型腔零件的數控加工

葉陽勝

[摘 要] 以MasterCAM軟件及應用實例（型腔零件）為背景，講述型腔零件的數控加工，綜合分析了型腔零件的加工面。運用Master CAM軟件，根據此型腔特點、工藝分析、技術要點分析、選擇曲面粗加工和精加工，擬定數控加工工藝路線，優化加工參數，生成刀具路徑，完成仿真加工。Master CAM 軟件提供了多種粗加工和精加工方式，選擇合理的加工方式和加工路徑，既能夠保證加工質量的同時又能提高加工效率。

[關 鍵 詞] 數控技術；工藝分析；三維造型；仿真加工；自動編程

[中圖分類號] TG659 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）14-0086-02

一、型腔零件的說明及工藝分析

如下圖所示型腔零件，用Master CAM9.0完成此曲面三維造型。

（一）工藝分析

該型腔零件在型號為法蘭克系統的數控銑床上進行加工，型腔零件各個面加工整體思路是：先開粗加工、半精加工、再精加工、最后清角加工。具體分析如下：

1.開粗加工

粗加工是為提高生產效率，迅速去除多余的材料，型腔零件的尺寸是112×100×38。

2.半精加工

在開粗加工時使用了φ16平底銑刀進行加工，半精加工是為了去除過多的余量，使精加工時受力均勻。刀具選擇時應考慮承受粗加工所留下余量的大小，使加工時不至于斷刀，且不會留下過多的余量而給精加工造成刀具受力不均勻。而針對本文所加工的型腔零件主要是以倒圓弧和斜面為主，所以在半精加工時將采用φ10的平刀進行加工。

3.精加工

把工件各表面精加工到圖紙要求的尺寸與表面精度，同時要考慮加工效率，選擇刀具時要考慮到是否留有余量和過切現象發生。而根據本文所加工的型腔零件的最小曲面的圓弧尺寸，最終選擇φ8的球刀進行加工。

4.清角加工

清角加工是為了去除原刀具不能加工到的地方，由于精加工時刀具加工不到而留下的余量，刀具選擇應考慮加工效率、刀具強度及能否去除留下的余量。而根據本文所加工的型腔零件最后殘余料就是斜面與底面以及直角間所形成的角有一定高度球刀是沒辦法加工到的，最終選擇φ4的平底銑刀進行加工。

（二）技術要點分析

1.粗加工技術要點

使用曲面挖槽粗加工一定要定義一個封閉的邊界，通過切削所有位于曲面與凹槽邊界材料而生成粗加工刀具路徑。挖槽式曲面粗加工是等高加工，其切削負荷最為穩定，加工中走刀方式也有多種選擇，可以滿足不同加工工件形狀的要求。

在Master CAM的等高加工中，每層的背吃刀量設置值為最大背吃刀量，實際加工中將按最高點與最低點差值平均分配，一般為略小于或等于設置的數值。使用曲面選擇子菜單中的“ALL”選項來選擇曲面，可以快速地選擇所有的曲面或者通過其他過濾方式選擇到所需的加工對象，并保證有足夠的安全性。而針對本文所加工的型腔零件外形的特點，在使用曲面挖槽粗加工前可以先繪出兩個矩形，把斜面和內槽單獨進行，此舉可以大大地減小提刀的時間，縮短加工時間。

2.半精加工技術要點

粗加工后進行半精加工，對于有尖角的工件，粗加工和半精加工的刀具直徑差距不能太大，否則，在轉角部位刀具所受的切削力過大而且很不穩定，接近于撞擊載荷，特別容易斷刀。在加工型腔零件斜面時，半精加工采用曲面等高外形，主要是對型腔零件三維曲面中周圍曲面夾角較細的部位進行加工，選用刀具為Φ10的平刀，加工深度最高點為0.00，最低點為-20。這樣一方面可以解決在粗加工時Φ16的平底銑刀無法對型腔中曲面間夾角較小的位置的加工，另一方面又可以保證在加工中刀具的合理使用。

3.精加工技術要點

在前面的兩步加工工藝后，此時的型腔零件三維曲面所有的曲面已經基本上接近于加工所需的尺寸，進行精加工時需把工件各表面精加工到圖紙要求的尺寸與表面精度，同時要考慮加工效率，選擇刀具時要考慮到是否留有余量和過切現象發生。在型腔零件三維曲面精加工時采用Φ8的球刀，刀具間距設為0.1 mm。當然采用Φ6的球刀進行加工也可以，但是刀具間距最多只能設置為0.1 mm，精加工的時間將會多出1/3，綜合考慮后決定采用Φ8的球刀進行精加工。

4.清角加工技術要點

由于型腔零件三維曲面用Φ8的球刀精加工之后會在曲面相交的部位留下了一些殘余量，同時為了使型腔零件三維曲面內的輪廓呈現得更加細致明顯，所以需要進行清角加工。對型腔零件三維曲面進行清角加工刀具選擇半徑不能太大，由于交線清角只能沿曲面交線的地方走一刀，若精加工所用刀具半徑太大，則會在兩把刀都加工不到的區域留下殘料，所以在清角加工時采用Φ4的平刀。

二、編制刀具路徑

（一）平面銑削

選取工件表面作為平面銑削對象。

1.設置刀具參數：在刀具列表中選取#2號刀具（直徑為φ16平底立銑刀）。設定切削加工的主軸轉速為“800”、進給率為“800”、Z軸進給率為“500”，其余參數按默認值。

2.設置曲面加工參數：進給下刀位置為“10”，采用相對坐標方式；校刀長位置為“刀尖”；切削方式為雙向加工；其他參數按默認值。

3.生成刀具路徑：生成的加工刀具路徑（平面銑削）。

（二）曲面粗加工——挖槽

選擇曲面挖槽粗加工型腔零件三維曲面，選取所有曲面作為粗加工對象。

1.設置刀具參數：在刀具列表中選取#1號刀具（直徑為φ16平底立銑刀）。設定切削加工的主軸轉速為“1800”、進給率為“1500”、Z軸進給率為“500”，其余參數按默認值。

2.設置曲面加工參數：進給下刀位置為“10”，采用相對坐標方式，激活快速提刀；校刀長位置為“刀尖”；在加工面預留量為“0.1”；其他參數按默認值。

3.選擇限制輪廓：（1）點擊曲面加工參數選項卡上的刀具，設置補償方式為“中心”，點擊“選取”按鈕進行輪廓邊界選擇。（2）在繪圖區點擊矩形1輪廓線中的一邊，系統自動找到封閉的串連，并在結束處顯示箭頭。在邊界串連設定子菜單上點擊“D執行”完成邊界的設定，返回曲面加工參數設置。

4.設置挖槽粗加工參數：切削方向誤差值為“0.025”；最大Z軸進刀量為“1”；由切削范圍外下刀；切削的刀間距為“5”；由于材料為熱塑性塑料所以要激活精銑選項；采用順銑加工；其余參數按默認值。

5.生成刀具路徑：生成的挖槽粗加工刀具路徑。

（三）曲面半精加工——等高外形

選取型腔零件周圍曲面作為半精加工對象。

1.設置刀具參數：在刀具列表中選取#1號刀具（直徑為

φ10 mm的平刀）。設定切削加工的主軸轉速為“1800”、進給率為“1500”、Z軸進給率為“500”，其余參數按默認值。

2.設置曲面加工參數：進給下刀位置為“5”，采用相對坐標方式，激活快速提刀；校刀長位置為“刀尖”；在加工面預留量為“0”；在干涉面預留量為“0”；其他參數按默認值。

3.設置等高外形精加工參數：切削誤差值為0.025；最大Z軸進給量0.1；封閉式輪廓方向為順銑；兩區段間處理方式為打斷；開放式輪廓方向為單向切削；其他參數按默認值。

4.生成刀具路徑：生成半精加工刀具路徑。

（四）曲面精加工——平行銑削

選取型腔零件的型腔三維曲面所有曲面作為精加工對象。

1.設置刀具參數：在刀具列表中選取#3號刀具（直徑為φ8球刀）。設定切削加工的主軸轉速為“1800”、進給率為“1200”、Z軸進給率為“500”，其余參數按默認值。

2.設置曲面加工參數：進給下刀位置為“5”，采用相對坐標方式，激活快速提刀；校刀長位置為“刀尖”；在加工面預留量為“0”；選取工件平面作為干涉面，在干涉面預留量為“0”其他參數按默認值。

3.設置平行銑削精加工參數：切削方向誤差值為“0.025”；最大切削間距為“0.1”；加工角度為“45”；切削方式為“雙向切削”；其余參數按默認值。

4.生成刀具路徑：生成的精加工刀具路徑。

（五）曲面精加工——交線清角

選取型腔零件三維曲面內外表面作為加工對象。

1.設置刀具參數：在刀具列表中選取#4號刀具（直徑為φ4平底立銑刀）。設定切削加工的主軸轉速為“2500”、進給率為“600”、Z軸進給率為“400”，其余參數按默認值。

2.設置曲面加工參數：進給下刀位置為“5”，采用相對坐標方式，激活快速提刀；校刀長位置為“刀尖”；在加工面預留量為“0”；其他參數按默認值。

3.交線清角加工參數按默認值。

4.生成刀具路徑：生成精加工刀具路徑。

以上具體介紹了采用Mastercam軟件加工型腔零件的工藝、技術要點、方法及刀具路徑的編制。在數控編程中會經常在加工工藝（不同刀具路徑）和構圖上找突破口（如補面和構線等）。在實際數控加工中，加工的方法是相當靈活的。總之，選用合理的加工方法和加工路徑，運用好加工中的技術，這樣既能滿足加工零件的質量和技術要求，又能降低生產成本，提高工作效率，減少廢品。此類方式可廣泛運用于型腔類零件和其它較為復雜的零件，且都能取得較為滿意的效果。

參考文獻：

[1]陳子銀，徐鯤鵬.數控加工技術[M].北京：理工大學出版社，2006.

[2]余英良.數控加工編程及操作[M].北京：高等教育出版社，2004.

[3]嚴烈.MasterCAM應用基礎[M].冶金工業出版社，2001-11.

[4]鄭修文.機械制造工藝學[M].北京：機械工業出版社，1999-05.

[5]吳洪東.模具CAD/CAM[M].機械工業出版社，2004-05.