張令令

（江蘇省宿豫中等專業(yè)學(xué)校，江蘇 宿遷 223800）

MasterCAM是美國(guó)CNC Software Inc.公司開發(fā)的一種CAD/CAM軟件，不僅具有強(qiáng)大、穩(wěn)定的造型功能，而且提供了多種精、粗加工技術(shù)和曲面零件精加工的功能，將數(shù)控編程、刀具模擬、曲面設(shè)計(jì)、二維/三維實(shí)體造型等有機(jī)地融為一體，能夠真實(shí)地反映零件的加工過程。在數(shù)控加工中，運(yùn)用MasterCAM可以設(shè)計(jì)出復(fù)雜的曲線、曲面零件，通過對(duì)刀具的合理選擇，可以達(dá)到優(yōu)化走刀路線、提高加工精度、減少重復(fù)加工路線等目標(biāo)，在改善數(shù)控加工質(zhì)量的同時(shí)，也使加工效率有所提高。基于此，本文以飲料瓶模具型腔的數(shù)控加工為例，具體探討了MasterCAM在數(shù)控銑削加工中的應(yīng)用。

1 基于MasterCAM軟件的數(shù)控銑削加工優(yōu)點(diǎn)

1.1 有利于優(yōu)化材料資源

利用MasterCAM軟件進(jìn)行數(shù)控銑削加工，可以模擬零件的仿真加工過程，以此判斷加工過程中的刀具選擇是否合理、刀具路徑是否正確，如果發(fā)現(xiàn)不合適或加工精度不夠，可以直接返回前面的步驟進(jìn)行參數(shù)的修改與調(diào)整，這樣有利于優(yōu)化零件材料的消耗量，也能有效節(jié)約在數(shù)控機(jī)床上的調(diào)試時(shí)間，提高了數(shù)控加工的速度和效率。

1.2 有利于彌補(bǔ)傳統(tǒng)數(shù)控加工中手工編程的不足

傳統(tǒng)的數(shù)控加工主要是采用人工編程的方式進(jìn)行操作，但對(duì)于一些復(fù)雜的曲面零件進(jìn)行加工時(shí)，采用人工的方式，很難完成程序編制，而MasterCAM具有強(qiáng)大的曲面造型功能和完整的二維繪圖功能，在數(shù)控銑削加工過程中，運(yùn)用MasterCAM不僅能輕松實(shí)現(xiàn)人工編程無法實(shí)現(xiàn)的任務(wù)，而且能準(zhǔn)確地計(jì)算曲面圖形上的一些關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)，有效地提高了加工精度，也彌補(bǔ)了手工編程的不足。

1.3 有利于提高零件加工速度

在數(shù)控銑削加工時(shí)，采用MasterCAM可以準(zhǔn)確、快捷地建立加工零件的二維、三維模型，并生成相應(yīng)的數(shù)控代碼，這樣可以減少編程人員的編程時(shí)間，同時(shí)也能大大提高零件的加工速度。

2 基于MasterCAM軟件的三維實(shí)體建模設(shè)計(jì)

在數(shù)控銑削加工過程中，利用MasterCAM軟件，可以設(shè)計(jì)出復(fù)雜曲線的三維實(shí)體模型，可以簡(jiǎn)便地實(shí)現(xiàn)與其他CAD軟件生成圖形之間的轉(zhuǎn)換，而且還能將利用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x所測(cè)得實(shí)物的相關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖形文件，非常適合零部件的生成與加工。以飲料瓶模具型腔加工為例，其尺寸大小為120×230×50mm。運(yùn)用MasterCAM軟件，可以快捷地得到飲料瓶的三維造型。

2.1 數(shù)控加工方式的選擇

我們常見的礦泉水瓶、碳酸飲料瓶等，耐熱至70℃易變形，因此，對(duì)于飲料瓶的材質(zhì)要求，需要使用耐高溫、耐老化、耐油、不易散發(fā)和溶出對(duì)人體有害物質(zhì)且符合食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的PET塑料?？紤]到這一點(diǎn)，在飲料瓶模具的加工過程中并不是通過直接切削加工而成，而是采用的吹塑工藝而得到。但由于飲料瓶的表面構(gòu)造十分復(fù)雜，表面的曲率大小不一，凹凸不一致，所以直接加工飲料瓶模具存在較大困難，任何微小的誤差都會(huì)造成模具無法形成。用傳統(tǒng)的普通銑床難以實(shí)現(xiàn)對(duì)該模具的精加工，而采用數(shù)控銑床需要人工進(jìn)行編程，不僅耗時(shí)耗力，且不能有效保障模具加工的精度，利用MasterCAM軟件能夠很好解決上述問題。

2.2 數(shù)控加工工藝的設(shè)計(jì)

加工飲料瓶模具尺寸的大小為120×230×50mm，針對(duì)該零件的加工特點(diǎn)和加工精度要求，所設(shè)計(jì)的數(shù)控加工工藝如圖1所示。

圖1

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)飲料瓶模具外表面的銑削加工，根據(jù)其加工要求，選擇Φ20平銑刀進(jìn)行二維輪廓銑削。

3 基于MasterCAM軟件的數(shù)控銑削加工流程

3.1 粗加工流程

粗加工可以快速地去除多余材料，將曲面與分模面進(jìn)行分開，所以，對(duì)于刀具的選擇需要根據(jù)加工零件的材料和曲面外形尺寸，盡可能地選擇一把尺寸夠大、強(qiáng)大足夠的刀具。由于飲料品模具外表面構(gòu)成復(fù)雜，曲率大小和凹凸程度不一樣，所以，在加工過程中采用MasterCAM軟件中的曲面加工模塊進(jìn)行加工。在對(duì)一些復(fù)雜的曲面進(jìn)行銑削加工時(shí)，往往首先會(huì)選用直徑為20mm的平銑刀，采用粗銑加工中的挖槽方式，切除零件約70%的加工余量。這樣，可以有效地避免出現(xiàn)刀具直接進(jìn)入加工零件的問題。

3.2 半精加工流程

半精加工的主要目的是去除加工零件上過多的殘料，為零件的精加工做好準(zhǔn)備。因此，在粗加工完成后，采用直徑為16mm的球頭刀進(jìn)行半精加工，在加工時(shí)采取螺旋下刀、等距環(huán)切的方式，其目的是能夠在最短的時(shí)間內(nèi)去除加工零件上更多的余料，從而大大提高零件加工的效率。

3.3 精加工流程

為了進(jìn)一步提高零件加工的精度，在半精加工流程結(jié)束后，選用直徑為10mm的球頭刀進(jìn)行精加工，在這一環(huán)節(jié)中，加工參數(shù)的設(shè)置與上一流程相同，但值得注意的是，為了盡可能提高加工效率、得到高質(zhì)量的加工表面，被吃刀量的參數(shù)設(shè)置需要更小。精加工的刀具路徑如圖2所示。

圖2

加工結(jié)果顯示，對(duì)于飲料瓶模具型腔這種復(fù)雜曲面，采取上述粗加工、半精加工、精加工的加工流程，不僅加工效率比較高，且能夠達(dá)到預(yù)期的加工精度。

3.4 清除殘料精加工流程

在精加工完成后，在飲料瓶模具表面的曲面與曲面之間可能還有剩余的殘料，為此，為確保加工的準(zhǔn)確度和精度，需要繼續(xù)使用直徑為5mm的球頭銑刀對(duì)曲面相交的位置進(jìn)行加工，即交線清角精加工，其主要目的是清除精加工中曲面交接處的殘料。

3.5 飲料瓶模具型腔的驗(yàn)證與后處理流程

在生成飲料瓶模具型腔加工的刀具路徑之后，首先需要利用MasterCAM軟件對(duì)其刀具加工路徑進(jìn)行模擬和仿真，以確定飲料瓶的模具加工是否合理。在本文中，利用MasterCAM軟件中的“實(shí)體切削仿真”功能，對(duì)飲料瓶模具型腔加工的軌跡進(jìn)行模擬仿真和刀具干涉的檢查，仿真結(jié)果顯示所設(shè)計(jì)的刀具走刀路線，滿足飲料瓶模具加工的實(shí)際要求，且在此過程中并未產(chǎn)生干涉、過切或碰撞等現(xiàn)象，以此驗(yàn)證了復(fù)雜曲面加工的正確性。此外，考慮到不同數(shù)控加工機(jī)床對(duì)于數(shù)控代碼的識(shí)別類型和程度不同，為了便于零件的加工，還需要利用MasterCAM軟件中的后處理功能，只需要根據(jù)零件加工的刀具路徑信息，就能直接將其轉(zhuǎn)化為數(shù)控代碼的格式，輸送給數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工，為工程人員的設(shè)計(jì)與加工帶來了極大的便利。

4 結(jié)語

MasterCAM2017在數(shù)控銑削加工中的應(yīng)用，不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)零件加工的模擬，而且便于加工人員觀察零件的切削加工過程，這樣可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)零件在實(shí)際加工過程中的參數(shù)設(shè)置是否合理、設(shè)備的運(yùn)行動(dòng)作是否正確、所加工的零件是否符合設(shè)計(jì)要求等，從而可以省去在傳統(tǒng)加工過程中所需的“試切”環(huán)節(jié)，能有效減少材料的消耗和加工成本，最為重要的是極大程度地縮短了數(shù)控銑削加工的周期，促進(jìn)了生產(chǎn)效率的提高，此外，也降低了加工的復(fù)雜度和勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)于企業(yè)獲取良好的經(jīng)濟(jì)效益具有十分重要的作用。本文以飲料瓶模具型腔的數(shù)控銑削加工為例，分析了MasterCAM軟件在數(shù)控銑削加工中的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)，通過合理地選擇刀具尺寸、刀具路徑等工藝參數(shù)生成刀具加工軌跡，并通過模擬仿真對(duì)加工軌跡進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果顯示使用MasterCAM軟件進(jìn)行數(shù)控銑削加工的效果較為理想，在實(shí)際的工程應(yīng)用中具有一定的參考與使用價(jià)值。