基于MasterCAM 的连杆锻模上模造型与编程

唐细永

（广州南洋理工职业学院机电工程系，广东从化510980）

数控加工是先进制造技术的典型代表，在制造业的各个领域有着日益广泛的应用。数控加工程序是数控加工的前提和基础，对于复杂零件的数控加工程序，一般采用自动编程。而MasterCAM是集设计和制造于一体的CAD/CAM软件，是目前世界上应用最广泛、最具有代表性的CAD/CAM软件。其DESIGN设计模块集2D和3D的线框、曲面和实体造型于一体，具有特征化造型功能和强大的图形编辑、转换处理能力。MILL铣床加工模块支持双轴、三轴、四轴、五轴加工程序的编制，可以直接加工曲面及实体，提供多种刀具路径形式和走刀方式，同时还提供了刀具路径的管理和编辑、路径模拟、实体加工模拟及后处理等功能。并且MasterCAM可以直接与机床控制器进行通信，完成零件的加工。

1 基于MasterCAM的实体造型

如图1零件的型腔属于曲面型腔，形状复杂，是造型和编程加工的难点和重点。根据零件的结构特点，为了提高效率和准确性，拟采用逆向思维造型。实体造型分四步走，其思路见图2。第一步型腔部分造型，第二步挤出毛坯造型，第三步布尔运算求差，第四步挤出孔造型。零件图样上带公差的尺寸，因公差值较小，故造型和编程时不必取其平均值，而取基本尺寸即可。

图1 零件图

图2 实体造型

2 连杆锻模上模零件的数控加工工艺分析

2.1 零件工艺性分析

（1）毛坯分析。材料为5CrMnMo模具钢，在普通铣床上已加工好，毛坯尺寸为130 mm×100 mm×30 mm。

（2）结构分析。零件为平板状模具零件，加工内容包括两个通孔、以及两个圆柱体、一个环形沟槽和一个岛屿构成的型腔的加工。型腔尺寸小，结构复杂，是加工的难点和重点。

（4）形位公差分析。没有特殊的形位公差要求。

（5）表面粗糙度分析。零件的两个孔表面粗糙度为1.6 μm，其余表面的表面粗糙度为3.2 μm。经分析，零件的所有表面都可以通过加工中心机床加工出来，且加工经济性好；

2.2 制定加工工艺方案

确定生产类型——该零件为模具零件，属于单件生产。

（1）确定工件的定位基准。零件的尺寸以中心和下表面为标注基准。为保证加工精度和方便对刀，确定以零件的下表面和左右两个侧面为定位基准。

（2）选择加工方法。零件的加工内容包括两个通孔加工以及型腔加工，孔的加工精度为IT7级，表面粗糙度为1.6 μm。采用的加工方法为点钻、钻孔、扩孔、铰孔；型腔的加工精度为IT9级，表面表面粗糙度为3.2 μm。采用加工方法为粗铣、半精铣、精铣。

（3）拟订工艺路线如下：

1）按135 mm×105 mm×35 mm下料。

2）普铣6个面，保证130 mm×100 mm×30mm，表面粗糙度达到 3.2 μm。

3）去毛刺。

4）在加工中心上加工孔和型腔。

5）去毛刺。

6）检验。

2.3 设计数控铣削加工工序

（1）选择加工设备。选用南通科技投资集团股份有限公司生产的VMC 600型系统为FANUC Oi MC的加工中心。

（2）选择工艺装备。采用平口钳定位夹紧一次装夹即可完成整个铣削加工。加工通孔时应注意避开垫片，不铣到垫片。

刀具的选择——由于零件为合金模具钢，型腔尺寸小，结构复杂，因此选用硬质合金钢刀具。

Φ5 mm中心钻：点钻定位孔。

Φ16 mm钻头：钻孔。

Φ19.8 mm钻头：扩孔。

Φ20 mm铰刀：精铰孔。

Φ3 mm刀角半径为1mm的圆鼻铣刀：粗铣型腔。

Φ2 mm球头铣刀：半精铣、精铣型腔。

量具的选择：

量程为150 mm，分度值为0.02 mm的游标卡尺。

量程为0～25 mm，分度值为0.001 mm的内径千分尺。

量程为25～50 mm，分度值为0.001 mm的内径千分尺。

量程为100 mm，分度值为0.01mm的深度千分尺。

系列圆角规。

（3）确定加工方案。基于该工件有孔和型腔，为避免影响孔的加工精度和空走刀，确定加工方案如下：

孔的加工方案——点钻孔、钻孔、扩孔、铰孔；

型腔的加工方案——粗铣、半精铣、精铣。

3 基于MasterCAM的连杆锻模上模零件的编程

MasterCAM软件是典型的CAD/CAM软件，其铣削模块在数控铣床和加工中心自动编程中应用非常广泛。连杆锻模上模零件的编程核心是型腔的编程。零件的编程原点设置在毛坯上表面的中心；Φ20 mm的两个孔先采用Φ5 mm中心钻定位，再采用Φ16 mm钻头钻通孔，然后采用Φ19.8 mm钻头扩孔，最后用Φ20 mm的铰刀精加工孔。铣削内槽型腔时先采用Φ3 mm刀角半径为1 mm的圆鼻铣刀粗加工，加工间距取0.8 mm，然后采用Φ2 mm球刀半精加工和精加工。考虑加工零件时，走刀方式对加工精度以及表面质量的影响，并结合进退刀的安全性，在挖槽粗加工时，预钻了深度为14 mm的Φ5 mm工艺孔指定点螺旋下刀，位置设置在（-55.0，0），并采用等距环绕走刀方式，提高了加工精度和余量的均匀性；在残料粗加工时，设置了参数合理的螺旋下刀方式以及沿曲面的过渡走刀方式，避免了加工出现碰撞，提高了刀具的刚性；环绕等距精加工，采用由里向外的走刀方式以及0.6 mm的合理步进量，保证了加工精度和走刀的安全性。

（1）编制数控加工工序卡（如表1）。

表1 连杆锻模（上模）零件数控加工工序卡片

（2）MasterCAM软件模拟加工验证程序。观察加工是否出现碰撞，排除参数设置的不合理性，验证走刀的合理性。

图3 模拟加工图

（3）选择MPPOST后置处理器生成数控加工程序代码，根据机床换刀为无机械手换刀以及没启用A坐标功能等实际情况，修改程序，对应程序如下：

4 结束语

连杆锻模上模零件的型腔尺寸小，结构复杂，刀具直径小，容易振动，进刀和退刀难度大，这些是编程设计的重点和难点。解决的方法采取了预钻Φ5 mm下刀工艺孔解决，保证刀具安全平稳下刀，粗加工留比较均匀的精加工余量，以提高型腔的尺寸精度和表面质量。由于孔的加工精度和表面质量要求高，为排除型腔加工对孔加工尺寸精度和表面质量的影响，因此将铰孔工序做为最后精加工工序。通过实体加工，发现该细小零件的加工难度较大，主要是由于刀具小，型腔局部较深。因此刀具的合理装夹和选择对加工非常有利。

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