MasterCAM 的数控加工工艺研究分析

2013-12-23杨林波

机械工程与自动化 2013年2期

杨林波

（晋城职业技术学院，山西晋城 048000）

1 MasterCAM 的数控加工发展概况

据统计，大约80%以上的机械零件是由凹槽（口袋形）铣削加工而成，因此，凹槽铣削刀具路径的自动生成及规划就成为当前制造业重要的研究对象。

MasterCAM 是整合CAD 与CAM 的最实用的一套软件，它主要利用CAD 模块绘制2D 与3D 图形，并通过规划的刀具路径及参数来铣削所要的工件；它不但可以产生较精确的刀具路径，而且还可以在实体上进行加工，具有完整的刀具库及加工参数资料库，在实际的生产加工中还有多种加工方式及后处理的功能，能够满足NC程序的需要。

在数控加工系统的各模组生成刀具路径之前，应进行工件、刀具及材料参数的设置，其材料的设置与铣床加工系统相同，但工件和刀具的参数设置却与铣床加工有较大的不同。车床系统中几何模型的绘制方法与铣床系统中几何模型的绘制方法有所不同，前者只需用绘制零件图形的一半，当生成刀具路径后，可以用操作管理器进行刀具路径的编辑、刀具路径模拟、仿真加工模拟以及后处理等操作。

2 MasterCAM 的数控加工工艺

在运用MasterCAM 的数控加工中，选择“车床的刀具路径相关设定”子菜单中的“径向车削”选项，可调用挖槽模组。挖槽模组可以在垂直车床的主轴方向或端面方向车削凹槽。在挖槽模组中，系统提供了多种定义加工区域的方法，包括凹槽外形、粗车参数及精车参数设置。

2.1 定义加工模型

首先进行“径向车削”选择，然后打开“径向车削的车槽选项”对话框。该对话框有以下4种几何模型的加工方法来定义挖槽加工区域形状。

（1）在绘图区选取1点，将该选取点作为挖槽的一个起始角点。实际加工区域大小及外形还需通过设置挖槽外形来进一步定义。

（2）在绘图区选取2个点，通过这2个点来定义挖槽的宽度和高度。实际的加工区域大小及外形还需通过设置挖槽外形来进一步定义。

（3）在绘图区选取3条直线，选取的这3条直线为凹槽的3条边，仅可以定义挖槽的宽度和高度。同样，实际的加工区域大小及外形也需通过设置挖槽外形来进一步定义。

（4）在绘图区选取两个串连来定义加工区域的内外边界。这时挖槽的外形由选取的串连定义，在挖槽的外形设置中只设置挖槽的开口方向，且只能使用挖槽的粗车方法加工。

2.2 加工区域与凹槽形状

挖槽的形状及开口方向可以通过“车床－径向粗车”对话框中的“径向车削的型式参数”选项卡来设置。设置挖槽外形的“径向车削的型式参数”选项卡，当采用“串连（Chain）”选项来选取加工模型时，其“径向车削的型式参数”选项卡中没有外形参数的设置，如图1所示。

2.2.1 设置挖槽开口方向

可用“切槽角度”选项组设置挖槽的开口方向。可以直接在“角度”输入框中输入角度或用鼠标选取圆盘中的示意图来设置挖槽的开口方向；也可以选取系统定义的几种特殊方向作为挖槽的开口方向。

对于外径其切外槽的进给方向为－X，角度为90°；内径切内槽的进给方向为＋X，角度为－90°；端面的切端面槽的进给方向为－Z，角度为0°；背面的切端面槽的进给方向为－Z，角度为180°；进刀方向通过在绘图区选取一条直线来定义挖槽的进刀方向；底线方向通过在绘图区选取一条直线来定义挖槽的端面方向。

图1 设置挖槽外形及开口方向

2.2.2 定义挖槽外形

系统通过设置挖槽的宽度、高度、锥角度和圆角半径等参数来定义挖槽的形状。若内、外角位置采用倒直角方式，则需通过“切槽的倒角设定”对话框来设置倒角外形。“切槽的倒角设定”对话框包括倒角的宽度、高度、角度、底部半径和顶部半径等参数的设置。其中宽度、高度、角度3个参数只需设置其中的2个，系统会自动计算出另一个参数值的大小。

用“串连”选项来定义加工模型时，不用进行挖槽外形的设置；而用“2点”和“3线”选项来定义加工模型时，不用设置挖槽的宽度和高度。

2.3 快捷车削加工

选择“车床的刀具路径相关设定”子菜单中的“简式”选项可调用简式模组。简式模组可以进行粗车、精车或径向加工。采用该模组生成刀具路径时，所需设置的参数较少，一般用于形状简单的粗车、精车或挖槽加工，使用快捷方便。

2.4 快捷粗车加工

在“车床的简式加工”子菜单中选择“粗车”选项可进入简式粗车加工对话框，其刀具设置方法与粗车模组相同。点击“简式粗车的参数”选项卡，设置简式粗车加工特有参数。该选项卡的参数设置比粗车模组参数要简单，其各参数的设置方法与粗车模组中对应参数的设置相同。

2.5 快捷精车加工

在“车床的简式加工”子菜单中选择“精车”选项可进行快捷方式的精车加工参数设置。采用该方式进行加工时，可先不选取加工模型，选择一个已粗车加工过的模型作为快捷精车加工的对象；也可以选中“串连”单选钮后，单击“串连”按钮在绘图区选取加工模型，如图2所示。

图2 挖槽模组精车参数设置

2.6 快捷挖槽加工

在“车床的简式加工”子菜单中选择“径向车削”选项，可进行快捷方式的挖槽加工。设置该方式进行加工与使用挖槽模组进行加工的方法基本相同，也需先选取加工模型，然后再进行挖槽外形设置及粗车和精车参数的设置。

定义加工模型时，只有“1点”、“2点”和“3直线”这3种方式来定义凹槽位置与形状。“简式径向车削的型式参数”选项卡用于设置挖槽的形状。该选项卡中各参数的设置方法与挖槽模组中挖槽外形的设置方法相似。

快捷挖槽加工的粗车参数和精车参数安排在一个选项卡中进行设置，设置粗车参数和精车参数的“简式径向车削的参数”选项卡。该选项卡中各参数的设置方法与挖槽模组中粗车参数和精车参数的设置方法相同。

2.7 钻孔加工

“车床的刀具路径相关设定”子菜单中的“钻孔”选项为钻孔加工模组。车床加工系统的钻孔模组和铣床加工系统的钻孔模组功能相同，主要用于钻孔、铰孔或攻螺纹。但其加工的方式不同，在车床的钻孔加工中，刀具仅沿Z 轴移动而工件旋转；而在铣床的钻孔加工中，刀具沿Z 轴移动并旋转，如图3所示。

图3 钻孔模组参数设定

在车床的钻孔模组中同样提供了8种标准形式和12种自定义形式加工方式。设置车床钻孔模组特有参数的选项卡，该选项卡各参数设置与铣床钻孔模组相同，所不同的是在铣床钻孔模组中中心孔位置是在绘图区选取，而在车床钻孔模组中中心孔位置通过“钻孔位置”选项或输入坐标值来设置。钻孔加工操作步骤如下：①在主菜单中顺序选择“钻孔”选项；②系统打开“车床－钻孔”对话框，在刀具列表中选择直径Φ8mm 麻花钻“刀具参数”选项卡的刀具参数；③打开“深孔钻－无啄钻”选项卡，设置钻孔参数，其中钻孔深设置为15mm；④单击“车床－钻孔”对话框中的“确定”按钮，系统返回“车床的刀具路径相关设定”子菜单，选择进入“操作管理器”，单击“刀具路径模拟”进行刀具路径检验，生成刀具路径；⑤在“操作管理器（Operations）”中单击“实体切削验证（Verify）”进行仿真加工检验；⑥退出操作管理器，保存文件。