基于MasterCAM的二維復(fù)雜輪廓數(shù)控加工*

雷楠南

(三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北三門峽 472000)

1 引言

伴隨制造業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，CAD/CAM軟件的應(yīng)用越來越廣泛。尤其是數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用，更加凸顯了三維軟件如Pro/E、UG、MasterCAM等軟件技術(shù)的重要核心地位。這些軟件具有二維幾何圖形設(shè)計(jì)、三維曲面設(shè)計(jì)、刀具路徑模擬、加工實(shí)體模擬及生成加工程序代碼等功能［1-2］。從而實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)到加工制造的CAD/CAM一體化，受到機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)用戶和工程技術(shù)人員的歡迎［2］。筆者基于MasterCAM軟件介紹了產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造的CAD/CAM一體化過程。

2 MasterCAM數(shù)控加工前的圖紙?zhí)幚?/h2>

(1)在MasterCAM環(huán)境下可完成產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到制造的一體化過程，但通常由于其二維圖形設(shè)計(jì)功能較AutoCAD軟件差，在二維設(shè)計(jì)時(shí)很多用戶選擇AutoCAD軟件。加工的目標(biāo)為“中國地圖”輪廓，對于“中國地圖”這種嚴(yán)格的圖紙文件來說，必須由國家測繪部門完成。因此基于數(shù)控加工技術(shù)完成有機(jī)玻璃板上圖紙“雕刻”加工時(shí)，地圖輪廓無法精確繪制。為保證圖紙的嚴(yán)格、準(zhǔn)確，文中先選取一幅電子版的中國地圖，并利用矢量圖軟件CorelDraw對地圖進(jìn)行輪廓提取，保留黃河、長江的河道曲線。將提取的地圖輪廓曲線導(dǎo)入AutoCAD2007軟件，如圖1所示。

矢量圖軟件CorelDraw的應(yīng)用，解決地圖輪廓曲線的快速繪制問題。從反求工程技術(shù)的角度上講，如果有現(xiàn)實(shí)物品可以通過CCD相機(jī)拍攝物體，然后利用矢量圖軟件CorelDraw對圖片進(jìn)行輪廓處理，能有效解決曲線輪廓的準(zhǔn)確繪制問題，并且能大大提高圖紙準(zhǔn)備的效率。

圖1 AutoCAD2007軟件中的地圖輪廓

(2)MasterCAM軟件中圖形共享功能的運(yùn)用。在完成圖紙的AutoCAD準(zhǔn)備后，要做的工作是如何將圖紙導(dǎo)入MasterCAM軟件環(huán)境下。目前常用軟件有 AutoCAD、Pro/E、UG、solidworks等軟件，每款軟件都有自己的優(yōu)勢。如AutoCAD軟件就以二維圖形繪制效率高而不可替代。但軟件開發(fā)公司之間為了方便不同用戶的需要，在軟件開發(fā)過程中開發(fā)了軟件之間的圖形轉(zhuǎn)換的標(biāo)準(zhǔn)接口，使用戶可以根據(jù)需要來完成軟件之間文件的共享。MasterCAM軟件就有這樣的標(biāo)準(zhǔn)圖形轉(zhuǎn)換接口，可以將各種類型的圖形文件如AutoCAD、Pro/E、UG等軟件上的圖形文件轉(zhuǎn)換成MasterCAM系統(tǒng)的圖形文件，實(shí)現(xiàn)圖形共享［1］。打開MasterCAM軟件中的“文件”標(biāo)題欄中的“合并文件”。選中AutoCAD環(huán)境下的中國地圖文件，確定即可將AutoCAD圖形文件轉(zhuǎn)換到MasterCAM環(huán)境下，如圖2所示。

圖2 地圖共享到MasterCAM環(huán)境下

3 數(shù)控加工工藝過程

(1)毛坯設(shè)置 選擇MasterCAM10.0數(shù)控加工軟件，來完成該圖紙的自動編程，生成數(shù)控加工程序。打開刀具路徑中的材料設(shè)置，出現(xiàn)圖3所示材料設(shè)置對話框。在MasterCAM環(huán)境下設(shè)置毛坯材料，因?yàn)榇颂師o法準(zhǔn)確確定毛坯尺寸，所以利用“邊界盒”方式設(shè)置毛坯材料。打開邊界盒對話框，將邊界盒延伸量X設(shè)為10 mm，Y設(shè)為10 mm，確定后出現(xiàn)圖4所示的毛坯邊界。

圖3 材料設(shè)置對話框

圖4 毛坯設(shè)置邊界

(2)銑削參數(shù)設(shè)置 打開標(biāo)題欄中的刀具路徑中的外形銑削，在作出空白處點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，出現(xiàn)圖5所示“定義刀具”對話框，設(shè)置刀具參數(shù)。

刀具參數(shù)設(shè)置主要設(shè)置刀具的直徑，經(jīng)刀具參數(shù)設(shè)置及加工模擬發(fā)現(xiàn)，刀具參數(shù)設(shè)置直徑必須在0.4 mm以下。用0.5～1 mm的刀具直徑模擬發(fā)現(xiàn)，程序不能全部生成，總結(jié)原因在于地圖外輪廓曲線在小的圓弧過渡處間隙較小，刀具走刀干涉。經(jīng)過反復(fù)模擬，最終將刀具直徑設(shè)置為0.2 mm時(shí)生成了完整的程序代碼。由于刀具直徑較小，沒有合適的銑刀，在實(shí)際加工時(shí)選擇0.7 mm的小中心鉆，所以銑削的輪廓不是很精確。毛坯材料為有機(jī)玻璃板，數(shù)控銑床的主軸最高轉(zhuǎn)速為6 000，經(jīng)過試切發(fā)現(xiàn)機(jī)床振動大，調(diào)整參數(shù)設(shè)置，設(shè)置主軸轉(zhuǎn)速為5 000，進(jìn)給率為1 000，進(jìn)刀速率為35。

圖5 刀具參數(shù)定義

(3)外形加工參數(shù)設(shè)置。如圖6所示。

圖6 外形加工參數(shù)設(shè)置

(4)刀具軌跡及數(shù)控加工程序代碼的生成。如圖7所示。

圖7 刀具軌跡

4 加工驗(yàn)證

在生成加工程序代碼后，可以連接數(shù)控機(jī)床進(jìn)行銑削加工。本文中銑削機(jī)床為XK714，數(shù)控系統(tǒng)為FANUC0i-Mate系列，內(nèi)存為512 K。加工程序代碼生成后有7 034條程序語句，大約16.1 MB，所以程序傳輸存在一定問題。為了提高加工效率，專門購置了2 GB的機(jī)床程序存儲卡，直接將生成的程序存入程序存儲卡進(jìn)行數(shù)控加工。圖8為經(jīng)過大約16 h銑削加工完成的地圖輪廓。

圖8 加工結(jié)果

在完成“地圖”輪廓的數(shù)控銑削過程中，其典型性在于二維復(fù)雜曲線輪廓的幾何圖形設(shè)計(jì)及數(shù)控銑削刀具路徑參數(shù)的設(shè)置。本文中是在有機(jī)玻璃板上“雕刻”，用到的刀具直徑較小、主軸轉(zhuǎn)速較高，加工特點(diǎn)為“高轉(zhuǎn)速、小刀具”的精細(xì)加工。綜合全文，一方面提供了復(fù)雜二維圖形輪廓的提取方法;此外，也為數(shù)控編程加工中的小直徑刀具加工提供了一些工藝方法。

［1］ 李純彬，孔春艷，等.基于MasterCAM零件的數(shù)控加工［J］.工具技術(shù)，2008，42(8):62.

［2］ 曾詳蘋.基于MasterCAM-X的典型零件數(shù)控加工編程［J］.現(xiàn)代機(jī)械，2012(3):6.