MasterCAM常用2D刀路詳解與應用技巧

王彥誠，張文帥，張妍

（陜西工業職業技術學院，陜西 咸陽 712000）

0 引言

數控加工技術是現代制造技術不可獲缺的重要組成部分，隨著數控加工技術的發展，產品生產周期不斷縮短，產品加工種類越來越多、加工范圍越來越大。如今數控加工技術向著多軸加工方向發展，多軸加工是加工機器能同時控制3軸聯動以上，它將數控車、數控銑、數控鉆等功能組合在一起，一次裝夾后，完成對工件加工的所有加工工序[1]。目前人們已經意識到多軸加工的優越性，但同樣面臨著困難，其中包括多軸加工數控編程抽象、操作困難這一難題。

1 MasterCAM軟件介紹

多軸加工計算機輔助制造軟件種類繁多，國外軟件有UG、MasterCAM、Powermill、Cimatron、CAXA、Hypermill；國內軟件有北京精雕公司研發的Surfmill，這類CAM解決方案軟件普遍具備刀路模擬、加工仿真等功能。計算機輔助制造軟件的應用縮短了加工周期，節省了加工成本。MasterCAM 作為一款專門的計算機輔助制造軟件（CAM），一是其具備強大的兼容功能，能夠輕松識別導入Pro/E、UG、SolidWorks、Inventor等主流計算機輔助設計軟件（CAD）的模型；二是完善的刀路指令功能，軟件刀路指令豐富，刀路產生速度快；三是軟件后處理合理，MasterCAM生成G代碼占用內存小；四是軟件界面簡潔明了，具有良好的人機交互功能，上手容易，可輕松實現3、4、5軸對零件的加工，可提高多軸加工人才的培養速率[2]。

2 2D刀路定義

如圖1所示，3D輪廓外形是指組成外形輪廓的所有線、圓弧、曲線等圖素并不一定都位于同一構圖面內，如正方體輪廓，擁有3個構圖平面；2D輪廓外形是指組成外形輪廓的所有線、圓弧、曲線等圖素均位于同一構圖面內，如正方形輪廓，擁有一個構圖平面[3]。2D刀路指的是刀具進行工件切削時，生成刀路選用的圖素均為2D輪廓外形。

圖1 3D與2D輪廓外形

MasterCAM 2019版2D刀路指令豐富，滿足日常加工需求，按照切削速度分為高速切削刀路和特征切削刀路。高速切削刀路主要用于工件粗加工，大范圍去除工件余量，典型的刀路指令有動態銑削指令、動態外形指令；特征切削刀路主要用于工件精加工，在工件開粗后使用，保證工件的尺寸和公差，典型的刀路指令有外形指令、區域銑削指令。MasterCAM 2019軟件中共有27個2D刀路指令，在實際加工過程中，大部分的2D刀路指令不會用到，只需熟悉并靈活運用常用的2D刀路指令，就可以滿足普通工件加工要求。Mastercam2019軟件中常用的2D刀路指令有平面銑削、動態銑削、外形銑削、區域銑削、模型倒角5個刀路指令。

3 常用2D刀路指令詳解

3.1 平面銑削指令

圖2 平面銑削指令設置界面

平面銑削指令還應注意平面切削參數，一般設置切削類型為雙向切削，最大步進量為切削刀具直徑的80%，基準面底面預留量為0，兩切削間移動方式為高速回圈，共同參數按照實際加工情況確定。

3.2 動態銑削指令

圖3 動態銑削指令設置界面

對于普通工件，粗加工應選取刀具直徑為12 cm或者16 cm的開粗刀，動態銑削切削量需控制在2 nm以內，以減少刀具磨損。一般來講，該指令需要定義步進量、最小刀路半徑、提刀進給速率、預留量。最小刀路半徑是切削工件時，刀具的最小轉彎半徑，預留量是留給精加工和半精加工的工件余量。圖3所示數值為筆者加工工件時的常用參數，可作參考。

3.3 外形指令

圖4 外形指令設置界面

在左刀補情況下，用外形指令拾取2D輪廓時要遵循逆內順外的法則，即2D輪廓線拾取方向為逆時針，刀具加工工件內輪廓；2D輪廓線條拾取方向為順時針，刀具加工工件的外輪廓。外形銑削指令一般需要設置底面預留量，進退刀設置，圓弧過濾公差，其中底面預留量的設置主要是為了防止切削刀具剮蹭到工件表面，影響工件表面質量。

3.4 區域銑削指令

圖5 區域銑削指令設置界面

區域銑削指令主要設置XY步進量、壁邊預留量。如圖5所示，XY步進量中刀具直徑修改為90%，保留壁邊預留量，這樣做的目的是保證工件側面加工質量，切削刀具充分利用，刀路紋理好看。為了提高加工速度，對于封閉區域，拾取封閉串連；但對于開放區域，應拾取半封閉串聯。

3.5 模型倒角指令

圖6 模型倒角指令設置界面

該指令預留量通常設置為0 mm，倒角刀的寬度參數和刀尖補正參數與所選的倒角刀半徑有關，圖6中為φ6的倒角刀參數，可供參考。

4 2D常用刀路應用技巧

多軸加工的工裝夾具數量減少，基準轉換少，加工精度高，縮短了生產過程鏈，提高了新產品研發速度，因此多軸加工應用越來越廣泛。運用MasterCAM軟件進行多軸加工時，有很多小技巧。指令應用技巧無非就是減少工件加工耗時，提高工件加工質量。本文以2D常用刀路為對象，介紹該指令減少工件加工耗時的技巧。工件粗加工時長決定了整個工件加工耗時，有效減少螺旋下刀、避免空刀路、減少重復刀路都可以縮短工件粗加工時長，進而減少整個工件加工耗時。

4.1 減少螺旋下刀

對于普通工件，工件粗加工肯定有多條開粗刀路，粗加工的本質在于快速去除工件余量，MasterCAM軟件動態銑削指令默認的下刀方式為螺旋下刀，如圖7所示，斜插下刀方式如圖8所示，螺旋下刀方式對刀具磨損少，但刀路切削軌跡長，加工耗時長。采用動態銑削指令配合大直徑開粗刀螺旋下刀，再用外形指令配合小直徑開粗刀斜插下刀，可有效減少加工耗時，同時也有效控制刀具磨損。筆者常采用刀具直徑φ=12 mm的開粗刀去除工件余量后，再采用刀具直徑φ=6 mm的開粗刀快速去除工件的剩余余量。

圖7 螺旋下刀方式

圖8 斜插下刀方式

螺旋下刀可更好地防止切削刀具猛扎工件，導致切削刀具及加工工件報廢，對于具有開放輪廓的工件，可適當延長切削刀具的進刀線，讓切削刀具在工件開放輪廓外垂直下刀到指定深度，再過渡到小切削量、高進給速度的正常開粗狀態，如圖9所示。

圖9 兩種切削方式比較

4.2 避免空刀路

切削刀路一定要簡潔、清晰、完整，工件加工耗時才能少，使用2D刀路指令時，進給切削位置距離加工表面盡可能近，靈活添加輔助線可解決這一問題，從而減少空刀路指令，減少工件整體加工耗時。

4.3 減少重復刀路

加工前首先設置毛坯模型，MasterCAM軟件2D刀路指令中剩余毛坯可自動模擬和識別工件已經加工部分和未加工部分，指令選項如圖10所示，但勾選剩余毛坯后，軟件需要計算整個毛坯的加工狀態，生成刀路指令耗時會增加，所以很多人不勾選，經實際加工測量，大直徑開粗刀開粗后，換小直徑開粗刀時勾選剩 余 毛坯，可減少重復刀路，生成指令耗時會增加，但整體加工耗時會大幅減少。

圖10 剩余毛坯指令選項

5 結語

MasterCAM軟件是一款容易上手、功能強大的計算機輔助制造軟件，軟件中刀路指令豐富，實際加工中，很多刀路指令卻用不到。本文以2D刀路指令為對象，介紹了常用的2D刀路指令及刀路指令的使用技巧，可快速入門多軸加工領域，提高多軸加工人才培養率，為模具制造企業加工方式快速轉型提供了方案，對企業有著重要意義。