喬　橋

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MasterCAM在輥刀刀刃加工中的應(yīng)用

喬橋

（武漢紡織大學(xué) 機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院，湖北 武漢 430073）

本文從數(shù)控銑削編程的基本要點(diǎn)、Mastercam基本銑削編程功能介紹、數(shù)控編程的基本流程、數(shù)控銑削編程的應(yīng)用等幾個(gè)方面總結(jié)出一些經(jīng)驗(yàn)體會(huì)。結(jié)合輥刀加工實(shí)例，詳細(xì)闡述了MasterCAM在軟件自動(dòng)編程過(guò)程中的設(shè)置過(guò)程，介紹了Mastercam后置處理程序的結(jié)構(gòu)、功能以及定制方法,同時(shí)也為輥刀加工過(guò)程提供了一些參考。

MasterCAM；輥刀加工；加工中心；參數(shù)設(shè)置

MasterCAM是由美國(guó)CNC Software NC公司推出的基于PC平臺(tái)上的CAD/CAM一體化軟件?？梢酝ㄟ^(guò)CAD模塊進(jìn)行幾何圖形的繪制，然后通過(guò)CAM模塊編制刀具路徑，通過(guò)后處理轉(zhuǎn)換成ＮＣ程序，傳送至數(shù)控機(jī)床中進(jìn)行加工。此外，它還可以模擬加工和計(jì)算加工時(shí)間，這樣可以節(jié)約很多時(shí)間，提高工作效率和加工精度[1]。

１　輥刀刀刃加工簡(jiǎn)介及工藝過(guò)程

輥刀是一種常用的切割機(jī)械的主要切割部件。輥刀一般使用兩個(gè)輥?zhàn)?，其中一個(gè)有刀刃，另一個(gè)是帶軸的圓柱體，起砧板的作用，兩輥緊壓在一起，在異向運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，將通過(guò)其間的被切物按照輥刀上的刀刃形狀切成相應(yīng)的產(chǎn)品。如圖１所示，這就是一個(gè)輥刀實(shí)例。輥刀刀刃是先在圓柱體柱面上加工出一個(gè)具有要求形狀的墻體，再通過(guò)倒角使墻體頂端出現(xiàn)一個(gè)刃口的方式來(lái)形成的。輥刀刀刃剖切面示意圖如圖２所示，寬6ｍｍ的是墻體，高10ｍｍ的是內(nèi)輪廓和外輪廓的加工深度，70°為倒角的度數(shù)，這要求倒角刀為70°。理論上，倒角過(guò)后，墻體頂端應(yīng)該形成一條線，即刀刃。但實(shí)際加工過(guò)程中，一般留20～30個(gè)司即0.2～0.3ｍｍ以待后續(xù)處理的損耗。

圖1　輥刀實(shí)例照片

圖2　輥刀刀刃剖切面

２　二維加工零件圖

輥刀的柱面展開(kāi)圖就是如圖3所示的平面圖形，這些產(chǎn)品一般都是左右對(duì)稱(chēng)的，在平面作圖時(shí)，可先畫(huà)一邊，然后鏡像復(fù)制的方式畫(huà)出另一邊即可[2]。為了適應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)需要，同時(shí)充分利用輥刀，一般要求輥刀旋轉(zhuǎn)一周可加工兩至三件產(chǎn)品甚至更多，這根據(jù)實(shí)際需要和產(chǎn)品的尺寸來(lái)決定。在平面上需要畫(huà)出相應(yīng)多個(gè)形狀相同尺寸一致的圖形。在平面作圖中，可先畫(huà)出一個(gè)圖形，然后通過(guò)平移復(fù)制的方式畫(huà)出其它圖形。首先將產(chǎn)品要求的圖形和尺寸用Mastercam畫(huà)出二維圖形。然后再進(jìn)行相應(yīng)的加工參數(shù)設(shè)置。

圖3　輥刀柱面展開(kāi)示意圖

３　程序編制中的參數(shù)設(shè)置

數(shù)控加工中心一般有四軸，X軸、Y軸、Z軸、A軸（或B軸或C軸）。加工這種輥刀零件比較適合在具有A軸或B軸的立式加工中心上進(jìn)行。本文所用的是具有A軸的四軸加工中心ASV1050D/3，F(xiàn)anuc數(shù)控系統(tǒng)。其A軸軸面法向與X軸平行，在編制程序的時(shí)候需將A軸代替平面上的Y軸。在加工中心上，Z軸的位置固定在A軸的中心線上，故而Y的坐標(biāo)值相應(yīng)就可以固定下來(lái)。這樣將如圖3所示的圖形用于MasterCAM編程時(shí)，需將圖紙旋轉(zhuǎn)90度來(lái)畫(huà)，即其水平方向應(yīng)變成Y軸，垂直方向應(yīng)變?yōu)閄軸。

輥刀加工在加工中心上需要進(jìn)行銑削和倒角兩個(gè)步驟，此外對(duì)輥刀的加工有內(nèi)外輪廓的不同，在加工編程過(guò)程中應(yīng)有所區(qū)別[3]。

首先是內(nèi)輪廓銑削，完成二維圖形的繪制后，Main Menu→Toolpaths→Contour→Chain，選擇圖形，注意方向的選擇，這與程序編制中刀具半徑補(bǔ)償?shù)淖笥业堆a(bǔ)以及實(shí)際加工中的順銑逆銑的設(shè)置相關(guān)。在MasterCAM中可以很方便地選擇方向和改變方向。選擇好要加工的圖形輪廓后，→Done，出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話框如圖4左所示，在刀具參數(shù)頁(yè)面可以設(shè)置相應(yīng)的刀具直徑、程序名稱(chēng)、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給率、Z軸進(jìn)給率、提刀速度、冷卻液等參數(shù)，此外還要根據(jù)需要選擇適合的機(jī)械原點(diǎn)，選中旋轉(zhuǎn)軸，點(diǎn)擊旋轉(zhuǎn)軸按鈕，彈出如圖4右所示的旋轉(zhuǎn)軸設(shè)定對(duì)話框，選擇軸之取代，取代Y軸，根據(jù)需要選擇順時(shí)針或者逆時(shí)針，輸入旋轉(zhuǎn)軸半徑，點(diǎn)擊確定即完成設(shè)置。

圖４　刀具參數(shù)設(shè)置及旋轉(zhuǎn)軸的設(shè)定

同時(shí)在外形銑削參數(shù)頁(yè)面里可以設(shè)置參考高度、進(jìn)給下刀位置加工表面、補(bǔ)正等參數(shù)。根據(jù)之前選擇的刀具銑削路徑的方向來(lái)確定補(bǔ)正的左右。此外，可以在此設(shè)置進(jìn)退刀向量、Z軸分層銑削、XY分次銑削、程序優(yōu)化等功能及參數(shù)。

其次是內(nèi)輪廓倒角，設(shè)置大致如內(nèi)輪廓銑削。不同之處在于外形銑削刀具參數(shù)中的刀具直徑、主軸轉(zhuǎn)速、程序號(hào)幾個(gè)參數(shù)，外形銑削參數(shù)和內(nèi)輪廓銑削一致。在倒角過(guò)程中設(shè)置的進(jìn)給速度與加工材料和切削量相關(guān)，一般比銑削低20％～30％，主軸轉(zhuǎn)速也相應(yīng)地減少20％～30％。另外當(dāng)對(duì)刀具表面的光潔度有一定的要求的時(shí)候，在倒角這個(gè)工序中要注意順銑和逆銑。逆銑時(shí)切削較為平穩(wěn)，但表面光潔度不夠好，在切削量較大的時(shí)候采用。順銑時(shí)受力較小，可以在切削量較小的時(shí)候采用，適合精加工時(shí)使用，可以大大提高工件表面光潔度。

然后是外輪廓的銑削。由于兩個(gè)圖形之間的距離僅為6mm，在實(shí)際加工中如果使用大于6mm的刀具加工，那么在加工中心中就不能直接做兩輪廓之間的那部分。所以需要在兩圖之間畫(huà)一個(gè)過(guò)渡的路徑，在畫(huà)圖中可以通過(guò)倒圓角的方式來(lái)完成，圓角半徑根據(jù)加工中使用的刀具直徑和墻體寬度來(lái)確定，如墻體寬度為6mm，加工中使用Φ8立銑刀，那么圓角半徑應(yīng)該設(shè)置為（8+6）/2即7mm。因?yàn)檫@樣做可以最大地完成兩圖形之間的銑削，而不過(guò)切。如果兩個(gè)圖形之間的距離大于或等于8mm，就可以直接同內(nèi)輪廓加工一樣的方法來(lái)加工外輪廓。但在實(shí)際加工中，基于成本的考慮，再加上加工材料的特殊性以及對(duì)加工時(shí)間的要求，刀具必須具有一定的強(qiáng)度和韌性，這樣就不能使用刀具直徑過(guò)小的刀具。

最后是外輪廓的倒角，設(shè)置與外輪廓銑削的區(qū)別同內(nèi)輪廓倒角和內(nèi)輪廓銑削的區(qū)別相同。按照類(lèi)似的方法設(shè)置即可。

在此，僅用內(nèi)輪廓銑削作為例子對(duì)各個(gè)部分的參數(shù)設(shè)置加以說(shuō)明，其他工序的這部分操作與此類(lèi)似，不再贅述。

４　模擬加工及后處理

設(shè)置好各參數(shù)后，就可以用操作管理來(lái)進(jìn)行刀具路徑模擬、加工模擬并進(jìn)行后處理。這個(gè)部分的操作是在操作管理（operations）中完成的。[4]

首先可以在操作管理（operations）中進(jìn)行刀具路徑模擬（Backplot），在這個(gè)過(guò)程中可以清楚地看到刀具的運(yùn)動(dòng)狀況和軌跡，并能自動(dòng)計(jì)算和顯示刀具運(yùn)動(dòng)所需時(shí)間，為實(shí)際加工提供參考依據(jù)。還可以根據(jù)設(shè)置來(lái)進(jìn)行刀具實(shí)體模擬，在結(jié)果中可以清楚地看到刀具的干涉狀況，如果有干涉情況發(fā)生或者有不符合要求的地方，可以再回到參數(shù)中進(jìn)行重新設(shè)置。結(jié)果如圖5所示。

圖5　刀具路徑模擬與實(shí)體切削驗(yàn)證

最后是執(zhí)行后處理（post），亦即機(jī)器自動(dòng)根據(jù)設(shè)置的參數(shù)生成數(shù)控程序。在NC檔欄里，勾選保存NC程序和編輯，MasterCAM程序會(huì)自動(dòng)生成NC程序，然后根據(jù)不同數(shù)控系統(tǒng)要求加以修改，即可生成加工中心直接可以用于生產(chǎn)的數(shù)控程序[5]。以下一段即為Fanuc 0i-A數(shù)控系統(tǒng)為標(biāo)準(zhǔn)的加工輥刀程序的主要格式，其中自動(dòng)編程時(shí)產(chǎn)生的G17需要?jiǎng)h除，在加工過(guò)程中使用哪個(gè)工件坐標(biāo)系設(shè)定指令也可以根據(jù)實(shí)際需要加以修正。此外，對(duì)于不同的數(shù)控系統(tǒng)，其程序格式有所差異，在此也需加以修改。程序中為具體的工件加工坐標(biāo)，根據(jù)實(shí)際加工時(shí)的數(shù)據(jù)不同而改變。

% ? ;ＩＳＯ標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控程序開(kāi)始和結(jié)束標(biāo)識(shí)

:0008? ;Faunc系統(tǒng)可識(shí)別的程序號(hào)

N100G21? ;使用公制單位

N102G0G40G54G49G80G91M11? ;數(shù)控系統(tǒng)回到初始設(shè)置

N104T1M06? ;換刀

N106G1G90 G55 XYAF3000.? ;使用G55工件坐標(biāo)系ＸＹＡ準(zhǔn)備就緒

N107 S2000M03? ;主軸正轉(zhuǎn)

N108G43H1ZM8? ;刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償，冷卻液開(kāi)

;主體加工部分，省略

N9878G0ZM9? ;抬起Ｚ軸

N9880M5 ? ;主軸停轉(zhuǎn)

N9882G91G28Z0.M9 ? ;Z軸回參考點(diǎn)

N9884G28X0.Y0.A0. ? ;ＸＹＡ軸回參考點(diǎn)

N9886M30 ? ;程序結(jié)束回程序頭

% ? ;程序結(jié)束

５　結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了一種用相對(duì)簡(jiǎn)單的方法解決一種比較復(fù)雜零件加工的方式。這種方法已經(jīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，并已經(jīng)積累了相當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)。結(jié)果表明，用這種方法編制的程序在實(shí)際生產(chǎn)中非常適用。此外，用加工中心加工這種零件節(jié)省了大量時(shí)間，大大提高了加工精度，而成本仍在可接受范圍內(nèi)。

[1] 孫江宏，陳秀梅．Mastercam CAD/CAM實(shí)用教程[M]. 北京：科學(xué)出版社，2002.2.

[2] 劉虹. 數(shù)控加工編程與操作[M]．西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2007.2.

[3] 田光輝; 王戈冰. MasterCAM在型腔模設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用[J]. 模具制造, 2003, (3).

[4] 陳文革. MasterCAM在工程訓(xùn)練中的應(yīng)用[J]. 組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù), 2008,(3).

[5] 馬秋生, 王春海. MasterCAM的曲面精加工方法比較與應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代制造工程, 2009, (3).

Application of MasterCAM in Roll Cutting Tools Manufacture on Machining Center

QIAO Qiao

(College of Mechanics and Electronics Engineering, Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430073, China)

With the instance of the roll cutting tools, this thesis introduced the process of the MasterCAM setting on the roll cutting tools manufacture on machining center in graphic detail. It introduces the framework,the function and the customizing method of post processor in Mastercam. At the same time, the thesis shared some experience on the process of the roll cutting tools manufacture.

Mastercam; Roll Cutting Tools Manufacture; Machining Center; Parameters Setting

TH16

A

1009－5160(2012)03－0066－04

喬橋（1980-），男，講師，研究方向：紡織設(shè)備數(shù)字化和數(shù)控加工.