分加工余量。曲面平行銑削加工是分層清除曲面與加工范圍之間的所有材料的加工方法。刀路計算時短，刀具切削負荷均勻，加工效率高，加工表面質量好。加工的主要目的是去除大部分材料，一般為粗加工的第一步首選方案。步驟如下：選擇刀具路徑——曲面加工——粗加工——平行銑削——凸——所有的——曲面——執行。然后根據對話框的提示設置各項加工參數：

（1）設置刀具參數：進給率1 000mm/min：下刀速率100mm/min：提刀速率1 500 mm/min；主軸轉速2 000r/min。

（2）設置曲面加工參數：安全高度采用絕對坐標100mm；參考高度采用絕對坐標50mm，下到位置5mm，采用快速提刀，預留0.5mm的加工余量。

（3）設置平行銑削粗加工參數：整體誤0.025，最大z軸進給量1 mm。選擇雙向銑削方式，最大切削間距2mm，加工效果如圖2。

2.2 曲面半精加工——等高外形加工

電極半精加工，為下一步精加工清除障礙。等高外形加工的特點是加工路徑產生在相同的等高線輪廓上。對于形狀接近零件形狀的毛坯，無需一層一層地對毛坯進行切削。一般常用于側壁外形曲面精加工及清角加工，一般也作為平面銑削加工后的二次粗加工。以小直徑刀具去除殘料。步驟如下：選擇刀具路徑——曲面加工——精加工——等高外形----所有的——曲面——執行。

（1）設置刀具參數：進給率1 200mm/min：下刀速率100mm/min；提刀速率1 500 mm/min；主軸轉速2 500r/min。

（2）設置曲面加工參數：加工面預留0.1 mm的加工余量，其他參數和上面粗加工相同。

（3）設置等高外形精加工參數：z軸最大進給量0.15 mm，整體誤差0.025。采用順銑切削方式。切削深度采用絕對坐標，最高位置-20，最低位置-24，其他設置默認。加工過程見圖4。

2.3 曲面精加工——平行銑削精加工

電極精加工，要得到加工質量最好的曲面，使用￠8的球頭刀采取平行銑削精加工方式進行曲面精加工。平行銑削是分層平行切削加工的方法，該刀路計算時間長，提刀次數多，對坡度小的曲面加工效果較好，遇有陡斜面時需控制加工角度，可作為曲面精加工階段的首選刀路。步驟如下：選擇刀具路徑工——曲面加工——精加工——平行銑削——所有的——曲面——執行。

（1）設置刀具參數：進給率1 500mm/min：下刀速率100mm/min；提刀速率1 500 mm/min；主軸轉速3 000r/min。

（2）設置曲面加工參數：加工面預留0mm加工余量，其他參數和上面粗加工相同。

（3）設置平行銑削精加工參數：整體誤差0.025，采用雙向切削方式，最大切削間距為0.1 mm，加工角度45°。

2.4 加工時要注意的問題

（1）工件和刀具一定要裝夾牢固，防止加工過程中出現松動，影響加工質量甚至報廢零件。

（2）為了得到比較高的加工精度，建議采用杠桿百分表對刀法進行對刀。

（3）中間換刀是一定要注意是否在安全的空間位置，不要出現撞刀事故。

（4）加工時一定要使用切削液冷卻，最好切削油進行潤滑和冷卻。

（5）正確的操作數控車床，保證安全文明生產。

參考文獻

[1] 傅偉.Mastercam軟件應用技術[M].北京：人民郵電出版社，2006.

[2] 宋國龍.基于Master CAM 的曲面造型中加工特點分析[J].陜西科技大學學報，2009，27（5）：127-129.

[3] 李立斌.基于Master CAM的曲面零件的數控加工編程[J].機電一體化，2009（6）：101-104.