十字架零件数控加工论文
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1Mastercam介绍
大型商用CAD/CAM集成系统如UG、Proe、Mas-tercam、CATIA、Powermill及Cima-tronE等在产品数控加工中的应用已非常普遍。Mastercam是一套应用广泛的CAD/CAM/CAE软件包，它采用图形交互式自动编程方法实现NC程序的编制。Mastercam是由美国CNCSoftware公司开发的基于微机的CAD/CAM软件，V5.0以上版本运行于Windows操作系统。由于其价格较低且功能齐全，因此有很高的市场占有率。软件的CAD功能可以构建2D或3D图形，特别适用于具有复杂外形及各种空间曲面的模具类零件的建模和造型设计。在CAM方面，软件具有以下特点：提供可靠与精确的刀具路径，可以直接在曲面及实体上加工；提供多种加工方式；提供完整的刀具库、材料库及加工参数资料库。Mastercam软件有车削、铣削、钻削、线切割等多种加工模块，允许用户通过观察刀具运动来图形化地编辑和修改刀具路径。另外，软件提供多种图形文件接口，包括DXF、IGES、STL、STA、ASCII等。Mastercam的工作过程一般分为CAD和CAM两部分。CAD的功能是通过绘图、转入文档等生成零件的几何模型；CAM的功能是根据使用者设定的刀具尺寸、加工面的表面粗糙度及加工次数等特定参数产生路径，并将路径资料及刀具储存在NCI档中，通过后处理程序转换为NC加工程序，该程序中包含加工中的进给量、主轴转速和冷却控制等指令，可控制刀具切削工件。
（1）确定加工工艺，零件形状较为规则，应用Mastercam软件的二维加工功能即可完成零件的数控切削。加工思路为：对整个零件首先进行粗加工，粗加工结束之后再统一进行零件精加工。粗加工时应先铣削正八边形，然后铣削深度为7mm的十字架，最后铣削深度为3.5mm的十字架，精加工类似。具体的走刀方式则有多种方案可供选取，如十字架的加工既可选取整个外形图素进行外形铣削，也可先加工第一象限的轮廓，然后应用刀具路径镜像完成其余部位的加工。
（2）粗加工刀具路径
零件毛坯尺寸为43×43×16mm，六面已经经过磨床精加工，编程原点设置在零件上表面的中心。首先加工八边形，选择“刀具路径”—“外形铣削”，软件弹出交互式对话框，根据加工工艺进行参数设置。加工刀具选用直径为12的高速钢端铣刀，XY平面切削加工速度为200mm/min，Z高度方向下刀速度为100mm/min，抬刀速度为400mm/min。程序号码设为1号，起始行号和增量行号均设置为10，主轴转速为1000r/min，设置进刀和退刀向量，加工参考高度（安全高度）为50，高度方向从10mm处开始进给下刀，XY方向加工余量留为0.2，Z方向不留加工余量且每次最大切削深度设置为5，为了节省加工时间，勾选不提刀选项。补正方式有两种：电脑补正和控制器补正，这里采用电脑补正的形式，补正方向为左补偿G41。需要注意，在机床加工中，一般采用顺铣，这是因为从刀具寿命、加工精度、表面粗糙度而言顺铣效果较好，因而G41使用较多。电脑补正，是由电脑系统计算一个刀具半径补偿值，直接产生补正后的刀具路径。控制器补正，是指在CNC控制器上直接做刀具补偿，即利用NC程序中的G40、G41或G42等补偿代码指令来实现补偿。电脑补正不会出现问题，而控制器补正可能会出现问题，应用时优先选用电脑补正。此外，如果设置“程式过滤”选项，在后处理时将大大减少程序量。应用上述工艺参数设置，八边形加工刀具路径如图2所示。应用同一把刀用类似的方法，深度为7mm的十字架刀具路径如图3所示。考虑到十字架轮廓具有对称特征，因此，这部分轮廓还有镜像加工的方法。首先选取如图4所示AB轮廓线应用同一把刀（直径为12）进行开放式轮廓挖槽加工，Z方向最大切削深度设置为3mm，切削方式选为依外形环切。AB轮廓线挖槽粗加工刀具路径如，整个十字架加工路径。深度为3.5mm的十字架轮廓粗加工方法与上述类似，但刀具应该选直径为8mm，不详述。
（3）精加工刀具路径
零件精加工与粗加工类似，但存在一些区别：首先是所有精加工应尽量选用同一把刀完成，以取得较好的加工精度及减少刀具数量压缩程序。如十字架零件精加工采用直径为8mm的高速钢端铣刀进行统一精加工。其次是所有轮廓均应一次加工到切削深度，不应该分层加工，以保证没有接刀痕提高表面质量。最后是精加工和粗加工的切削参数不同，按照上述原则，零件的精加工刀具路径。
（4）轨迹仿真
数控加工仿真系统软件如VERICUT、Swan-soft-CNCSimulator及CIMCOEdit等可有效检验NC程序的正确性[7]。同时，Mastercam软件本身也自带了仿真加工模块，能动态显示刀具运动轨迹，能直观地观察到加工过程中是否存在过切和欠切、刀具路径是否合理等现象。并且操作者可以控制仿真加工速度及步骤等，是实际切削前一个很好的检测方式。十字架零件仿真加工结果如图7所示。
（5）后处理
后置处理简称为后处理，后置处理文件简称后处理文件，其扩展名为.PST。后处理的主要目的是生成数控机床能识别的NC加工程序。NC程序的自动产生是受软件的后置处理功能控制的，不同的加工模块（如车削、铣削、线切割等）和不同的数控系统对应于不同的后处理文件。以FANUC系列的后处理为例，它可以定义成惯用于FANUC3M控制器所使用的格式，也可以定义成FANUC6M控制器所使用的格式，但不能用来定义其它系列的控制器。不同系列的后处理文件，在内容上略有不同，但其格式及主体部分是相似的，一般都包括以下几个部分：注释、指令、变量。由于Mastercam系统产生的切削路径文件格式是NCI的通用格式，它必须转换成数控机床控制器能识别的NC加工程序，同时要做相应的修改。十字架零件精加工经过后处理的程序如下（以FANUC数控系统为参考，中间部分程序省略）
3结束语
本文基于Mastercam软件对十字架零件进行了数控加工，通过几何模型建立、加工过程规划、刀具路径建立、后置处理NC程序生成可以方便地获得可靠的数控加工程序。这种自动编程方法对于模具制造有较大的价值，特别是加工复杂零件更是优势明显，具有一定的经济效果。
作者:谢远辉肖敏钟睿单位:赣州技师学院