基于Mastercam的車削中心數控加工

黎泉 陸正杰 廖樹德

河池學院物理與機電工程學院，廣西 宜州，546300

1 車削中心加工概述

車削中心是以車床為基本體，并在其基礎上進一步增加動力銑、鉆、鏜，以及副主軸的功能，車削中心比數控車床工藝范圍寬，工件一次安裝，幾乎能完成所有表面的加工，如內/外圓表面、端面、溝槽、內/外圓及端面上的螺旋槽、非回轉軸心線上的軸向孔、徑向孔等。

車削中心在直角坐標X軸、Z軸的基礎上，增設了旋轉軸C軸，利用數控系統提供的極坐標插補功能和圓柱插補功能，將回轉體類工件的內外輪廓及等分孔、螺旋槽和鍵槽等在一次裝夾后連續加工完成，工序集中，保證了工件的定位精度和加工精度。圖1為蠶種催青架機械結構中減速箱的齒輪軸，從圖中可以看出，齒輪軸上有一個鍵槽，普通的數控車床只能完成外圓的粗加工和精加工，而無法完成鍵槽的加工，需要拆卸后重新裝夾到銑床進行加工方能完成，而利用車削中心，可在完成齒輪軸外圓的粗/精加工后，連續完成鍵槽的加工，縮減了裝拆的工序及工時，同時也消除再次裝夾導致的定位誤差和加工誤差。

圖1 齒輪軸實體模型

2 Mastercam的車銑復合功能

2.1 Mastercam工作流程

Mastercam為CAD/CAM混合系統，集二維繪圖、三維造型、曲面設計、刀路模擬、實體加工驗證等功能于一身，并可導入其他二維或三維設計軟件的IGES圖形，如UG、PROE、CATIA等軟件生成的二維線框模型、三維線框模型、三維表面模型、三維實體模型、技術圖樣模型等，皆可用Mastercam打開并進行數控自動編程，輕松實現多軟件間的混合設計與編程。Mastercam的工作流程如下：

1）建立被加工零件的幾何模型；

2）根據工藝要求，生成刀具路徑；

3）通過仿真加工或實體加工驗證進行加工優化；

4）用后置處理生成與所用機床匹配的NC代碼。

2.2 Mastercam的車銑復合功能

Mastercam X4版本包含五個功能模塊，分別為銑削、車削、線切割、雕刻、設計等，本次加工的齒輪軸先用設計模塊建立幾何模型，再用車削模塊生成刀具路徑。車削模塊除了具有普通數控車床加工的內/外圓柱面、錐面、圓弧面、螺紋等的粗/精車，鉆孔、鏜孔、攻絲等功能外，還具有C軸刀具路徑功能。C軸刀具路徑主要包括：端面外形、斷面外形、C軸外形、端面鉆孔、斷面鉆孔、C軸鉆孔，C軸刀具路徑的選擇步驟如圖2所示。

圖2 C軸刀具路徑的選擇

3 加工分析

3.1 工藝分析

圖3為所要加工的齒輪軸，該工件的型面主要包括端面、外圓、階梯面、鍵槽等。

圖3 齒輪軸

根據工件特點，采用Mastercam進行自動編程，其工藝流程如下。

1）粗、精車右邊外圓、臺階面（刀具路徑為粗、精車）；

2）粗、精車左邊外圓、臺階面（刀具路徑為粗、精車）；

3）銑鍵槽（刀具路徑為斷面外形）。

3.2 Mastercam系統加工綜述

3.2.1 設計工件的加工模型

這項工作是在Mastercam的設計模塊完成的，根據圖3的工件圖樣要求，進行基本的二維圖形構建、編輯、修改，之后進行三維曲面的構建及實體模型的繪制等操作，工件的加工模型的三維線架模型如圖4所示。

圖4 工件三維線架模型

3.2.2 刀具設置

Mastercam的系統刀庫中擁有多種類型和型號的刀具，如外圓車刀、切槽刀、螺紋刀、中心鉆、平底銑刀、面銑刀等，用戶可直接調用系統刀庫里面的刀具，若系統刀具庫中的刀具尺寸不滿足要求，用戶可自定義刀具的各種尺寸并保存于系統刀具庫中，如圖5所示為設置平底銑刀的對話框。

圖5 平底銑刀設置對話框

3.2.3 生成刀具路徑軌跡

在完成刀具的設置后，進行工件的加工參數設置，規劃刀具路徑。如圖6所示為銑鍵槽所選的C軸斷面外形的參數設置對話框，切削參數中可設置補正類型、補正方向、外形銑類型等參數，共同參數可設置安全高度、參考高度、工件表面、切削深度等參數。

圖6 參數設置對話框

當所有的參數設定好之后，點擊確定按鈕，系統會自動計算刀具路徑軌跡，生成的刀具路徑軌跡如圖7所示。

圖7 刀具路徑軌跡

3.2.4 刀具路徑驗證

刀具路徑的檢驗包括兩個部分，分別為刀具路徑模擬和實體加工驗證，在Mastercam的主界面中，單擊操作管理器中的 按鈕，進入刀具路徑模擬界面，用戶可觀察刀具的走刀路徑是否滿足要求、是否發生干涉等，可隨時更改刀具參數和切削參數，系統會重新計算并生成參數修改后的刀具路徑。單擊 進入實體加工驗證界面，加工過程的實體模擬仿真如圖8a-圖8c所示。

圖8 刀具路徑檢驗

3.2.5 后置處理

系統自動生成的刀具路徑軌跡是以一種標準的刀位軌跡文件即NCI文件的形式保存在計算機中，NCI文件存放了關于刀具、工藝參數、加工路徑等一些格式固定的數據。NC程序的生成需要由后處理器讀取NCI文件中的數據，根據選用的機床數控系統后置處理文件的要求，生成適用于數控加工機床用的NC程序。加工齒輪軸的數控機床的數控系統為Fanuc數控系統，在Mastercam中選用MPFAN.PST后處理程式，生成的NC程序如下：

%

O0000

G21

(TOOL - 1 OFFSET - 1)

(OD ROUGH RIGHT - 80 DEG. INSERT -CNMG 120408 )

G0 T0101

G18

G97 S2110 M03

G0 G54 X41.483 Z132.5

G50 S3600

G96 S275

G99 G1 Z130.5 F.25

Z54.2

……

X31.064 Z62.879 C-183.665 F215.7

Z62.94 C-183.685 F125.5

Z63. C-183.691 F38.2

G0 X50.04 C-182.291

X300.007 C-180.382

X500. Z-200. C-126.87

G28 U0. V0. W0. H0. M55

T21900

M30

%

4 結語

隨著我國制造業整體水平的逐步提升，車銑復合加工設備被越來越多應用與生產制造當中，對一些復雜的工件，采用普通數控車床、銑床需多次裝夾方能完成，用車削中心可一次裝夾完成所有的工序，保證了工件的定位精度和加工精度，也縮減了裝拆的工序及工時。在車削中心加工該類工件時，手工編程較繁瑣，數控程序開發周期較長，不利于降低生產成本，Mastercam的自動編程將數控程序開發周期縮短，其C軸刀具路徑功能將車削和銑削的工序集成開發，有利于優化程序及加工，充分發揮車削中心的優勢。

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[2]佛新崗.基于MasterCAM的數控加工零件尺寸精度控制研究[J]. 組合機床與自動化加工技術, 2012, 1: 99-102

[3]楊樹財. 基于Pro_E和MasterCAM的注塑模設計與加工[J]. 模具技術, 2010, 1: 40-63.