本文將以“汽車(chē)泵體上殼壓鑄模型芯數(shù)控加工”為例，應(yīng)用MasterCAM和SolidWorks的曲面和實(shí)體設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)對(duì)汽車(chē)泵體上殼壓鑄模型芯進(jìn)行設(shè)計(jì)，并比較、分析MasterCAM和SolidWorks設(shè)計(jì)功能的優(yōu)越性。

一、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

（一）工藝分析

該殼體的型芯加工在最高可以達(dá)到20000r/min的高速銑床上進(jìn)行。殼體的型芯材料硬度較高，需要進(jìn)行半精加工來(lái)獲得較為均勻的加工余量。

（二）加工工藝方案的確定

該殼體的型芯材料硬度較高，需要分粗加工、半精加工、清角加工、精加工幾個(gè)步驟進(jìn)行。粗加工使用直徑為16mm的圓弧銑刀進(jìn)行加工，刀片半徑為4mm，進(jìn)行2分層加工，每層切深為1mm，設(shè)置：機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速為2800r/min，切削進(jìn)給為1000mm/min。

半精加工使用直徑為8mm的硬質(zhì)合金球頭刀進(jìn)行加工。設(shè)置機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速為3000r/min、切削進(jìn)給為800mm/min。

曲面交角的半精有加工也使用直徑為8mm的硬質(zhì)合金球頭刀進(jìn)行加工。設(shè)置機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速為3000r/min、切削進(jìn)給為800mm/min。

淺平面的半精加工也使用直徑為8mm的硬質(zhì)合金球頭刀進(jìn)行加工。設(shè)置機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速為3000r/min、切削進(jìn)給為800mm/min。

此型芯整體的精加工使用直徑為6mm的硬質(zhì)合金球頭刀進(jìn)行加工。設(shè)置機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速為3500 r/min、切削進(jìn)給為1200mm/min。

切削用量見(jiàn)數(shù)控加工工序卡片，表2-1所示。

二、產(chǎn)品設(shè)計(jì)

（一） MasterCAM曲面型芯設(shè)計(jì)

1.型芯曲面設(shè)計(jì)

在進(jìn)行型芯的造型前，要先進(jìn)行三維線框的設(shè)計(jì)，使用TOP視圖和SIDE視圖進(jìn)行繪制草圖，繪制的草圖。然后使用舉升（Loft）、掃描（Sweep）、直紋曲面（Flat）和圓角編輯功能完成造型設(shè)計(jì)。

2.型芯曲面分析

MasterCAM軟件提供分析（Analyze）功能，分析的對(duì)象包括點(diǎn)、外形、僅某一項(xiàng)、兩點(diǎn)間、角度、動(dòng)態(tài)、面積/體積、圖素?cái)?shù)、串連和曲面。

3.型芯宏功能（Macros）

如果對(duì)類(lèi)似于型芯這種復(fù)雜零件，可以使用系統(tǒng)的宏功能進(jìn)行錄制造型過(guò)程，如果下次要重新設(shè)計(jì)該零件可以應(yīng)用此功能進(jìn)行自動(dòng)設(shè)計(jì)。

（二）Solidworks實(shí)體型芯設(shè)計(jì)

1.型芯實(shí)體設(shè)計(jì)

選擇右視圖為為基準(zhǔn)，草繪半徑為23mm的圓，使用特征/拉伸凸臺(tái)基體命令，設(shè)置方向1給定深度值為24mm，拉伸角度為12.02度；方向2給定深度值為39mm，拉伸角度為7.366度。再使用特征/切割功能，選擇上視圖為切割面，設(shè)置為消耗實(shí)體，去除下半部分實(shí)體。

選擇右視圖創(chuàng)建基準(zhǔn)1，向右偏距為3.5mm，繪制中間凸臺(tái)輪廓草圖，將草圖向外偏置7mm。使用特征/拉伸凸臺(tái)基體命令向左拉伸14mm，注意勾選“合并結(jié)果”選項(xiàng)。

選擇上視圖為為基準(zhǔn)，草繪半徑為7mm的圓，使用特征/拉伸凸臺(tái)基體命令，設(shè)置方向1給定深度值為24mm向上拉伸。注意勾選“合并結(jié)果”選項(xiàng)。

3.型芯誤差分析

4.型芯應(yīng)力分析

SolidWorks 2004 集成的COSMOSXpress設(shè)計(jì)分析工具，能夠幫助設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)零件進(jìn)行應(yīng)力分析，并對(duì)零件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。型芯的應(yīng)力分析步驟如下：

（1）選項(xiàng)設(shè)置：設(shè)置分析單位和保存分析結(jié)果的位置。

（2）材料設(shè)置：設(shè)置零件的材料為黃銅。

（3）約束設(shè)置：設(shè)置零件的底面為被固定的面。

（4）載荷設(shè)置：設(shè)置零件外部載荷或壓力的位置、大小、方向。設(shè)置型芯為受壓，受壓面為型芯的各個(gè)面，大小設(shè)置為100000N/mm2，方向指向型芯內(nèi)部。

（5）運(yùn)行分析：可以使用默認(rèn)的分析要素（網(wǎng)格的劃分）設(shè)置進(jìn)行分析，也可以選用較少或較多的網(wǎng)格對(duì)零件進(jìn)行分析。

三、型芯設(shè)計(jì)軟件優(yōu)勢(shì)分析

（一） MasterCAM軟件

它的最大特點(diǎn)是有用戶宏功能主體中能夠使用變量；變量之間還能夠進(jìn)行運(yùn)算；用戶宏功能指令可以把實(shí)際值設(shè)定為變量，使用戶宏功能更具通用性。它是用戶提高數(shù)控機(jī)床性能的一種特殊功能。

（二）SolidWorks軟件

與MasterCAM軟件相比，我們不僅能體會(huì)到SolidWorks軟件強(qiáng)大的建模能力、虛擬裝配能力以及靈活的工程圖操作，而且可以感受到利用SolidWorks軟件設(shè)計(jì)所帶來(lái)的輕松和效率。

（三）型芯數(shù)控自動(dòng)編程技巧

1.粗加工

MasterCAM軟件提供了7種曲面粗加工方式，在大多情況下，粗加工使用挖槽式粗加工來(lái)進(jìn)行。挖槽式見(jiàn)世面粗加工是等高加工，其切削負(fù)荷穩(wěn)定。

2.半精加工

在進(jìn)行精加工前進(jìn)行充分的半精加工，使工件曲面的加工余量一致，再進(jìn)行精加工，這樣可以獲得最好的表面加工質(zhì)量。

3.精加工

精加工的意思是指只圍繞輪廓的周邊進(jìn)行切削加工，并不一定用于最終的精加工。像型芯這類(lèi)側(cè)壁坡度較大的零件，采用等高式精加工能獲得良好的表面加工質(zhì)量。同時(shí)等高加工從上往下加工，是安全性最好的一種加工方式。這是半精加工和精加工最常用的切削方式。