魯月新， 戶立杰， 劉鳴華，熊文

中信戴卡股份有限公司 河北秦皇島 066004

1 序言

MasterCAM是一套以圖形驅(qū)動(dòng)的計(jì)算機(jī)輔助制造模擬加工軟件，它將CAD和CAM這兩大功能結(jié)合在一起，可根據(jù)導(dǎo)入的自定義刀具圖樣創(chuàng)建刀具庫(kù)，方便將刀具加工路徑文件轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的CNC控制器上所使用的數(shù)控加工程序NC代碼。根據(jù)蓋口厚度的結(jié)構(gòu)特征和加工要求，創(chuàng)建了雙頭刀成形刀具，通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助模擬編輯加工程序，并對(duì)加工結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

2 刀具參數(shù)設(shè)置

待加工蓋口厚度為（4±0.2）m m、深度為（6.7±0.7）mm、圓弧為R0.8mm和R2.5mm、蓋口直徑為（50±0.1）mm，蓋口結(jié)構(gòu)如圖1所示。如果使用標(biāo)準(zhǔn)刀具加工，須選用兩把刀具合成加工完成，且選用的標(biāo)準(zhǔn)刀具切削刃一端圓弧為R0.8mm，標(biāo)準(zhǔn)刀桿角度為95°或93°。由于不能將蓋口厚度一次加工完成，且加工過(guò)程中毛坯產(chǎn)生變形，所以導(dǎo)致蓋口厚度位置塌陷，極易產(chǎn)生尺寸超差。

圖1 蓋口結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)了一種可加工蓋口厚度一次成形的雙頭刀具，該刀具是上半部分和下半部分角度均為93°，圓弧均為R0.8mm的勾刀。在AutoCAD中按比例1 : 1繪制刀具圖形，保留刀桿輪廓線及刀片輪廓線，且均為封閉曲線，要求刀具的CAD圖樣中刀桿與刀片分別位于不同圖層，且刀桿與刀片的圖層必須是不同顏色。刀具的上半部分進(jìn)行車(chē)削加工，保證蓋口結(jié)構(gòu)中R0.8mm、（6.7±0.7）mm和（50±0.1）mm的尺寸；刀具的下半部分進(jìn)行車(chē)削加工，保證蓋口厚度（4±0.2）mm和R2.5mm的圓弧部位。蓋口厚度采用一把刀具一次加工成形，同時(shí)該刀具整體外徑為46.67mm，刀桿直徑為26mm，可以增加刀體的整體強(qiáng)度，且通用性強(qiáng)。在AutoCAD中創(chuàng)建雙頭刀具的截面圖形（見(jiàn)圖2），并將文件保存為dwg格式。

圖2 雙頭刀具

3 MasterCAM中建立刀具模型

MasterCAM軟件中可以自定義刀具模型，首先在MasterCAM中打開(kāi)dwg格式雙頭刀具圖樣，以上半部分R0.8mm圓弧圓心作為參考點(diǎn)將刀具圖形移至原點(diǎn)，然后將文件保存為mcx格式，如圖3所示。

圖3 mcx格式雙頭刀具

在Master CA M編輯欄中編輯刀具，打開(kāi)Toolpath Parameters對(duì)話框→空白處點(diǎn)擊右鍵創(chuàng)建新刀具→彈出的Type custom對(duì)話框中點(diǎn)擊用戶自定義模式Custom→在幾何圖形Geometry菜單中，選擇保存好的mcx文件，選取刀尖圖形及位置，自動(dòng)識(shí)別刀片半徑→在參數(shù)設(shè)計(jì)中設(shè)定刀號(hào)、補(bǔ)償值、進(jìn)給率以及轉(zhuǎn)數(shù)等。MasterCAM只提供單圓弧半徑及單圓弧中心設(shè)置，由于無(wú)法識(shí)別雙頭刀具的刀片寬度，因此刀片只能選擇圓弧R0.8mm進(jìn)行單圓弧定義，以圓弧R0.8mm為例創(chuàng)建刀具并保存至刀具庫(kù)中，刀具參數(shù)如圖4所示。

圖4 刀具參數(shù)

4 編制加工程序

4.1 制作加工路徑輔助線

在編程時(shí)，需要制定以刀具上半部分圓弧R0.8mm的中心路徑為虛擬車(chē)削的路徑來(lái)加工蓋口外側(cè)部分，用刀具下半部分圓弧R0.8mm刀片加工中心孔和蓋口內(nèi)側(cè)部分，完成單把刀具對(duì)蓋口厚度的一次加工成形。由于安裝后兩個(gè)刀片外徑尺寸為46.67mm，實(shí)際編程時(shí)使用上半部分R0.8mm刀片進(jìn)行編程，且上半部分R0.8mm刀片只能切削到外側(cè)帽口，所以下半部分切削時(shí)，需要在MasterCAM中制作輔助線完成剩余部分的加工。

在MasterCAM中打開(kāi)刀具圖樣，依據(jù)刀具圖樣尺寸（30.13mm、47.67mm）對(duì)退刀槽及蓋口線進(jìn)行偏置，形成輔助線（見(jiàn)圖5），一、二工序加工余量需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況預(yù)留，通常為2～4mm。

圖5 加工輔助線

4.2 加工路徑選取

在車(chē)削模式下，進(jìn)行第二工序程序編制，選取雙頭刀具，編制上半部分R0.8mm切削路徑：選取待加工件曲線為路徑（見(jiàn)圖6），按照水平方向進(jìn)刀，延伸出刀，延伸長(zhǎng)度需考慮留量大小，同時(shí)保證刀具與退刀槽不干涉。

圖6 加工路徑選取

雙頭刀具的下半部分R0.8mm切削路徑為輔助線，如圖7所示。不設(shè)置進(jìn)刀參考點(diǎn)，依據(jù)退刀槽長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整，出刀時(shí)為延伸出刀，延伸距離應(yīng)稍小，以保證出刀時(shí)兩個(gè)切削刃與蓋口不干涉。

圖7 蓋口輔助線設(shè)置

5 零件加工驗(yàn)證

將以上生成的NC代碼導(dǎo)入車(chē)床中進(jìn)行實(shí)際工藝驗(yàn)證，機(jī)床其余參數(shù)設(shè)置不再贅述，加工完成后對(duì)蓋口厚度尺寸進(jìn)行測(cè)量（見(jiàn)圖8），雙頭刀具加工與兩次合成加工的外觀一致。首先使用卡尺對(duì)蓋口厚度尺寸進(jìn)行檢查，加工件成品使用三坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，并與原造型線對(duì)比，如圖8b所示。通過(guò)兩次測(cè)量及比對(duì)，雙頭刀具加工后的尺寸和造型與原造型一致，滿足了設(shè)計(jì)要求。

圖8 蓋口厚度尺寸測(cè)量

6 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)無(wú)法用現(xiàn)有單頭刀具加工的特殊結(jié)構(gòu)零部件，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的雙頭刀具，并根據(jù)其加工特征，完成了數(shù)控加工程序的編制，為特殊刀具在現(xiàn)代加工技術(shù)中的應(yīng)用提供了參考。