朱哲煜，張玉蘭

（許昌電氣職業(yè)學(xué)院，河南 許昌 461002）

0 引言

紡織機(jī)械模具型腔的加工工藝非常復(fù)雜繁瑣，而且很容易受到外界因素的影響和干擾。因此，在遵循工藝編制基本原則基礎(chǔ)之上，還需要從紡織機(jī)械所選用的模具材質(zhì)、刀具材料以及型腔零件結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行精準(zhǔn)分析，科學(xué)編制模具型腔的加工工藝，同時(shí)借助MasterCAM 強(qiáng)大的加工仿真、程序優(yōu)化和數(shù)控編程等功能，進(jìn)一步保證紡織機(jī)械模具型腔零件數(shù)控加工的合理性、科學(xué)性與可行性，為其投入后續(xù)生產(chǎn)的效果提供更強(qiáng)保障，減小因模具型腔零件元素導(dǎo)致的各類(lèi)事故的發(fā)生概率。

1 關(guān)于MasterCAM

MasterCAM 的開(kāi)發(fā)者是美國(guó)的CNC Software Inc.公司，其作為一種CAD/CAM 軟件，成功將二維繪圖、三維實(shí)體造型、曲面設(shè)計(jì)、體素拼合、數(shù)控編程、刀具路徑模擬及真實(shí)感模擬等多種功能完美融合在一起，幾何造型更是非常直觀且方便。

MasterCAM 為零件外形設(shè)計(jì)提供了理想的環(huán)境，其不僅具備強(qiáng)大且穩(wěn)定的造型功能，能夠設(shè)計(jì)出各種復(fù)雜的曲面和曲線零件，更重要的是還擁有著靈活的曲面精加工與強(qiáng)大的曲面粗加工的功能。MasterCAM可對(duì)零件加工的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行模擬，模擬過(guò)程中相關(guān)人員不僅可以清楚了解到刀具和夾具的整體形象，而且還能夠從中精準(zhǔn)找尋到刀具和夾具與被加工零件的干涉、碰撞情況[1]。其對(duì)零件加工過(guò)程實(shí)際情況的如實(shí)反映，使得MasterCAM 成為當(dāng)前優(yōu)秀的CAD/CAM軟件之一。

MasterCAM 的優(yōu)勢(shì)還體現(xiàn)在：其對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境的要求并不高，這就為廣大用戶減輕了使用負(fù)擔(dān)。不管用戶是將其運(yùn)用在何種加工操作當(dāng)中，諸如造型設(shè)計(jì)、CNC 銑床、CNC 車(chē)床或CNC 線切割等都能獲得理想的應(yīng)用效果。目前，MasterCAM 軟件的應(yīng)用范圍已經(jīng)越來(lái)越具廣泛性，在一些通用機(jī)械、航空、船舶、軍工等行業(yè)的設(shè)計(jì)與NC 加工中都可以看到MasterCAM 的身影。我國(guó)從20 世紀(jì)80 年代末起開(kāi)始引進(jìn)和應(yīng)用MasterCAM 軟件，MasterCAM 軟件在推動(dòng)我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[2]。

2 數(shù)控加工與MasterCAM 之間的關(guān)系分析

在CAD/CAM 系統(tǒng)當(dāng)中，數(shù)控加工是最重要的模塊之一，其也是對(duì)復(fù)雜曲面加工最有效的手段之一。目前，數(shù)控加工主要適用于一些精度要求高、型面復(fù)雜、更新變化快、生產(chǎn)批量比較小的產(chǎn)品類(lèi)型當(dāng)中。MasterCAM 則是當(dāng)前適用于復(fù)雜曲面數(shù)控加工的數(shù)控編程軟件中的重要代表，屬于全世界通用的大型CAD/CAM 系統(tǒng)軟件。MasterCAM 將計(jì)算機(jī)輔助制造和設(shè)計(jì)的功能有效融合在一起，這就為實(shí)現(xiàn)型腔銑削、輪廓銑削和電位加工提供了便利條件，與此同時(shí)，其還擁有著強(qiáng)大的曲面粗精加工功能。

有了MasterCAM 的助力，數(shù)控編程的效率可以得到很大提升，除此之外，其還可以編制出手工編程沒(méi)有辦法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜曲面的NC 程序，這就為MasterCAM 廣闊的市場(chǎng)空間奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，必然會(huì)受到廣大用戶的歡迎與肯定。

3 MasterCAM 在紡織機(jī)械模具型腔零件數(shù)控加工中的具體應(yīng)用分析

3.1 建立三維實(shí)體模型

MasterCAM 擁有著強(qiáng)大的造型功能，利用MasterCAM 軟件可以設(shè)計(jì)出各種復(fù)雜的曲面、曲線和各種零件的三維實(shí)體模型。所以，通常情況下會(huì)先利用MasterCAM 的CAD 模塊來(lái)打造出所要制作零件的三維實(shí)體造型。一般而言，該系統(tǒng)會(huì)提供多種標(biāo)準(zhǔn)圖形接口，多接口的選擇會(huì)讓CAD 軟件生成圖形和系統(tǒng)圖形文件之間的轉(zhuǎn)化變得更加方便和簡(jiǎn)單，省去了很多不必要的繁瑣程序和操作。除此之外，相關(guān)人員還可以根據(jù)實(shí)際情況選擇通過(guò)該軟件提供的ASCII 接口把通過(guò)三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x等設(shè)備測(cè)得的實(shí)物數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成為系統(tǒng)的圖形文件[3]。需要注意的是：在生產(chǎn)過(guò)程中要保持靈活多變的生產(chǎn)理念和方式，根據(jù)具體的生產(chǎn)情況來(lái)選擇合適的零件造型，一切以生產(chǎn)需求為中心。

3.2 針對(duì)型腔零件復(fù)雜曲面的數(shù)控銑削工藝

考慮到紡織機(jī)械所作業(yè)對(duì)象的獨(dú)特性，一般在選擇型腔零件材質(zhì)時(shí)會(huì)作出多重考慮，要確保紡織對(duì)象不受損害和影響。因此，在實(shí)際加工生產(chǎn)過(guò)程中，很多型腔零件都不是直接切削加工制作而成的，其需要通過(guò)特定材料的模具和工具以及特殊的工藝來(lái)加工成型。紡織機(jī)械模具型腔零件中，有很多都屬于典型的復(fù)雜曲面，而且不同用途和價(jià)值的零件的曲面造型也不盡相同，復(fù)雜多元的曲面造型，死角也比較多，表面曲率也不同，這就對(duì)加工工藝要求更加復(fù)雜。針對(duì)這樣復(fù)雜的加工要求，普通銑床是難以達(dá)到加工要求的，而如果選擇手工編程，耗費(fèi)了大量的時(shí)間和資源，最終加工出來(lái)的零件的精確度也得不到有效保證，這就凸顯出了MasterCAM 軟件在數(shù)控程序編制中的價(jià)值和作用。

舉例說(shuō)明：某一個(gè)特定的型腔零件，其是由立式數(shù)控銑床加工的零件，利用MasterCAM 軟件來(lái)完成數(shù)控加工的工藝設(shè)計(jì)：第一步，進(jìn)行二維輪廓銑削。為滿足零件外表面對(duì)于曲面曲線的需求，選擇是直接為20mm 的平銑刀，按照零件外部輪廓曲線進(jìn)行二維輪廓銑削，采用分層銑削的方案，進(jìn)刀高度是10mm,退刀高度是50mm，其中，銑削最大深度為10mm；第二步，進(jìn)行粗加工處理?？紤]到零件型腔是復(fù)雜曲面，所以要選用MasterCAM 軟件中的曲面加工模塊，對(duì)其作出加工路徑分析，明確哪里需要進(jìn)行曲面粗加工，哪里需要進(jìn)行曲面精加工。一般情況下，曲面粗加工耗時(shí)會(huì)更長(zhǎng)一些，因?yàn)檫x擇曲面粗加工是為了去除絕大部分的加工余量，所以曲面粗加工會(huì)是絕大多數(shù)型腔零件必選的加工方式[4]。針對(duì)實(shí)例中的特定零件，粗加工采用的是挖槽，這樣不僅能夠確保在更短時(shí)間內(nèi)去除掉大部分的毛坯材料，而且也能有效防止刀具直接進(jìn)入到工件材料當(dāng)中來(lái)，造成材料損害；第三步，半精加工。在完成粗加工之后便是半精加工的程序，半精加工的目的是為了去除更多的冗余材料，提高加工的效率。這半精加工過(guò)程中需要注意的是對(duì)加工工具的選用以及下刀方式的確定；第四步，精加工。精加工是確保加工精度的重要環(huán)節(jié)，只有加工精度得到保證，加工效率才能實(shí)現(xiàn)真正提升。該案例中所提到的特定型腔零件，精加工和半精加工設(shè)置的加工參數(shù)相差不多，只是背吃刀量要更小一些，所以，為了確保零件曲面的平滑度，最好選用直接合適的球頭刀來(lái)進(jìn)行操作；第五步，清除殘料。零件曲面相交位置上會(huì)殘存著很多殘料，為保證加工效果，必須對(duì)這些殘料進(jìn)行徹底清除；第六步，驗(yàn)證和后處理。在型腔零件成型之后，需要進(jìn)行刀具軌跡仿真，對(duì)刀具軌跡的合理性進(jìn)行驗(yàn)證[5]。此時(shí)，便要借助MasterCAM 軟件中的實(shí)體切削仿真功能對(duì)其作出模擬仿真，一定要保證加工過(guò)程中的刀具軌跡不存在干涉、過(guò)切、碰撞等問(wèn)題，如果存在問(wèn)題則需要進(jìn)行進(jìn)一步的處理和糾正。

關(guān)于后處理環(huán)節(jié)，需要利用后處理器將MasterCAM 軟件中所儲(chǔ)存的刀具軌跡信息轉(zhuǎn)化成為數(shù)控格式，通常軟件中會(huì)提供一個(gè)后處理數(shù)據(jù)庫(kù)，轉(zhuǎn)化完成后的數(shù)控格式和數(shù)據(jù)信息都會(huì)存入到后處理數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，以方便后續(xù)工作人員使用。在完成后處理環(huán)節(jié)之后，型腔零件的相關(guān)數(shù)據(jù)和要求全部完成，便可以輸送給數(shù)控機(jī)床完成后續(xù)加工了。

4 結(jié)語(yǔ)

MasterCAM 軟件在紡織機(jī)械模具型腔零件數(shù)控加工中有著非常重要的價(jià)值和作用，有了MasterCAM 軟件的輔助與支持，紡織機(jī)械模具型腔零件在精確度以及整體品質(zhì)上面都得到了很大的提升。未來(lái)伴隨著MasterCAM 軟件的不斷完善與升級(jí)，紡織機(jī)械模具型腔零件的數(shù)控加工水平必將實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。