王彥誠(chéng)，張文帥，張妍

（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽(yáng) 712000）

0 引言

數(shù)控加工技術(shù)是現(xiàn)代制造技術(shù)不可獲缺的重要組成部分，隨著數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品生產(chǎn)周期不斷縮短，產(chǎn)品加工種類(lèi)越來(lái)越多、加工范圍越來(lái)越大。如今數(shù)控加工技術(shù)向著多軸加工方向發(fā)展，多軸加工是加工機(jī)器能同時(shí)控制3軸聯(lián)動(dòng)以上，它將數(shù)控車(chē)、數(shù)控銑、數(shù)控鉆等功能組合在一起，一次裝夾后，完成對(duì)工件加工的所有加工工序[1]。目前人們已經(jīng)意識(shí)到多軸加工的優(yōu)越性，但同樣面臨著困難，其中包括多軸加工數(shù)控編程抽象、操作困難這一難題。

1 MasterCAM軟件介紹

多軸加工計(jì)算機(jī)輔助制造軟件種類(lèi)繁多，國(guó)外軟件有UG、MasterCAM、Powermill、Cimatron、CAXA、Hypermill；國(guó)內(nèi)軟件有北京精雕公司研發(fā)的Surfmill，這類(lèi)CAM解決方案軟件普遍具備刀路模擬、加工仿真等功能。計(jì)算機(jī)輔助制造軟件的應(yīng)用縮短了加工周期，節(jié)省了加工成本。MasterCAM 作為一款專(zhuān)門(mén)的計(jì)算機(jī)輔助制造軟件（CAM），一是其具備強(qiáng)大的兼容功能，能夠輕松識(shí)別導(dǎo)入Pro/E、UG、SolidWorks、Inventor等主流計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件（CAD）的模型；二是完善的刀路指令功能，軟件刀路指令豐富，刀路產(chǎn)生速度快；三是軟件后處理合理，MasterCAM生成G代碼占用內(nèi)存??；四是軟件界面簡(jiǎn)潔明了，具有良好的人機(jī)交互功能，上手容易，可輕松實(shí)現(xiàn)3、4、5軸對(duì)零件的加工，可提高多軸加工人才的培養(yǎng)速率[2]。

2 2D刀路定義

如圖1所示，3D輪廓外形是指組成外形輪廓的所有線、圓弧、曲線等圖素并不一定都位于同一構(gòu)圖面內(nèi)，如正方體輪廓，擁有3個(gè)構(gòu)圖平面；2D輪廓外形是指組成外形輪廓的所有線、圓弧、曲線等圖素均位于同一構(gòu)圖面內(nèi)，如正方形輪廓，擁有一個(gè)構(gòu)圖平面[3]。2D刀路指的是刀具進(jìn)行工件切削時(shí)，生成刀路選用的圖素均為2D輪廓外形。

圖1 3D與2D輪廓外形

MasterCAM 2019版2D刀路指令豐富，滿(mǎn)足日常加工需求，按照切削速度分為高速切削刀路和特征切削刀路。高速切削刀路主要用于工件粗加工，大范圍去除工件余量，典型的刀路指令有動(dòng)態(tài)銑削指令、動(dòng)態(tài)外形指令；特征切削刀路主要用于工件精加工，在工件開(kāi)粗后使用，保證工件的尺寸和公差，典型的刀路指令有外形指令、區(qū)域銑削指令。MasterCAM 2019軟件中共有27個(gè)2D刀路指令，在實(shí)際加工過(guò)程中，大部分的2D刀路指令不會(huì)用到，只需熟悉并靈活運(yùn)用常用的2D刀路指令，就可以滿(mǎn)足普通工件加工要求。Mastercam2019軟件中常用的2D刀路指令有平面銑削、動(dòng)態(tài)銑削、外形銑削、區(qū)域銑削、模型倒角5個(gè)刀路指令。

3 常用2D刀路指令詳解

3.1 平面銑削指令

圖2 平面銑削指令設(shè)置界面

平面銑削指令還應(yīng)注意平面切削參數(shù)，一般設(shè)置切削類(lèi)型為雙向切削，最大步進(jìn)量為切削刀具直徑的80%，基準(zhǔn)面底面預(yù)留量為0，兩切削間移動(dòng)方式為高速回圈，共同參數(shù)按照實(shí)際加工情況確定。

3.2 動(dòng)態(tài)銑削指令

圖3 動(dòng)態(tài)銑削指令設(shè)置界面

對(duì)于普通工件，粗加工應(yīng)選取刀具直徑為12 cm或者16 cm的開(kāi)粗刀，動(dòng)態(tài)銑削切削量需控制在2 nm以?xún)?nèi)，以減少刀具磨損。一般來(lái)講，該指令需要定義步進(jìn)量、最小刀路半徑、提刀進(jìn)給速率、預(yù)留量。最小刀路半徑是切削工件時(shí)，刀具的最小轉(zhuǎn)彎半徑，預(yù)留量是留給精加工和半精加工的工件余量。圖3所示數(shù)值為筆者加工工件時(shí)的常用參數(shù)，可作參考。

3.3 外形指令

圖4 外形指令設(shè)置界面

在左刀補(bǔ)情況下，用外形指令拾取2D輪廓時(shí)要遵循逆內(nèi)順外的法則，即2D輪廓線拾取方向?yàn)槟鏁r(shí)針，刀具加工工件內(nèi)輪廓；2D輪廓線條拾取方向?yàn)轫槙r(shí)針，刀具加工工件的外輪廓。外形銑削指令一般需要設(shè)置底面預(yù)留量，進(jìn)退刀設(shè)置，圓弧過(guò)濾公差，其中底面預(yù)留量的設(shè)置主要是為了防止切削刀具剮蹭到工件表面，影響工件表面質(zhì)量。

3.4 區(qū)域銑削指令

圖5 區(qū)域銑削指令設(shè)置界面

區(qū)域銑削指令主要設(shè)置XY步進(jìn)量、壁邊預(yù)留量。如圖5所示，XY步進(jìn)量中刀具直徑修改為90%，保留壁邊預(yù)留量，這樣做的目的是保證工件側(cè)面加工質(zhì)量，切削刀具充分利用，刀路紋理好看。為了提高加工速度，對(duì)于封閉區(qū)域，拾取封閉串連；但對(duì)于開(kāi)放區(qū)域，應(yīng)拾取半封閉串聯(lián)。

3.5 模型倒角指令

圖6 模型倒角指令設(shè)置界面

該指令預(yù)留量通常設(shè)置為0 mm，倒角刀的寬度參數(shù)和刀尖補(bǔ)正參數(shù)與所選的倒角刀半徑有關(guān)，圖6中為φ6的倒角刀參數(shù)，可供參考。

4 2D常用刀路應(yīng)用技巧

多軸加工的工裝夾具數(shù)量減少，基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換少，加工精度高，縮短了生產(chǎn)過(guò)程鏈，提高了新產(chǎn)品研發(fā)速度，因此多軸加工應(yīng)用越來(lái)越廣泛。運(yùn)用MasterCAM軟件進(jìn)行多軸加工時(shí)，有很多小技巧。指令應(yīng)用技巧無(wú)非就是減少工件加工耗時(shí)，提高工件加工質(zhì)量。本文以2D常用刀路為對(duì)象，介紹該指令減少工件加工耗時(shí)的技巧。工件粗加工時(shí)長(zhǎng)決定了整個(gè)工件加工耗時(shí)，有效減少螺旋下刀、避免空刀路、減少重復(fù)刀路都可以縮短工件粗加工時(shí)長(zhǎng)，進(jìn)而減少整個(gè)工件加工耗時(shí)。

4.1 減少螺旋下刀

對(duì)于普通工件，工件粗加工肯定有多條開(kāi)粗刀路，粗加工的本質(zhì)在于快速去除工件余量，MasterCAM軟件動(dòng)態(tài)銑削指令默認(rèn)的下刀方式為螺旋下刀，如圖7所示，斜插下刀方式如圖8所示，螺旋下刀方式對(duì)刀具磨損少，但刀路切削軌跡長(zhǎng)，加工耗時(shí)長(zhǎng)。采用動(dòng)態(tài)銑削指令配合大直徑開(kāi)粗刀螺旋下刀，再用外形指令配合小直徑開(kāi)粗刀斜插下刀，可有效減少加工耗時(shí)，同時(shí)也有效控制刀具磨損。筆者常采用刀具直徑φ=12 mm的開(kāi)粗刀去除工件余量后，再采用刀具直徑φ=6 mm的開(kāi)粗刀快速去除工件的剩余余量。

圖7 螺旋下刀方式

圖8 斜插下刀方式

螺旋下刀可更好地防止切削刀具猛扎工件，導(dǎo)致切削刀具及加工工件報(bào)廢，對(duì)于具有開(kāi)放輪廓的工件，可適當(dāng)延長(zhǎng)切削刀具的進(jìn)刀線，讓切削刀具在工件開(kāi)放輪廓外垂直下刀到指定深度，再過(guò)渡到小切削量、高進(jìn)給速度的正常開(kāi)粗狀態(tài)，如圖9所示。

圖9 兩種切削方式比較

4.2 避免空刀路

切削刀路一定要簡(jiǎn)潔、清晰、完整，工件加工耗時(shí)才能少，使用2D刀路指令時(shí)，進(jìn)給切削位置距離加工表面盡可能近，靈活添加輔助線可解決這一問(wèn)題，從而減少空刀路指令，減少工件整體加工耗時(shí)。

4.3 減少重復(fù)刀路

加工前首先設(shè)置毛坯模型，MasterCAM軟件2D刀路指令中剩余毛坯可自動(dòng)模擬和識(shí)別工件已經(jīng)加工部分和未加工部分，指令選項(xiàng)如圖10所示，但勾選剩余毛坯后，軟件需要計(jì)算整個(gè)毛坯的加工狀態(tài)，生成刀路指令耗時(shí)會(huì)增加，所以很多人不勾選，經(jīng)實(shí)際加工測(cè)量，大直徑開(kāi)粗刀開(kāi)粗后，換小直徑開(kāi)粗刀時(shí)勾選剩 余 毛坯，可減少重復(fù)刀路，生成指令耗時(shí)會(huì)增加，但整體加工耗時(shí)會(huì)大幅減少。

圖10 剩余毛坯指令選項(xiàng)

5 結(jié)語(yǔ)

MasterCAM軟件是一款容易上手、功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)輔助制造軟件，軟件中刀路指令豐富，實(shí)際加工中，很多刀路指令卻用不到。本文以2D刀路指令為對(duì)象，介紹了常用的2D刀路指令及刀路指令的使用技巧，可快速入門(mén)多軸加工領(lǐng)域，提高多軸加工人才培養(yǎng)率，為模具制造企業(yè)加工方式快速轉(zhuǎn)型提供了方案，對(duì)企業(yè)有著重要意義。