丁海濤， 周怡， 宋剛強(qiáng)

（1.華僑大學(xué)廈門工學(xué)院機(jī)械工程系，福建廈門361021；2.廈門翔安職業(yè)技術(shù)學(xué)校，福建廈門361102；3.廈門華天涉外職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電與汽車工程學(xué)院，福建廈門361102）

0 引言

隨著時(shí)代的發(fā)展，產(chǎn)品的更新?lián)Q代越來(lái)越快，從而導(dǎo)致了越來(lái)越多零件生產(chǎn)采用工序集中［1］。和普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床不需要專門針對(duì)具體零件設(shè)計(jì)專用夾具，而且加工精度更高，對(duì)工人的經(jīng)驗(yàn)要求相對(duì)較低。進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，社會(huì)越來(lái)越強(qiáng)調(diào)以人為本，而在數(shù)控加工中工人的勞動(dòng)強(qiáng)度更低，隨著數(shù)控加工技術(shù)的快速發(fā)展，所加工材料的種類限制少，能加工出形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜且精度要求較高的零件，因此數(shù)控加工在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用越來(lái)越廣。

目前數(shù)控編程的方法主要有手工編程和自動(dòng)編程兩種。手工編程是指首先根據(jù)圖紙制訂零件加工工藝，接著按照編寫的加工工藝，在機(jī)床控制系統(tǒng)上編寫出每一道工序的粗加工和半精加工程序，然后量出已加工出的工序尺寸和圖紙尺寸的差距，再通過(guò)調(diào)整刀具半徑補(bǔ)償和刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償加工出所要求的尺寸公差［2］。自動(dòng)編程是指首先根據(jù)圖紙制訂零件加工工藝，再用CAM軟件（如Mastercam、UG等）建立將要加工零件的模型，根據(jù)加工工藝確定加工順序，再在CAM軟件中選擇合適的機(jī)床，合適的加工方法，合適的刀具以及對(duì)應(yīng)的切削三要素，進(jìn)行加工參數(shù)的確定，再選擇和機(jī)床相對(duì)應(yīng)的后處理器進(jìn)行后處理，輸出該工序的數(shù)控程序，通過(guò)通信傳輸軟件傳入機(jī)床，機(jī)床生產(chǎn)準(zhǔn)備好后即可進(jìn)行加工。手動(dòng)編程和自動(dòng)編程相比，自動(dòng)編程編程效率和準(zhǔn)確率更高，但是自動(dòng)編程屬于外部程序，而手工編程屬于內(nèi)部編程，因此同等條件下手工編程加工出的零件精度更高，但隨著CAM軟件以及數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，CAM軟件生成的程序加工出的工件質(zhì)量也很高，因此用CAM軟件進(jìn)行自動(dòng)編程是以后數(shù)控加工的趨勢(shì)［3］。

1 Mastercam軟件簡(jiǎn)介

Mastercam是美國(guó)CNC Software Inc.公司開發(fā)的基于PC平臺(tái)的CAD/CAM軟件。它集二維繪圖、三維實(shí)體造型、曲面設(shè)計(jì)、體素拼合、數(shù)控編程、刀具路徑摸擬及真實(shí)感摸擬等多種功能于一身。其可靠刀具路徑校驗(yàn)功能使Mastercam可模擬零件加工的整個(gè)過(guò)程，模擬中不但能顯示刀具和夾具，還能檢查出刀具和夾具與被加工零件的干涉、碰撞情況，真實(shí)反映加工過(guò)程中的實(shí)際情況。

Mastercam軟件已被廣泛應(yīng)用于通用機(jī)械、航空、船舶、軍工等行業(yè)的NC加工中。

2 Mastercam在數(shù)控加工中的應(yīng)用

2.1 加工工藝分析

2.1.1 零件特點(diǎn)

加工的零件如圖1所示（本文中尺寸單位均為mm）。該零件的外形尺寸為120 mm×100 mm×30 mm，圖形中的主要特征有3 mm的薄壁、一不通方形槽、一通方形槽、球體、直徑φ54 mm槽、4個(gè)花瓣?duì)钔ú鄣募庸ぁ?個(gè)孔的加工。

2.1.2 加工工序（見表1）

表1 零件加工工序表

2.2 數(shù)控模擬

2.2.1 幾何造型

幾何造型可以利用系統(tǒng)本身的CAD功能完成也可以借用其他專用的繪圖軟件來(lái)完成，例如AutoCAD、Pro/E、UG、SolidWorks軟件。然后通過(guò)文件轉(zhuǎn)換變成系統(tǒng)的圖形文件。而在Mastercam加工中，可以通過(guò)線框進(jìn)行加工，這樣大大減少了建模時(shí)間且可以邊建模邊加工，本文零件均采用線框加工，所建立的工件線框結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 Mastercam中建立的工件線框結(jié)構(gòu)

圖1 加工零件立體圖

2.2.2 選擇加工方法

由于該零件中，主要特征有外形、槽、通槽、球體、孔，因此分別對(duì)主要特征的加工方法進(jìn)行分析。

1）挖槽。挖槽的方法有兩種，一種是采用標(biāo)準(zhǔn)挖槽，另一種是采用X軸分層外形銑削，通過(guò)實(shí)際加工我們知道外形銑削效率更高，因此，在本文零件中，對(duì)于簡(jiǎn)單槽我們均選用X軸分層外形銑削來(lái)加工槽，加工時(shí)注意X軸每次分層的間距不允許超過(guò)刀具直徑的80%。選擇“刀具路徑-外形銑削”，刀具選用設(shè)置界面如圖3所示，加工參數(shù)設(shè)置如圖4所示，X軸分層銑削，Z軸分層銑削。對(duì)于復(fù)雜槽使用標(biāo)準(zhǔn)挖槽加工，刀具選用同外形銑削，加工參數(shù)設(shè)置同外形銑削，Z軸分層銑削，刀軌設(shè)置界面如圖5所示。

圖6 2D掃描加工參數(shù)設(shè)置

5）孔?？准庸さ姆椒ㄓ袛U(kuò)孔-鉸孔或者銑削加工，為了孔的位置精度和形狀精度，最好先用麻花鉆鉆孔再用銑刀銑削，采用通槽加工同樣的方法，用外形銑削銑輪廓周邊。刀具選用同上，鉆削加工參數(shù)設(shè)置如圖7所示。

圖3 刀具選用設(shè)置界面

圖7 鉆孔參數(shù)設(shè)置

圖4 加工參數(shù)設(shè)置圖

2.2.3 零件的仿真加工

為了減少在實(shí)際數(shù)控機(jī)床加工時(shí)的調(diào)整時(shí)間，保證生成程序的可靠性及夾具、刀具夾頭和工件的干涉情況，在設(shè)置好刀具加工路徑后，在軟件中生成總刀軌，總刀軌如圖8所示。

圖5 挖槽刀軌設(shè)置界面

2）外形。外形加工采用外形銑削，選擇“刀具路徑-外形銑削”，刀具及加工參數(shù)設(shè)置同上，注意切削深度及刀補(bǔ)方向。

3）通槽。通過(guò)分析可以知道，外形銑削效率最高，而且不用X軸分層銑削，只需靠槽輪廓周邊一次外形銑削就可以完成。選擇“刀具路徑-外形銑削”，刀具設(shè)置同上，加工參數(shù)及刀軌設(shè)置同上。

4）球面。球面加工的方法有曲面加工、2D掃描加工等，本文球面的加工采用2D掃描加工，對(duì)于球面我們一般采用圓鼻刀開粗，再用球刀精加工。刀具設(shè)置同上，加工參數(shù)設(shè)置如圖6所示。

圖8 刀具總運(yùn)行軌跡圖

利用Mastercam系統(tǒng)提供的零件加工模擬功能對(duì)刀具路徑進(jìn)行加工模擬及實(shí)體切削驗(yàn)證，以便對(duì)程序進(jìn)行仔細(xì)分析并觀察刀具的干涉情況。

在操作管理區(qū)依次單擊“刀具路徑管理器”，在刀具路徑管理器中選擇想要模擬操作的加工，單擊“實(shí)體驗(yàn)證”，進(jìn)行實(shí)體加工模擬。加工效果如圖9所示。

圖9 實(shí)體加工模擬圖

2.2.4 后置處理

在模擬加工確認(rèn)無(wú)誤后，可以利用Mastercam的后置處理器來(lái)生成NC數(shù)控代碼。后置處理的目的是形成數(shù)控加工文件。由于各種數(shù)控機(jī)床使用的控制系統(tǒng)不同，其編程指令代碼及格式也有所不同，為此應(yīng)從后置處理程序文件中選取與所要加工機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)相適應(yīng)的后置處理程序，再進(jìn)行后置處理。而同一種后置處理程序處理出來(lái)的數(shù)控程序，對(duì)于不同的數(shù)控機(jī)床，一般也要作些相應(yīng)的修改，才能生成符合數(shù)控加工格式要求的NC加工程序，以滿足實(shí)際加工的需要。

在操作管理中，單擊“刀具路徑管理器”，再選擇需要后處理的操作，再單擊“后處理已經(jīng)選擇的操作”，更改后處理程式，再保存，取文件名，打開NC程序?qū)ζ溥M(jìn)行檢查與編輯。

加工本零件的NC代碼（部分）如下：

%

O0000

N100 G21

N102 G0 G17 G40 G49 G80 G90

N106 G0 G90 G54 X16.777 Y19.515 S600 M3

N108 Z50.

N110 Z10.

N112 G1 Z1.F30.

N114 G2 X28.663 Y35.357 Z-.5 I7.057 J7.085

N116 G1 X29.9 Y37.6 F1500.

......

N4292 G1 Z-8.5 F30.

N4294 G2 X13.8 R13.7 F1500.

N4296 X41.2 R13.7

N4298 G0 Z50.

N4300 M5

N4306 M30

%

2.3 使用Mastercam生成的程序?qū)崿F(xiàn)加工

在編程軟件生成加工程序后，可通過(guò)傳輸通信軟件或U盤將加工程序輸入至數(shù)控機(jī)床中或直接進(jìn)行DNC加工。本文中使用加工的機(jī)床為陜西寶雞機(jī)床廠生產(chǎn)的3軸數(shù)控加工中心，采用的廣州數(shù)控GSK218M數(shù)控操作系統(tǒng)，使用該控制系統(tǒng)自帶的傳輸通信軟件或在數(shù)控操作系統(tǒng)上用U盤進(jìn)行傳輸，再在機(jī)床上對(duì)刀完成進(jìn)行加工。實(shí)際加工完成零件如圖10所示（本文中零件加工刀具均為白鋼刀）。

圖10 加工出的實(shí)際零件

3 結(jié)語(yǔ)

采用Mastercam軟件只用建立出零件的線框結(jié)構(gòu)即可進(jìn)行加工，這樣建模過(guò)程簡(jiǎn)單，節(jié)省了大量建模時(shí)間，而且可以邊建模邊加工，節(jié)省了總時(shí)間。與普通手工編程相比，該軟件只用將刀具、工藝參數(shù)等設(shè)置好，即可自動(dòng)生成程序加工，尤其對(duì)于復(fù)雜形狀，大大縮短了編程時(shí)間。零件加工完成后，通過(guò)測(cè)量發(fā)現(xiàn)實(shí)際加工出的零件尺寸均在圖紙尺寸精度范圍內(nèi)，證實(shí)了CAM軟件在數(shù)控加工中是切實(shí)可行的。

［1］ 劉倩婧.機(jī)械制造技術(shù)［M］.長(zhǎng)春：東北師范大學(xué)出版社，2014.

［2［ 李宏勝.數(shù)控機(jī)床加工技術(shù)編程與操作［M］.北京：高等教育出版社，2008.

［3］ 石晶.數(shù)控銑床/加工中心操作工（技師）［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2010.

［4］ 劉鐵鑄.Mastercam X4數(shù)控加工基礎(chǔ)與典型范例［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2010.

［5］ 王瑩，李毓英.MasterCAM環(huán)境下復(fù)雜零件的數(shù)控加工［J］.中國(guó)制造業(yè)信息化：學(xué)術(shù)版，2011（5）：63-65.

［6］ 楊偉群.加工中心操作工（技師 高級(jí)技師）［M］.北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2008.

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