1+X數(shù)控車銑加工職業(yè)技能等級(jí)（初級(jí)）編程方法研究

劉培桐，曾齊高，詹志遠(yuǎn)

（1.深圳市龍崗職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣東深圳 518172；2.深圳子言科技文化有限公司，廣東深圳 518172；3.廣東省機(jī)械技師學(xué)院，廣東廣州 510450）

1 引言

“1+X”技能等級(jí)證書考試是為貫徹落實(shí)《國(guó)家職業(yè)教育改革實(shí)施方案》，積極推動(dòng)學(xué)歷證書+若干職業(yè)技能等級(jí)證書制度的一項(xiàng)全新制度設(shè)計(jì)。1+X 數(shù)控車銑加工職業(yè)技能等級(jí)證考核考生進(jìn)行零件的編程與加工能力。

文中根據(jù)1+X 職業(yè)技能考證對(duì)學(xué)生在數(shù)控銑床的操作上經(jīng)常遇到的問(wèn)題，針對(duì)進(jìn)行了分析和探討，總結(jié)1+X 數(shù)控車銑職業(yè)技能考證中數(shù)控銑零件的操作步驟，對(duì)學(xué)生厘清平面零件加工的概念，掌握數(shù)控加工技能有很大幫助，以促進(jìn)數(shù)控技術(shù)在加工制造中的應(yīng)用，促進(jìn)學(xué)生加工制造技術(shù)水平的發(fā)展提升。

本文采用MasterCAM 2021軟件，使用華中DNC-200數(shù)控銑床，HNC-818DiM數(shù)控系統(tǒng)。

2 零件尺寸要求

該零件為典型的平面加工零件，如圖1所示。該零件的尺寸精度要求分別由零件主要尺寸：帶公差的尺寸其余基本尺寸：±0.2mm；孔深度控制在0/+2mm內(nèi)；圓弧半徑控制在+/-0.2；角度控制在公差+/-0.5°；需注意尺寸：φ30+0.033/-0.0mm；3+0.03/-0.03mm等組成。

圖1 零件

3 零件分析

該平面零件在機(jī)械加工中工序較多，加工工藝較為復(fù)雜，難以控制尺寸精度，如果使用手工編程較為復(fù)雜，所以文中利用MasterCAM 2021 軟件進(jìn)行自動(dòng)編程。文中通過(guò)零件的數(shù)控編程及加工詳細(xì)闡述在自動(dòng)編程方法的使用及研究。

通過(guò)分析該零件的特征，主要由內(nèi)外輪廓、R5.5mm開(kāi)口槽、φ45mm、φ30mm凹凸圓、φ7mm內(nèi)孔、C4mm 倒角等特征組成。技術(shù)要求：①未注倒角處按0.3mm×45°，銳邊去毛刺；②未注公差按±0.2mm加工；③不準(zhǔn)用銼刀或砂紙修飾工件表面。加工過(guò)程中主要以φ30mm 圓度與垂直度尺寸作為拉分要素，加工過(guò)程中控制好變形量，注意精修裝夾力度。產(chǎn)品外觀表面要求無(wú)加工刀痕、劃痕、凹痕等,建議加工過(guò)程中采用先粗后精的方式進(jìn)行加工。如時(shí)間充足，公差范圍小的內(nèi)孔，建議進(jìn)行鏜孔。該零件的毛坯尺寸為78×78×30mm材料為2A12鋁合金。

根據(jù)數(shù)控銑加工特點(diǎn)以及該零件的特征，尺寸要求，技術(shù)要求等制定數(shù)控銑床加工工序單如表1所示。

表1 數(shù)控銑床加工工序單

4 基于MasterCAM 2021的自動(dòng)編程

根據(jù)前文加工工序單可知，工序內(nèi)容有面銑加工→工件正面優(yōu)化動(dòng)態(tài)粗加工→工件正面開(kāi)口槽粗加工→工件正面孔打定位點(diǎn)→鉆孔→工件正面再次粗加工控制側(cè)邊余量0.1mm→工件正面底面精加工→工件正面開(kāi)口槽底面精加工→工件正面?zhèn)让婢庸ぁぜ骈_(kāi)口槽精加工→倒角→工件反面粗加工（工件翻面加工）→工件反面精加工→倒角等。以上內(nèi)容全部采用MasterCAM 2021軟件自動(dòng)編程。

4.1 工件正面面銑加工

工件正面面銑加工，按編程順序，先進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，如圖2所示。刀具直徑φ12mm，切削用量參數(shù)設(shè)置主軸轉(zhuǎn)速4,500轉(zhuǎn)/min，進(jìn)給速度2,000mm/轉(zhuǎn)，每齒進(jìn)給量0.111，線速度169.65，下到速度10,000，類型雙向，底面余量0.01mm，截?cái)喾较虺隽?6，引導(dǎo)方向超出量%6.6，進(jìn)刀引線長(zhǎng)度%6.6，退刀引線長(zhǎng)度%6.6，最大步進(jìn)量%10.8，切削深度0.5mm。面銑加工參數(shù)設(shè)置如圖2所示。面銑加工刀具路徑如圖3所示。

圖2 面銑加工參數(shù)設(shè)置

設(shè)置面銑加工參數(shù)，選擇加工軌跡，生成刀具路徑，如圖3所示。

圖3 面銑加工刀具路徑

4.2 工件正面優(yōu)化動(dòng)態(tài)粗加工

工件面銑加工后，進(jìn)行輪廓優(yōu)化動(dòng)態(tài)粗加工，刀具直徑φ12mm，切削用量參數(shù)設(shè)置主軸轉(zhuǎn)速4,500轉(zhuǎn)/min,進(jìn)給速度2,000mm/轉(zhuǎn)，每齒進(jìn)給量0.111，線速度169.65，下到速度10,000；加工圖形選擇實(shí)體，切削方式順銑，切削間距20，分層深度250，步進(jìn)量8.33，微量提刀距離0.25，提刀進(jìn)給速率12,500，刀具直徑%500；Z深度最高位置0，最低位置-24。工件正面優(yōu)化動(dòng)態(tài)粗加工參數(shù)設(shè)置如圖4所示。工件正面優(yōu)化動(dòng)態(tài)粗加工刀具路徑如圖5所示。

圖4 工件正面優(yōu)化動(dòng)態(tài)粗加工參數(shù)設(shè)置

設(shè)置工件正面優(yōu)化動(dòng)態(tài)粗加工參數(shù)，選擇加工軌跡，生成刀具路徑，如圖5所示。

圖5 工件正面優(yōu)化動(dòng)態(tài)粗加工刀具路徑

4.3 工件正面開(kāi)口槽粗加工

刀具直徑φ10mm，切削用量參數(shù)設(shè)置主軸轉(zhuǎn)速4,500 轉(zhuǎn)/min，進(jìn)給速度800mm/轉(zhuǎn)，每齒進(jìn)給量0.044，線速度141.37，下到速度10,000；補(bǔ)正方式電腦，補(bǔ)正方向左，校刀位置刀尖，尋找自相交內(nèi)圓角半徑0，外部拐角修剪半徑0，壁邊預(yù)留量0.2，底面預(yù)留量0.01，外形銑削方式2D；參考高度絕對(duì)坐標(biāo)15，下到位置增量坐標(biāo)1，工件表面絕對(duì)坐標(biāo)-8，深度絕對(duì)坐標(biāo)-8。工件正面開(kāi)口槽粗加工參數(shù)設(shè)置如圖6所示。工件正面開(kāi)口槽粗加工刀具路徑如圖7所示。

圖6 工件正面開(kāi)口槽粗加工參數(shù)設(shè)置

設(shè)置工件正面開(kāi)口槽粗加工參數(shù)，選擇加工軌跡，生成刀具路徑，如圖7所示。

圖7 工件正面開(kāi)口槽粗加工刀具路徑

4.4 工件正面孔打定位點(diǎn)

刀具直徑φ6mm，切削用量參數(shù)設(shè)置主軸轉(zhuǎn)速6,500 轉(zhuǎn)/min，進(jìn)給速度500mm/轉(zhuǎn)，每齒進(jìn)給量0.019，線速度122.52；安全高度絕對(duì)坐標(biāo)50，參考高度絕對(duì)坐標(biāo)1，工件表面增量坐標(biāo)0，深度增量坐標(biāo)-2。工件正面孔打定位點(diǎn)參數(shù)設(shè)置如圖8所示。

圖8 工件正面孔打定位點(diǎn)參數(shù)設(shè)置

4.5 鉆孔

刀具直徑φ7mm，切削用量參數(shù)設(shè)置主軸轉(zhuǎn)速1,500 轉(zhuǎn)/min,進(jìn) 給 速 度100mm/轉(zhuǎn)，每 齒 進(jìn) 給 量0.033，線速度32.98；深孔啄鉆（G83），Peck1,安全高度絕對(duì)坐標(biāo)50，參考高度絕對(duì)坐標(biāo)1，工件表面增量坐標(biāo)0，深度增量坐標(biāo)-15。工件正面鉆孔參數(shù)設(shè)置如圖9 所示。

圖9 工件正面鉆孔參數(shù)設(shè)置

4.6 工件正面再次粗加工控制側(cè)邊余量0.1mm

刀具直徑φ12mm，切削用量參數(shù)設(shè)置主軸轉(zhuǎn)速5,000 轉(zhuǎn)/min，進(jìn)給速度800mm/轉(zhuǎn)，每齒進(jìn)給量0.04，線速度188.50，下刀速度600；補(bǔ)正方式電腦，補(bǔ)正方式磨損，補(bǔ)正方向左，校刀位置刀尖，尋找自相交內(nèi)圓角半徑0，外部拐角修剪半徑0，壁邊預(yù)留量0，底面預(yù)留量0.03，外形銑削方式2D；進(jìn)/退刀設(shè)置，進(jìn)刀：相切，長(zhǎng)度5，圓弧半徑5；退刀：相切，長(zhǎng)度5，圓弧半徑5。參數(shù)設(shè)置與4.9 工件正面?zhèn)让婢庸こ绦騾?shù)設(shè)置一樣，已有詳細(xì)闡述，不再贅述。

4.7 工件正面底面精加工

刀具直徑φ12mm，切削用量參數(shù)設(shè)置主軸轉(zhuǎn)速5,000 轉(zhuǎn)/min，進(jìn)給速度800mm/轉(zhuǎn)，每齒進(jìn)給量0.04，線速度188.50，下刀速度600，快速提刀；刀具在轉(zhuǎn)角處走圓角最大半徑1，輪廓公差1，補(bǔ)正公差1，壁邊預(yù)留量0.2，底面預(yù)留量0，XX 步進(jìn)量刀具直徑%88，最小距離5.808，最大距離10.56，兩刀具切削間隙保持在刀具直徑%100；參考高度絕對(duì)坐標(biāo)15，下到位置增量坐標(biāo)1，工件表面絕對(duì)坐標(biāo)-10，深度絕對(duì)坐標(biāo)-10；垂直圓弧切入1.5，垂直圓弧切出1.5。工件正面底面精加工參數(shù)設(shè)置如圖10所示。

圖10 工件正面底面精加工參數(shù)設(shè)置

4.8 工件正面開(kāi)口槽底面精加工

刀具直徑φ10mm，其它參數(shù)設(shè)置與工件正面底面精加工參數(shù)設(shè)置一樣，前面已有詳細(xì)闡述，不再贅述。工件正面開(kāi)口槽底面精加工參數(shù)設(shè)置如圖11所示。

圖11 工件正面底面精加工參數(shù)設(shè)置

4.9 工件正面?zhèn)让婢庸?/h3>

刀具直徑φ12mm，切削用量參數(shù)設(shè)置主軸轉(zhuǎn)速5,000 轉(zhuǎn)/min，進(jìn)給速度800mm/轉(zhuǎn)，每齒進(jìn)給量0.04，線速度188.50，下刀速度600；補(bǔ)正方式電腦，補(bǔ)正方式磨損，補(bǔ)正方向左，校刀位置刀尖，尋找自相交內(nèi)圓角半徑0，外部拐角修剪半徑0，壁邊預(yù)留量0，底面預(yù)留量0.03，外形銑削方式2D；進(jìn)/退刀設(shè)置，進(jìn)刀：相切，長(zhǎng)度5，圓弧半徑5；退刀：相切，長(zhǎng)度5，圓弧半徑5。工件正面?zhèn)让婢庸?shù)設(shè)置如圖12所示。工件正面?zhèn)让婢庸さ毒呗窂饺鐖D13所示。

圖12 工件正面?zhèn)让婢庸?shù)設(shè)置

設(shè)置工件正面?zhèn)让婢庸?shù)，選擇加工軌跡，生成刀具路徑，如圖13所示。

圖13 工件正面?zhèn)让婢庸さ毒呗窂?/p>

4.10 工件正面開(kāi)口槽精加工

刀具直徑φ10mm，其它參數(shù)設(shè)置與工件正面?zhèn)让婢庸?shù)設(shè)置一樣，前面已有詳細(xì)闡述，不再贅述。

4.11 倒角

采用模型倒角，刀具直徑φ6mm，切削用量參數(shù)設(shè)置主軸轉(zhuǎn)速6,500 轉(zhuǎn)/min，進(jìn)給速度1,200mm/轉(zhuǎn)，每齒進(jìn)給量0.046，線速度122.52，下刀速度600，快速提刀；補(bǔ)正方式電腦，補(bǔ)正方向左，刀具補(bǔ)正中心，尋找自相交內(nèi)圓角半徑0，外部拐角修剪半徑0，壁邊預(yù)留量0.25，底面預(yù)留量0.0，倒角寬度0.25，底部偏移2.5；安全高度15，參考高度15，下刀位置3。工件正面倒角加工參數(shù)設(shè)置如圖14所示。

圖14 工件正面倒角參數(shù)設(shè)置

4.12 工件反面加工

工件反面加工和正面加工類似，主要由粗加工，精加工，倒角加工等組成，前面已有詳細(xì)闡述，不再贅述。

4.13 后置處理及加工代碼的生成

根據(jù)MasterCAM 2021 軟件生成的刀具路徑，需要轉(zhuǎn)換成數(shù)控銑床能讀取的G代碼，按一下步驟進(jìn)行查找修改。

（1）查找%，選中區(qū)域刪除。

（3）查找m06，m06 前面加#號(hào)，pfcout 刪除，G43 前面加#號(hào)。

改完如下圖：

（4）再次查找m06，修改位置與前面一致。

（5）查找1003，如圖修改。

（6）查找最后一個(gè)1003，前面加#號(hào)。

5 結(jié)論

通過(guò)1+X 數(shù)控車銑職業(yè)技能等級(jí)考證（初級(jí)）平面零件的工藝分析，利用MasterCAM 2021 軟件進(jìn)行自動(dòng)編程得出以下結(jié)論。

（1）文中的1+X 職業(yè)技能等級(jí)考證的平面零件，加工工藝較復(fù)雜，切削余量不大，尺寸精度、表面粗糙度和形位公差都有要一定求。該零件材料為2A12（硬鋁），由于硬鋁材料在加工過(guò)程中主要有粘刀、不斷屑、斷刀、易變形等特點(diǎn)，需采用鋁合金銑刀加工。為了提高加工效率，采用一次裝夾完成加工，分粗精加工等。為了解決工件垂直度要求，采用平行墊鐵輔助，虎鉗裝夾等輔助加工。

（2）為了提高編程效率以及編程準(zhǔn)確率，文中利用MasterCAM 2021軟件自動(dòng)編程。MasterCAM 2021軟件自帶刀路仿真功能，對(duì)已有的加工刀路進(jìn)行過(guò)程模擬，以檢查加工刀路的正確性。對(duì)系統(tǒng)生成的加工刀路，仿真時(shí)用生成時(shí)的加工參數(shù)，即刀路中記錄的參數(shù)；對(duì)從外部反讀進(jìn)來(lái)的刀路，仿真時(shí)用系統(tǒng)當(dāng)前的加工參數(shù)。