基于Mastercam的模具型腔的工藝分析與編程

1、前言
數(shù)控機(jī)床是綜合應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、伺服驅(qū)動(dòng)、精密檢測與新型機(jī)械結(jié)構(gòu)等技術(shù)于一體的高科技產(chǎn)品。隨著自動(dòng)編程技術(shù)的快速發(fā)展與普及，大量企業(yè)運(yùn)用CAD/CAM軟件對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造，這樣不僅提高了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造的可靠性而且極大的提高了生產(chǎn)效率，為企業(yè)節(jié)約了成本同時(shí)帶來了豐厚的利潤空間。Mastercam軟件擁有強(qiáng)大的曲面造型功能和自動(dòng)編程功能，能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和加工仿真的一體化，在中小型企業(yè)中被廣泛應(yīng)用。圖1為一鑄鋁模具的三維模型。
2、工藝分析
(1)編程原點(diǎn)的確定：由于該產(chǎn)品為模具型腔，存在上下模配合的問題，并且考慮到操作者對(duì)刀方便，確定產(chǎn)品右端面與上表面的交線的中點(diǎn)為編程原點(diǎn)。
(2)刀具選擇：1)根據(jù)模具材料為鑄鐵選擇硬質(zhì)合金刀具。2)考慮加工效率的影響，所以在滿足工件加工需求的前提下，選擇盡可能大的刀具，經(jīng)分析確定刀具如下：Φ16r0.8硬質(zhì)立銑刀、Φ16硬質(zhì)合金球頭銑刀、Φ16硬質(zhì)合金銑刀和Φ12硬質(zhì)合金球頭銑刀。
(3)夾具的選擇：由于模具外形比較規(guī)則，選擇通用夾具平口鉗作為定位和加緊裝置。
(4)加工方案：對(duì)產(chǎn)品的加工采用粗加工、半精加工和精加工的整體思路。1)粗加工：由于該模具型腔比較典型，所以選用曲面挖槽粗加工（Pocket），對(duì)整體型腔進(jìn)行粗加工，迅速去除大量的余料，并且余留0.3mm的加工余量。2)半精加工：運(yùn)用等高外形精加工（contour）對(duì)陡峭并且有大量殘料的部位進(jìn)行半精加工（留0.3mm加工余量），使型腔的加工面留有均勻的精加工余量，以保證精加工后獲得較高的尺寸精度和表面質(zhì)量。3)精加工：需要結(jié)合軟件功能和產(chǎn)品加工的實(shí)際情況選擇不同的加工方式：對(duì)坡度不大，曲面過渡比較平緩的曲面運(yùn)用平行銑削（parallel），對(duì)陡峭的部分運(yùn)用等高外形精加工（contour），對(duì)曲面中間夾著的較平坦的曲面運(yùn)用淺平面（Shallow）,保證要求精度。
3、數(shù)控編程
(1)確定工件原點(diǎn)：運(yùn)用Xform下的Translate功能對(duì)工件整體進(jìn)行平移使工件的右側(cè)面與上表面的交線的中點(diǎn)與編程原點(diǎn)重合。
(2)設(shè)定毛坯：按照以下流程設(shè)定毛坯：Toolpaths→Jobsetup→Boundingbox。
(3)準(zhǔn)備加工曲面和邊界：由于模具型腔的加工在很大程度上運(yùn)用曲面和線框編程，所以先通過MainMenu→Create→Surface→Nextmenu→Formsolid產(chǎn)生自動(dòng)編程所需求面，在曲面邊緣位置為了防止過切對(duì)部分曲面進(jìn)行延伸，具體做法如下：MainMenu→Modify→Extend→Surface然后選擇所要延伸曲面并且輸入延伸長度10mm完成對(duì)曲面的延伸。為了限定刀具的運(yùn)動(dòng)范圍需要產(chǎn)生加工邊界，具體做法如下：Mainmenu→Create→Curve→Oneedge然后選擇所需產(chǎn)生的邊界并對(duì)邊界進(jìn)行修整。
隨后把準(zhǔn)備好的加工曲面和加工邊界根據(jù)粗加工、半精加工和精加工的需要分別放置在不同的圖層里，隱藏起來。
(4)粗加工程序的編制:1)通過Mainmenu→Analyze→Dynamic分析加工部位的最大深度以及最小圓角，確定刀具的直徑、長度以及加工最低點(diǎn)位置等。2)釋放粗加工刀具加工范圍的控制邊界，然后按照MainMenu→Toolpaths→Surface→Rough→Pocket→選擇加工曲面→設(shè)置曲面挖槽粗加工參數(shù)→選擇加工邊界→執(zhí)行，即可產(chǎn)生我們所需要的粗加工刀具路徑。其中主要加工參數(shù)如下表：
(5)半精加工程序的編制。隱藏粗加工的加工控制邊界，由于粗加工采用的是圓鼻刀所以在比較狹窄的部位會(huì)留下較大的殘余料，釋放半精加工的控制邊界并選用直徑16mm的球頭刀運(yùn)用等高精加工進(jìn)行除料加工，并留取0.3mm的精加工余量。具體步驟如下：按照Mainmenu→Toolpaths→Surface→Finish→Contour→選擇加工曲面→設(shè)置等高精加工參數(shù)表→選擇加工邊界進(jìn)而產(chǎn)生半精加工的刀具路徑。等高精加工主要參數(shù)表如下：
(6)精加工程序的編制。釋放曲面過渡比較平緩的部分、比較陡峭的部分以及曲面中的較平坦的部分的精加工邊界，分別運(yùn)用平行銑削、等高精加工和淺平面對(duì)這些部分進(jìn)行精加工。以下為各種精加工方法的主要加工參數(shù)：
(7)實(shí)體驗(yàn)證及NC程序的生成。通過以下過程Mainmenu→Toolpaths→Operations→選擇所有刀具路徑→Verify完成對(duì)生產(chǎn)軌跡的動(dòng)態(tài)仿真。在經(jīng)過實(shí)體驗(yàn)證刀具路徑正確之后按照Mainmenu→Toolpaths→Operations→選擇所有刀具路徑→post→選擇MPFAN.PST生成適合數(shù)控機(jī)床的NC程序，并對(duì)程序的格式進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷募纯梢杂糜趯?shí)際加工。
4、結(jié)語
自動(dòng)編程對(duì)一些復(fù)雜產(chǎn)品零件有無法比擬的優(yōu)勢，能極大的提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量，在機(jī)械加工行業(yè)有著非常廣泛的應(yīng)用前景，本文通過對(duì)模具型腔的加工進(jìn)行工藝分析和編程希望能對(duì)有志于研究自動(dòng)編程方向的同仁能有所幫助。