基于Mastercam X圓弧薄壁型腔零件銑削工藝分析及加工

楊 旭, 楊 麗, 陳志欣

(成都工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院/成都市技師學(xué)院, 四川 成都 611731)

0 引言

Mastercam X是加工制造中廣泛使用的CAD/CAM軟件,該軟件可以模擬加工,能自動(dòng)生成NC數(shù)控代碼,這些代碼可直接用于數(shù)控加工中。它也是作為常用的高速加工軟件之一,其軟件功能滿足大多數(shù)工件的加工要求[1]。而小批量槽板零件封閉和半封閉型腔的粗加工,采用動(dòng)態(tài)銑削加工方法效率顯著[2]。中等復(fù)雜的模具型腔加工時(shí)采用MastercamX軟件編程應(yīng)用便捷、操作簡(jiǎn)單[3]。Mastercam軟件中合理的加工工藝設(shè)置能保證產(chǎn)品的加工精度和提高生產(chǎn)效率[4]。常用直齒圓柱齒輪銑削中,可以利用Mastercam軟件進(jìn)行實(shí)體模型,設(shè)置加工參數(shù),得出齒輪加工的軌跡圖,以獲得最優(yōu)路徑[5]。在型腔數(shù)控銑削加工中,高速加工獲得的零件表面質(zhì)量及刀具性能的發(fā)揮也要優(yōu)于傳統(tǒng)加工[6]。

本研究通過運(yùn)用Mastercam X自動(dòng)編程軟件對(duì)圓弧薄壁型腔零件進(jìn)行二維建模、刀具選擇、切削參數(shù)設(shè)置、銑削刀路軌跡生成和模擬仿真,并自動(dòng)生成加工程序快速的完成型腔加工。與手工編程相比避免了繁瑣復(fù)雜的坐標(biāo)值計(jì)算,保證零件加工精度,提高了工作效率。

1 圓弧型腔零件數(shù)控銑削工藝分析

如圖1所示為圓弧薄壁型腔零件,此零件是一個(gè)分布在直徑Φ64 mm的三個(gè)均勻凹槽,三個(gè)凹槽正中有一個(gè)寬10 mm的開口,凹槽深為5 mm壁厚為2 mm的薄壁開放型型腔,零件加工難點(diǎn)在于加工時(shí)一定要注意零件的變形,如采用傳統(tǒng)的銑削加工零件變形大,所以此次加工采用高速銑削方式進(jìn)行完成。各邊留有0.5 mm精銑余量,深度上每次進(jìn)刀深度1 mm,刀具選擇Φ8 mm的圓柱銑刀進(jìn)行粗精加工。精加工時(shí)把深度一次下到5 mm處。因此,下面著重介紹利用Mastercam X數(shù)控自動(dòng)編程軟件對(duì)零件輪廓粗精加工參數(shù)設(shè)置。

要實(shí)現(xiàn)圓弧薄壁型腔零件的高效快速銑削加工,選擇Mastercam X自動(dòng)編程軟件進(jìn)行零件建模、刀具選擇、切削參數(shù)的設(shè)置、銑削路軌跡生成、模擬仿真和NC代碼的生成,最后在數(shù)控銑床上完成加工,以保證零件的加工效率和加工質(zhì)量。

(1)確定毛坯及裝夾方式

毛坯為68×68×15 mm的鋁塊,材料為硬鋁。先用平口虎鉗先夾持5 mm把上面部分銑成Φ66 mm的圓,再用V型塊配合虎鉗把剩余5 mm的也銑成Φ66 mm的圓。加工圓弧型腔時(shí),為了減少零件裝夾變形,就用V型塊配合虎鉗一次性裝夾完成所有的銑削加工。

(2)確定數(shù)控刀具及切削用量

在數(shù)控加工工藝系統(tǒng)中切削用量的選擇必須根據(jù)機(jī)床主傳動(dòng)功率、進(jìn)給傳動(dòng)功率、主軸轉(zhuǎn)速范圍、進(jìn)給速度范圍等來確定,機(jī)床——刀具——工件系統(tǒng)的剛性是限制切削用量的重要因素,切削參數(shù)的選擇應(yīng)根據(jù)機(jī)床——刀具——工件系統(tǒng)不發(fā)生較大的振動(dòng)為前提。高速銑削粗加工過程中,追求的是利用快進(jìn)給去除加工余量,一般采用高的銑削速度,較小的進(jìn)給量和吃刀量,可獲得較好的表面質(zhì)量和較高的加工精度。并且高速加工使切削機(jī)理發(fā)生了根本的變化,與傳統(tǒng)切削加工相比,其單位功率的金屬切除率提高30%～40%,切削力降低30%,刀具壽命提高70%,工件的切削熱大幅度降低,低階切削振動(dòng)幾乎消失。高速加工的小量快進(jìn)給使切削力減少,切屑高速排除,減少了工件的切削力和熱應(yīng)力辨析,提高了剛性差和薄壁零件切削加工的可能性。圓弧薄壁型腔零件輪廓的銑削時(shí),選擇刀具及切削用量如表1所示。

表1 刀具及切削用量

2 MasterCAM數(shù)控銑的加工設(shè)置

2.1 毛坯及外輪廓的建模

在Mastercam X自動(dòng)編程軟件中對(duì)加工對(duì)象進(jìn)行輪廓建模后,需在“屬性”中對(duì)零件的毛坯尺寸進(jìn)行設(shè)置,輪廓的建模可以通過Mastercam X自動(dòng)編程軟件直接繪制,并要畫出零件的完整的零件圖,無需考慮最后的加工余量,直接按照?qǐng)A弧薄壁型腔零件外輪廓最終尺寸進(jìn)行繪制,加工余量則通過切削參數(shù)設(shè)置來體現(xiàn),如圖2所示。

圖2 圓弧薄壁型腔毛坯和加工輪廓圖

2.2 設(shè)置加工參數(shù)

2.2.1 機(jī)床類型選擇

機(jī)床類型設(shè)置是針對(duì)不同的機(jī)床種類選擇如圖3所示,在Mastercam X自動(dòng)編程軟件為用戶提供了3種機(jī)床,銑床、車床和刨床,銑床又分為3軸、4軸和5軸,車床分為2軸、還有輔助C軸。控制器定義主要設(shè)置公差、傳輸路徑、NC輸出、工作系統(tǒng)、刀具、直線、圓弧、旋轉(zhuǎn)、速度,切削補(bǔ)償、工作周期、子程序等配置文件。

圖3 機(jī)床類型按鈕

2.2.2 設(shè)置粗加工參數(shù)

根據(jù)加工工藝中先粗后精的加工原則,對(duì)零件加工參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。首先選擇加工刀具定義,如刀具刀號(hào)、夾頭直徑、刀柄直徑、刀具總長度、刀刃長度、直徑和加工對(duì)象等進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置,如圖4所示。再對(duì)圓弧薄壁型腔的外輪廓、凹槽等進(jìn)行粗銑加工,根據(jù)加工要求填寫各項(xiàng)主軸加工參數(shù)如圖5所示。其實(shí)對(duì)2D挖槽加工形式是標(biāo)準(zhǔn)挖槽、銑平面、使用島嶼深度、殘料加工還是開放式輪廓加工進(jìn)行選擇,參考高度、進(jìn)給下刀位置、工件表面、加工深度的坐標(biāo)值是絕對(duì)坐標(biāo)還是增量坐標(biāo)進(jìn)行選擇,加工方向是順銑還是逆銑、XY方向精加工余量、分層銑深、貫穿等等進(jìn)行設(shè)置,如圖6所示。最后選擇粗切、精修的參數(shù)設(shè)置如切削方式、切削間距、精修次數(shù)、刀具補(bǔ)正、刀具路徑最佳優(yōu)化、螺旋式下刀還是高速切削等進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置,如圖7所示。

圖4 刀具管理器

圖5 挖槽主軸參數(shù)設(shè)置

圖6 2D挖槽參數(shù)設(shè)置

圖7 2D挖槽粗切/精修參數(shù)設(shè)置

2.2.3 生成加工軌跡

完成上述各個(gè)相應(yīng)參數(shù)設(shè)定后按“確定”鍵完成設(shè)置,此時(shí)屏幕左窗口處會(huì)出現(xiàn)刀具路徑顯示出相應(yīng)加工對(duì)象中的參數(shù)、刀具、圖形串聯(lián)和刀具路徑,并最后以特殊顏色顯示出加工部分生成的刀具軌跡,如圖8所示。

圖8 圓弧薄壁型腔零件走刀軌跡

3 零件的模擬仿真及加工

為了驗(yàn)證圓弧薄壁型腔零件的輪廓草圖、加工參數(shù)設(shè)置正確與否、是否有過切行跡,生成加工軌跡之后可以通過軌跡仿真來檢驗(yàn),如圖9所示。最后通過Mastercam X自動(dòng)編程軟件中的G1按鈕處理操作完成NC加工程序的生成,用生成的NC程序完成零件的加工,如圖10所示。通過檢查零件各部分尺寸均達(dá)到圖樣要求,零件變形小,表面光潔度好。

圖10 圓弧薄壁型腔零件加工

4 結(jié)束語

通過在數(shù)控銑床上實(shí)體零件加工的結(jié)果表明,利用Mastercam X自動(dòng)編程加工得到的圓弧薄壁型腔零件與手工編程加工得到的零件相比,前者表面光潔度較好,加工表面質(zhì)量高。Mastercam X自動(dòng)編程軟件的使用避免了繁瑣復(fù)雜的坐標(biāo)值計(jì)算,減小程序出錯(cuò)率。另外,由于自動(dòng)編程代碼可以通過通訊軟件直接傳輸?shù)綌?shù)控系統(tǒng),避免了復(fù)雜的面板輸入操作,加工所需時(shí)間縮短,因此極大提高了零件的加工效率。高速銑削的應(yīng)用在薄壁零件中加工中減小零件的變形,對(duì)中等復(fù)雜零件的加工Mastercam X自動(dòng)編程軟件更能體現(xiàn)優(yōu)勢(shì)。與目前市面上功能相似的同類軟件(例如Pro-E、UG)比較,該軟件價(jià)格相對(duì)較低,對(duì)電腦的要求也低。Mastercam X自動(dòng)編程軟件在數(shù)控加工行業(yè)中能得到廣泛應(yīng)用,特別是中小型企業(yè)中尤為突出。