■青海華鼎重型機床有限責任公司 （西寧 810100） 馬永紅　楊 亮 王亞平■白銀礦冶職業(yè)技術學院 （甘肅 730900） 孫耀恒

基于MasterCAM復雜異形零件銑削加工工藝與仿真

■青海華鼎重型機床有限責任公司 （西寧 810100） 馬永紅楊 亮 王亞平
■白銀礦冶職業(yè)技術學院 （甘肅 730900） 孫耀恒

摘要：在數(shù)控機床加工過程中，尋求加工工藝低成本、高質量并縮短非工作時間和提高加工效率的解決方案，并將其轉化為更低的單件成本、更高的投資回報率。所以在針對特定的復雜異形的加工對象時，合理分析加工工藝特點、刀具、切削用量和走刀路線，對工序的合理劃分以及熱處理工藝的分析都是至關重要的，同時利用Mastercam軟件對加工過程進行仿真，驗證數(shù)控程序的正確性及合理性。這些環(huán)節(jié)直接影響到被加工零件的精度，從而對整機性能產(chǎn)生影響。

合理地劃分復雜異形零件的加工工藝是數(shù)控機床在實際加工中一個關鍵的環(huán)節(jié)，當然利用先進的數(shù)控加工仿真軟件是必不可少的手段。MasterCAM系統(tǒng)把計算機輔助設計與制造加工結合起來，從零件模型到加工軌跡的生成，再通過后處理轉化為數(shù)控機床能識別的加工程序，從而完成零件的實際加工，使設計、數(shù)控加工更加方便、快捷。

1. 零件工藝解析

（1）零件作用。該零件為四通液壓用管接頭，起到分流分壓的作用，是液壓、集中潤滑裝置中最常見的零件之一。

（2）零件材料及其力學性能。工件材料1Cr18Ni9Si3是奧式體不銹鋼，相對可切削性為0.3 ～0.5，是一種難切削的材料，其難加工性主要表現(xiàn)在以下幾個方面：①高溫強度和高溫硬度高。1Cr18Ni9Si3在700～800℃時也不能降低其機械性能，故切屑不易被切離，切削過程中切削力大，刀具易磨損。②塑性和韌性高。雖然8Ni9Si3的抗拉強度和硬度都不高，但綜合性能很好，塑性和韌性高，它的延伸率、斷面收縮率和沖擊值都較高，切削變形所消耗的功率增多。③1Cr18Ni9Si3的導熱率低，散熱差，切屑帶走的熱量少，大部分熱量被刀具吸收，致使刀具的溫度升高，加劇刀具磨損。

圖1　零件圖

（3）零件結構工藝分析。從圖1上看，該零件是典型的不規(guī)則的回轉體零件，結構比較復雜，其主要加工的面有所有外觀面，M36×1.5mm，M30×1.5mm，M24×1.5mm，M20×1.5mm，φ27mm、φ20mm，φ16mm，φ12mm，φ10mm的內孔表面，以及外輪廓。該零件在加工時主

要考慮零件的裝夾及加工變形量問題，由于內輪廓普遍都是狹小的圓柱面，在切削過程中不易散熱，刀具所帶走的只是少部分熱量，加工硬化也很嚴重，塑性和韌性較高，所以首先采用鉆孔的形式，擴大加工面，且要先加工該零件的內部結構，完成后，使工件恢復其應力再加工外部輪廓，減少其變形。通過分析該零件，其布局不規(guī)則，用普通方法加工難度大，經(jīng)考慮，決定采用數(shù)控機床先加工內部結構，再加工外部尺寸的方法，以保證其加工要求。

2. 工藝路線擬定

（1）加工方法及加工路線的確定。同樣在該零件加工方法的選擇中，我們考慮了工件的具體情況和加工要求，以下是按加工順序來闡述的加工方案：①備料90mm×90mm×45mm 毛坯件。②熱處理退火（消除內應力）。③粗車內孔留量。主要利用四爪卡盤，在其車削上方及下方內孔時，由于是偏心的，需要墊塊找正中心軸線。④精車內孔至尺寸公差要求及表面粗糙度值要求。⑤內磨要求為Ra=0.8μm的內孔及內端面。⑥粗銑上半部分外輪廓，留量。⑦半精銑上半部分外輪廓，留量。⑧精銑上半部分外輪廓。⑨翻個，粗銑下半部分外輪廓，留量；注意裝夾方式，需要在下方墊塊找正。⑩半精銑下半部分外輪廓，留量。精銑下半部分外輪廓。車4個外螺紋及空刀。

（2）加工階段的劃分。當零件的加工質量要求較高時,往往不可能用一道工序來滿足要求,而要用幾道工序逐步達到所要求的加工質量和合理地使用設備、人力、零件的加工過程通常按工序性質不同，分為粗加工、半精加工和精加工3個階段。

3. 刀具的選擇

由于刀具材料的切削性能直接影響著生產(chǎn)率、工件的加工精度、已加工表面質量、刀具的磨損和加工成本，所以正確地選擇刀具材料是數(shù)控加工工藝的一個重要部分，由于該零件的材料是1Cr18Ni9Si3，推薦用硬質合金中的YG8類刀具，因為硬質合金中的鈦元素和被加工材料中的鈦元素之間產(chǎn)生親和力，使粘結現(xiàn)象嚴重，導致切削溫度升高，摩擦因數(shù)增大，加劇了刀具磨損，所以加工1Cr18Ni9Si3這種材料時采用硬質合金刀具。

4. MasterCAM銑削的數(shù)控仿真

（1）零件三維實體造型。Pro/E軟件由于具有強大而完美的功能，以其參數(shù)化、基于特征、全相關等概念聞名于CAD界，這里利用Pro/E軟件對零件進行實體建模如圖2所示。

圖2　零件Pro/E三維模型

（2）零件的銑削仿真。利用MasterCAM導入三維模型，依次設定工件坐標系，選擇工藝參數(shù)、刀具參數(shù)、走刀路徑，再到最終的刀路軌跡的仿真，如圖3～圖7所示。

圖3　工件坐標系設定

圖4　刀具參數(shù)設定

（3）后處理階段（見圖8）。單擊MasterCAM“刀具操

作管理器”中的按鈕，系統(tǒng)將彈出“后處理方式”對話框，從中設置相應的參數(shù)、文件名和保存路徑后，就可以生成該刀具路徑的加工程序。如果需要實際加工該實體零件，只需要將生成的NC程序通過局域網(wǎng)傳輸給數(shù)控機床進行實體NC數(shù)控加工。

圖5　走刀路徑設置

圖6　刀路軌跡仿真

圖7　最終刀路軌跡仿真

圖8　銑削加工仿真的部分NC程序

5. 結語

本文通過分析四通復雜異形的零件作用及其材質特性，詳細分析其加工工藝，制定加工路線，合理選擇加工刀具，選擇最優(yōu)加工方案。另外通過先進的CAD/CAM軟件—MasterCAM軟件從工藝參數(shù)、刀具選擇和走刀路線等方面對該零件的銑削加工進行數(shù)控仿真，然后通過后處理生成NC程序，結合數(shù)控機床進行實體的數(shù)控加工。這對探索復雜異形零件的數(shù)控加工方法起到了典型的指導意義。

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收稿日期：（20150314）