基于MasterCAM X的数码相机面壳凹模数控加工

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摘 要：本文以某一数码相机面壳凹模为加工对象，分析其结构特点及数控加工工艺要求，在此基础上制定了从粗加工到最后的较陡峭曲面的余留残料加工的整个加工工艺过程，加工实际说明，这一加工过程能够满足数码相机面壳凹模的各项质量要求。突出了MasterCAM软件数控编程的方法，为数控编程加工提供参考，对提高编程效率和实际应用水平有较大的帮助。

关键词：MasterCAM X；数码相机面壳凹模；数控加工；数控编程

中图分类号：F40 文献标识码：A

1概述

MasterCAM X是美国CNC Software公司开发的基于PC平台的CAD/CAM一体化软件，其要求的硬件配置低，具有良好的性价比，特别是其广泛的对接功能、可编辑的后处理程式及良好的机床适应性，易于上手及高可靠的加工性能，使其在模具行业的加工环节中根深蒂固。它把CAD造型和CAM数控编程集成于一个系统环境中，完成零件的几何造型、刀具路径生成、加工模拟仿真、数控加工程序生成和数据传输，最终完成零件的数控机床加工。

2 mastercam X数控加工工艺分析

在进行数控加工时，确定好待加工零件的几何模型后首先要对所加工的零件做好工艺分析和总体规划。合理的工艺参数应考虑零件的几何形状、表面粗糙度、加工精度以及零件的刚度和变形等，采取先粗后精的加工方式，刀具的工艺参数主要由切削深度、切削速度及机床转速等来设定，刀具路径及工艺参数的设置直接影响后续加工的质量和效率。

在MasterCAM X数控编程时，要保证零件的加工精度和表面粗糙度要求放在首位，尽量减少空行程，缩短加工路线，提高加工效率。在进行粗加工时应遵循“先短后精”的加工方法，也就是在不影响精度的情况下，要尽可能缩短加工路线，此时切削深度和进给量可选大些，在刚度允许的条件下，应使切削深度尽可能接近加工深度，对表面粗糙度及形位公差要求较高的零件应留少许余量进行加工；在进行精加工时，应遵循“先精后短”的加工方法，也即在保证加工精度的基础上，尽可能使加工路线缩短，此时进给速度、进给量和切削深度宜选小些，切削速度可大些。若零件上有面和孔需要加工，应先加工面，后加工孔，以利于提高孔的加工精度。

3 典型案例分析

图1所示零件为一数码相机面壳凹模，零件大小为150mm×110mm×25mm，整体曲面部分高为20mm，凹模侧面曲面较陡峭，要求的精度较高。加工材料为40Cr，此材料为中碳调质钢，冷镦模具钢，经过热处理后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性。正火可促进组织球化，改进硬度小于160HBS毛坯的切削性能。在温度550～570℃进行回火，该钢具有最佳的综合力学性能，正是由于该材料的综合性能好、硬度适中，适合数控切削加工。

3.1加工难点分析

该凹模图形特征并不算太复杂，在进行数控编程加工时，主要要考虑的是对曲面较陡峭部分的表面质量如何保证，因此必须选择合理的粗精加工刀具路径。

3.2数码相机面壳凹模加工工艺制定

数码相机面壳凹模加工主要包括加工坯料、对刀点的确定，规划曲面挖槽粗加工刀具路径、规划曲面平行粗加工刀具路径、规划曲面平行精加工刀具路径、规划曲面等高外形精加工刀具路径等，具体分析如下：

（1）加工坯料、对刀点的确定。在规划数码相机面壳凹模加工刀具路径前，先确定加工几何图形所需的坯料尺寸及加工边界，并将图形中心的最高点移到系统坐标原点，以便于加工时以图形中心对刀。

（2）规划曲面挖槽粗加工刀具路径。规划数码相机面壳凹模曲面挖槽粗加工刀具路径，目的是粗加工切除大部分的工件材料。采用刚性及耐磨性均较好的Φ16圆鼻刀进行曲面粗加工挖槽，设置刀具参数：平面进给率【Feed rate】为“1000”，深度进给率【Plunge】为“1000”，主轴转速【Spindle】为“2000”，回刀速率【Retract】为“2000”。曲面参数【Surface parameters】中设置预留加工余量为0.3mm。由于是挖槽粗加工，这里采用较大的公差【Total tolerance】为0.05及较大的下刀步进【Maximum stepdown】为0.5。为避免直接下刀，也即踩刀，曲面挖槽时一般推荐采用螺旋下刀或斜线下刀，以免刚进刀时发生强烈震动，甚至导致刀具破裂。为避免过多走空刀，螺旋下刀的直径和高度不宜太大，这里设置【最小螺旋半径】为刀具直径的10%即1.6mm，【最大螺旋半径】为刀具直径的30%即4.8mm。切削深度参数主要用于控制加工深度方向的加工区域，有相对坐标【Incremental】及绝对坐标【Absolute】两种设置方式，当采用相对坐标方式时，其中的【Adjustment to top cut】参数用于设置加工深度的最高点，设置为正值，可以避免第一层走空刀，【Adjustment to other cuts】参数用于设置加工深度的最低点，当曲面模型最低点处由于较窄而无法螺旋下刀时，可以在此栏输入一个高于曲面最低点的深度值，而未加工低点处较窄的曲面区域采用其他加工方式实现；当采用绝对坐标设置方式时，其中的【Minimum depth】参数用于设置加工深度的最高点，设置为负值，可以避免第一层走空刀，【Maximum depth】参数用于设置加工深度的最低点。为避免不必要的空走刀路线，优化刀具的走刀路线，应启动间隙参数设置中的【Optimize cut order】参数。挖槽粗加工参数采用来回走刀方式【Zigzag】，并采用较大的步进【Stepover】为“300”及快速来回走刀【Use quick zigzag】，以提高加工效率。

（3）规划曲面挖槽加工刀具路径，清除底部平坦部位残料。这里规划数码相机面壳凹模曲面挖槽加工刀具路径，目的是清除大刀加工后在底部平坦部位余留的残料。选用Φ6圆鼻刀，因刀具直径较小，【Total tolerance】设为0.02及【Maximum stepdown】为0.2；曲面参数【Surface parameters】中设置预留加工余量为0。

（4）规划曲面平行粗、精加工路径。这里规划数码相机面壳凹模曲面平行粗、精加工路径，是针对凹模圆弧形凹曲面进行加工，选用Φ6圆鼻刀进行曲面平行粗加工，Φ3球刀进行曲面平行精加工。

（5）规划曲面等高外形精加工刀具路径。规划数码相机面壳凹模曲面等高外形精加工刀具路径，主要针对较陡峭的余留残料进行精加工。选用Φ6球刀，但由于上面已经对凹模圆弧形凹曲面进行了加工，这里应将凹模圆弧形凹曲面设置为干涉面来避开对其加工。结合上述的工艺规划与分析，最终选用如表1所示的加工工艺。

实践加工表明，采用以上方法编程加工，加工质量和加工效率均取得了预期效果。表面粗糙度达到了要求，尺寸也得到了较好的保证，完全符合加工要求。

结语

以上结合软件MasterCAM X的特点进行了工艺分析和刀路编制，从软件本身特点着手，结合现有的加工条件的这些数控编程应考虑的因素，根据零件形状特点选择合适的刀路是保证数控加工质量的关键。总而言之，唯有通过采用不同的方法进行尝试，不断积累经验，善于发现问题的根本原因，就一定有助于提高编程效率，大大提高实际应用水平。

参考文献

[1]孙祖和，MasterCAM X设计和制造应用教程[M].北京：机械工业出版社，2010.

[2]Pro/ENGINEER模具设计与Mastercam数控加工[M].北京：人民邮电出版社，2009.

[3]王爱玲.数控编程技术[M].北京：机械工业出版社，2006.