基于MasterCAM模具凹模的數(shù)控加工

陳嬋玉

（中山市技師學(xué)院，廣東 中山 528429）

0 引言

隨著生活質(zhì)量的提升，電器外觀設(shè)計(jì)不但要求實(shí)用而且還要美觀，其造型亦變得越來越復(fù)雜，加工要求也越來越高，無疑對(duì)模具加工提出了新的要求。造型復(fù)雜的零件通常需要借助CAM軟件進(jìn)行編程加工，通過數(shù)控技術(shù)為精密復(fù)雜的零件加工提供保障。常用的CAM軟件有UG、PowerMILL、Cimatron 和 MasterCAM 等。MasterCAM由美國(guó)CNC Software公司開發(fā)，集中了強(qiáng)大的CAD/CAM功能，該軟件具有操作簡(jiǎn)便、容易上手的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械工程等多個(gè)領(lǐng)域。在CAM方面，MasterCAM提供了豐富的粗精加工功能，包括了二維特征與三維特征的加工，不同類型的粗精加工刀路雖各有特點(diǎn)，但是又可以交叉使用，非常靈活多變。選擇刀路時(shí)只有結(jié)合零件的造型特點(diǎn)以及加工技術(shù)要求，針對(duì)不同的加工要求，將CAD/CAM功能融為一體，科學(xué)規(guī)劃數(shù)控加工工藝才能更好地保證加工質(zhì)量。

1 零件加工工藝分析

圖1所示為某電器外殼注塑模具的凹模，塑件成形材料為PP，電器外殼大小為232.25 mm×192.67 mm×47.29 mm。模具采用一模一腔，該凹模曲面造型復(fù)雜，凹模前端為長(zhǎng)方形凹槽，凹槽上方側(cè)邊斜面拔模角度為20.0°，其他側(cè)邊為直壁邊，最小圓角半徑為5 mm，深度為-22.15 mm。長(zhǎng)方形凹槽內(nèi)嵌一大小為60 mm×15 mm的小長(zhǎng)方形凹槽，圓角半徑為4.3 mm，深度為-36.95 mm，形成臺(tái)階高度差為14.8 mm。與長(zhǎng)方形凹槽相連的2個(gè)圓弧槽為三階式圓弧臺(tái)階，側(cè)邊斜面拔模角度為5.0°，圓弧半徑分別為6.096mm、8.128mm、9.144mm，其中8.128mm和9.144 mm兩圓弧曲面通過椎形曲面相連，最小曲面半徑為11.595mm。主體部位曲面跨度大，成鏟形曲面，由平面、斜面和圓弧曲面交叉構(gòu)成，曲面間形成的交線明顯，最小圓弧曲面半徑為1.536 mm。底部為兜形曲面，最小圓弧半徑為10.160 mm，深度為-47.289 mm。U型尾部底面為平整斜面，角度為-8.849°，兩側(cè)邊拔模角度為23.935°，中間為直壁邊，平整斜底面與側(cè)邊相連的圓弧曲面半徑為5.00 mm。

圖1 電器外殼凹模

加工時(shí)凹模材料選用P20預(yù)硬塑料模具鋼，硬度為30～42 HRC。零件表面粗糙度要求為Ra3.2，模具尺寸為300 mm×280 mm×60 mm。

2 加工難點(diǎn)分析與加工策略

曲面跨度大，平整面、不規(guī)則斜面與圓弧曲面交叉形成的復(fù)雜曲面是整個(gè)零件的加工難點(diǎn)，特別是細(xì)小曲面處的清角加工。同時(shí)，加工深度大，對(duì)刀具伸長(zhǎng)裝夾剛性變差，易產(chǎn)生彈刀過切等問題，在加工過程中需特別注意。如何根據(jù)MasterCAM自身刀路特點(diǎn)選擇適合的方法進(jìn)行加工，是保證加工質(zhì)量的前提。

現(xiàn)根據(jù)凹模的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，制定凹模加工方法與加工工藝，提出“整體開粗，區(qū)域優(yōu)化”的加工策略。

2.1 整體開粗，提高效率

電器外殼凹模主體為凹槽，選擇直徑為32 mm，圓角半徑為4 mm的圓鼻刀通過曲面挖槽粗加工刀路進(jìn)行整體粗加工，主體曲面部分下刀時(shí)采用螺旋式進(jìn)刀，螺旋半徑可設(shè)為刀具直徑的10%～30%，設(shè)置“沿著邊界漸降下刀”選項(xiàng)，以保證進(jìn)刀成功，避免發(fā)生插刀現(xiàn)象，引起機(jī)床抖動(dòng)?；⒖谔幵O(shè)為由外側(cè)進(jìn)行，刀路效果如圖2所示。

圖2 整體曲面挖槽粗加工刀路

然后繼續(xù)選擇直徑較小的圓鼻刀通過曲面等高外形精加工刀路進(jìn)行整體二次粗加工，以進(jìn)一步減小加工余量。

2.2 半精加工，線框控制

為了清除粗加工留下的余量，使精加工時(shí)余量均勻，需進(jìn)行半精加工。零件曲面主要是斜面與圓弧曲面為主，主體曲面沿中心處下沉，因此半精加工與精加工時(shí)宜采用曲面等高外形刀路，形成分層加工。但是由于曲面間的過渡變化大，通常情況下采用曲面等高外形刀路進(jìn)行精加工時(shí)，對(duì)于曲面造型變化大的位置往往會(huì)產(chǎn)生過多的跳刀或刀路間隙不均勻等情況。為避免這種情況的發(fā)生，除了常用的在XY方向范圍進(jìn)行邊界控制外，還可添加通過投影等方式構(gòu)建而成的如圖3（a）所示Z方向控制線作為邊界，使生成的刀路緊貼加工曲面，曲面等高外形精加工刀路效果如圖3（b）所示，除繞開平坦位置外，其他的位置都平緩地加工到位，刀路的間隙得到有效控制,有利于獲得較好的表面質(zhì)量。

圖3 曲面等高外形精加工刀路

2.3 根據(jù)曲面特點(diǎn)選擇刀路，提高刀路適應(yīng)性

MasterCAM提供的刀路各有特點(diǎn)，適用的加工特征亦不相同，如三維刀路中曲面平行銑削刀路宜加工相對(duì)平緩的曲面，而曲面等高外形精加工刀路宜加工相對(duì)比較陡的曲面，特別是斜面。平整曲面加工除了可采用如標(biāo)準(zhǔn)挖槽和平面銑削等二維刀路外，還可采用三維曲面挖槽刀路。電器外殼鏟形主體曲面中的6個(gè)小平整曲面的精加工，考慮到方便加工范圍的控制采用了曲面挖槽刀路進(jìn)行加工。分別提取6個(gè)平整曲面的邊界作為加工邊界線，生成刀路如圖4所示。

圖4 平整曲面加工

在曲面精加工時(shí)應(yīng)盡量順著曲面的紋路方向進(jìn)行加工，以取得好的光潔度。考慮到各曲面間過渡位置的特點(diǎn)，采用曲面流線或平行銑削精加工刀路，為防止過切，應(yīng)將與加工曲面相連接的周邊曲面設(shè)為干涉曲面。

2.4 清角加工

圓鼻刀或球刀由于刀具幾何形狀的特點(diǎn)，在加工底部為平底面的拔模曲面時(shí)會(huì)留下一些殘留余量，余量高度通常約為所用刀具的一個(gè)圓角半徑。為此，精加工時(shí)需要對(duì)這些部位進(jìn)行清角加工，一般采用平底立銑刀清角。對(duì)于其他不規(guī)則曲面的加工則需要根據(jù)其最小圓弧半徑選擇合適的球刀進(jìn)行清角加工。曲面等高外形精加工刀路、曲面熔接精加工或曲面投影精加工刀路常作為清角加工刀路。

2.5 規(guī)劃工藝路線

根據(jù)凹模加工難點(diǎn)分析與加工策略，采用如表1所示的加工工藝安排。

3 后處理加工

將編制后的刀路進(jìn)行調(diào)試檢查，實(shí)體仿真切削確認(rèn)無誤后，利用MasterCAM的后處理功能將加工刀具路徑的軌跡生成所需的NC代碼輸入加工中心進(jìn)行加工，其中后處理生成的加工程序經(jīng)編輯如下：

%

N1 G21 G54

N2 G0 G17 G40 G49 G80 G90

N3 T1 M6

N4 G0 G90 G54 X-182.4 Y-139.7 S1600 M3

N5 G43 H1 Z5.M8

N6 Z.75

N7 G1 Z-.25 F500.

N8 X-118.11 F3000.

N9 Y-122.655

………

N9667 X60.472 Y58.951

N9668 Z-11.847 F200.

N9669 G0 Z5.

N9670 M5

N9673 M30

%

4結(jié)語

實(shí)踐加工中只有不斷嘗試總結(jié)，在原有CAD圖檔的基礎(chǔ)上認(rèn)真分析零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和加工技術(shù)要求，并根據(jù)MasterCAM各種刀路的加工特點(diǎn)選擇相應(yīng)的加工對(duì)象，靈活構(gòu)建輔助曲線和曲面，將MasterCAM提供的CAD/CAM功能做到相輔相承，融為一體，才能充分發(fā)揮刀路的優(yōu)勢(shì)，優(yōu)化數(shù)控加工工藝，從而高效率、高質(zhì)量地完成加工任務(wù)。

［1］ 黨新安，勞慶海.MasterCAM曲面加工參數(shù)的優(yōu)化選擇［J］.煤礦機(jī)械，2006（9）：127-130.

［2］ 鄧奕.MasterCAM數(shù)控加工技術(shù)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2004.

［3］ 薛山.Mastercam X5實(shí)用教程［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2012.