基于MasterCAM的雙頭刀參數化建模與加工應用

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是一套以圖形驅動的計算機輔助制造模擬加工軟件，它將CAD和CAM這兩大功能結合在一起，可根據導入的自定義刀具圖樣創建刀具庫，方便將刀具加工路徑文件轉換成相應的CNC控制器上所使用的數控加工程序NC代碼。根據蓋口厚度的結構特征和加工要求，創建了雙頭刀成形刀具，通過計算機輔助模擬編輯加工程序，并對加工結果進行驗證。

2 刀具參數設置

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，蓋口結構如圖1所示。如果使用標準刀具加工，須選用兩把刀具合成加工完成，且選用的標準刀具切削刃一端圓弧為R0.8mm，標準刀桿角度為95°或93°。由于不能將蓋口厚度一次加工完成，且加工過程中毛坯產生變形，所以導致蓋口厚度位置塌陷，極易產生尺寸超差。

圖1 蓋口結構

設計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。刀具的上半部分進行車削加工，保證蓋口結構中R0.8mm、（6.7±0.7）mm和（50±0.1）mm的尺寸；刀具的下半部分進行車削加工，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度，且通用性強。在AutoCAD中創建雙頭刀具的截面圖形（見圖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將刀具圖形移至原點，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Toolpath Parameters對話框→空白處點擊右鍵創建新刀具→彈出的Type custom對話框中點擊用戶自定義模式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，自動識別刀片半徑→在參數設計中設定刀號、補償值、進給率以及轉數等。MasterCAM只提供單圓弧半徑及單圓弧中心設置，由于無法識別雙頭刀具的刀片寬度，因此刀片只能選擇圓弧R0.8mm進行單圓弧定義，以圓弧R0.8mm為例創建刀具并保存至刀具庫中，刀具參數如圖4所示。

圖4 刀具參數

4 編制加工程序

4.1 制作加工路徑輔助線

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

在MasterCAM中打開刀具圖樣，依據刀具圖樣尺寸（30.13mm、47.67mm）對退刀槽及蓋口線進行偏置，形成輔助線（見圖5），一、二工序加工余量需根據現場實際情況預留，通常為2～4mm。

圖5 加工輔助線

4.2 加工路徑選取

在車削模式下，進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（見圖6），按照水平方向進刀，延伸出刀，延伸長度需考慮留量大小，同時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。不設置進刀參考點，依據退刀槽長度進行調整，出刀時為延伸出刀，延伸距離應稍小，以保證出刀時兩個切削刃與蓋口不干涉。

圖7 蓋口輔助線設置

5 零件加工驗證

將以上生成的NC代碼導入車床中進行實際工藝驗證，機床其余參數設置不再贅述，加工完成后對蓋口厚度尺寸進行測量（見圖8），雙頭刀具加工與兩次合成加工的外觀一致。首先使用卡尺對蓋口厚度尺寸進行檢查，加工件成品使用三坐標進行測量，并與原造型線對比，如圖8b所示。通過兩次測量及比對，雙頭刀具加工后的尺寸和造型與原造型一致，滿足了設計要求。

圖8 蓋口厚度尺寸測量

6 結束語

針對無法用現有單頭刀具加工的特殊結構零部件，設計了相應的雙頭刀具，并根據其加工特征，完成了數控加工程序的編制，為特殊刀具在現代加工技術中的應用提供了參考。