基于MasterCAM曲面凹模文字雕刻实例分析

张广潮

摘 要：主要阐述了在立体不规则曲面上附有凹模文字雕刻的零件加工。当零件表面、文字底侧部位表面粗糙度要求较高时，可采用曲面投影加工、平移转换刀具路径等方法相结合，不仅达到零件要求的精度及粗糙度，也减少了换刀和装夹的次数，提高生产效率。文章通过一典型实例对曲面零件凹模文字雕刻加工的工艺进行详细的分析。

关键词：文字雕刻；曲面投影加工；表面粗糙度

中图分类号：TQ171.6+87 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）29-0059-02

引言

目前，在制造行业中许多工业产品上的文字雕刻都采用专用雕刻机结合专用的雕刻软件来实现，这就造成了设备和产品的单一性[1]。随着数控技术的不断快速发展，各生产厂家已经拥有高性能、高转速可进行高速加工的数控铣床及加工中心，可利用常用的加工软件配合高速机床实现平面图形及文字的雕刻加工技术已经成熟并广泛应用，但在立体不规则的曲面上雕刻加工还存在难点[2-3]。通过一实例，利用MasterCAM 软件中若干个功能相结合的方法，实现曲面文字雕刻的加工。

1 雕刻文字的主要加工方法

首先需要根据零件材料的特征，才能确定选择其具体的加工方法。金属材料零件雕刻的方法可归结为以下几种，每种方式都有着其独特的实现方法[4]。

（1）电火花成形加工或电腐蚀加工方法是利用电加工方式或化学腐蚀的方法来加工金属模具上的雕刻图形，是使用较为广泛的一种方法。

（2）采用冷挤压或钳工方式加工文字。

（3）采用专用雕刻机加工。

（4）采用数控铣床、加工中心进行铣削雕刻加工，具体有以下几种方法：

a. 二维线框雕刻，是刀具按照指定的轮廓线进行加工，也就是MasterCAM中的外形铣削，但必须把刀具中心设置在轮廓线上，关闭刀具补偿，雕刻加工时刀具的直径将决定轮廓的形状与大小，在雕刻加工之前根据零件的要求，必须先要确定刀具的类型与直径的大小。

b. 凸凹型雕刻，是采用MasterCAM中二维挖槽或者曲面挖槽加工的铣削方式。如果雕刻的文字图案是凸出來的，则将文字图案外围的材料铣削去除；如果雕刻的文字图案是凹进去的，则将文字图案的内部材料铣削去除。

2 加工实例

2.1 实例分析

在400mm×250mm×100mm的长方体铝块中，表面是山丘起伏式xyz坐标不规则变化的曲面。在起伏不平的零件曲面上表面，加工“曲面文字雕刻”六个字体，字体高度为60mm，文字间距为6mm，总长度不超过390mm的凹模雕刻，如图1所示。同时要求雕刻的深度需根据字体所在曲面位置下深5mm，如图2所示。

该实例中的雕刻字体为曲面凹形字体，相对于其他雕刻字体如线性字体和凸凹平底字体，是属于加工比较困难和复杂的一种。零件要求字体的深度，是根据雕刻文字所在曲面的位置增量加深，也就是随着曲面的变化而变化。加工过程主要分为粗雕加工和精雕加工。

2.2 粗雕加工

（1）生成字体方法：“绘图”——“下一页”——“文字”，在“绘制文字”信息栏中，设置字形为宋体，输入“曲面文字雕刻”6个字。参数设置根据要求高度为60，间距为6，水平排列，点击确定生成字体二维线框，将生成的字体移至待雕刻表面的正上方。

（2）编制二维挖槽的刀具路径，选择所生成的字体线框，选用ф1的平刀，只需选择等距环切，并设置粗切参数及斜插式下刀，其他参数可不设置，该刀具路径是辅助后面曲面投影用的。

（3）在功能表中选择“刀具路径”——“曲面加工”——“精加工”——“投影加工”（曲面文字必须选用精加工投影方法进行粗雕加工，否则会走空刀），然后选取零件表面的曲面，设置切削参数，粗加工余量预留0.1mm。

在“原始操作”中选取编制好的二维挖槽铣削，如图3所示。投影方式选择“NCI”，“间隙设定”中的容许间隙采用“距离”的方式，而“进阶设定”中选择“所有的边缘”。在 “整体误差”中，由于投影加工是圆形曲面，产生程序加工时如果采用默认的整体误差，会使程序计算量增大，而且在机床加工时会出现进给忽快忽慢的情况，降低了加工的效率，所以采用“过滤比率3：1”的方式会使加工变得顺畅，提高了效率与精度，如图4所示，生成刀具路径如图5所示的效果。

图3 投影加工参数栏

图4 整体误差设置栏

图5 曲面投影刀具路径

（4）曲面投影精加工不能在Z方向多次铣削，所以可以采用“刀具路径”——“下一页”——“路径转换”功能中的“平移”方法，选择两点间，次数为50，从Z0.0到Z-0.1，就可把刚生成的曲面投影精加工刀路沿着Z方向依次平移0.1，达到了Z方向分层铣削的效果，最终Z方向加工总深为5mm，刀具路径如图6所示。

2.3 精雕加工

由于粗雕加工采用平底铣刀，在曲面文字的底部并没有加工出顺滑的曲面，所以选择球刀进行精雕加工。

（1）利用粗雕加工时的二维挖槽刀具路径，将其复制粘贴并修改为R0.5球刀，设置切削参数。精加工曲面文字底部，切削的间隙量应缩小，才能达到较好的表面粗糙度，设置“粗切/精修参数”中的切削间隙为刀具直径的10%，也就是间隙量为0.1mm，并取消精修选项。精雕加工刀具路径相比粗雕加工的要密集得多，从而达到精加工的目的。

（2）运用粗雕加工时的曲面投影方法，编制精雕球刀在曲面上的刀路，需选择前一步R0.5球刀生成的二维挖槽路径，设置合理的切削参数，其他设置与粗雕加工一样。

（3）由于曲面投影精加工刀路，只投影在曲面的上表面，而精雕曲面文字是加工文字的最底部。可采用“刀具路径”——“下一页”——“路径转换”功能中的“平移”方法，选择两点间，次数为1，从Z0.0到Z-5.0，就可将刚生成的曲面投影精加工刀路沿着Z方向往下平移5mm，达到了直接铣削文字底部曲面的目的，提高了加工效率，并达到加工精度，刀具路径如图7所示。

图7 曲面文字底部精加工刀路

3 结束语

对于具有曲面文字雕刻的零件，不一定需要专用的雕刻机床，可用MasterCAM等常用编程软件配合高速数控铣床或加工中心进行加工即可。对于曲面文字雕刻的加工方法，首先并不是所有曲面文字都适合所介绍的方法，需要根据图纸及实际要求来进行分析，其次需根据零件的具体结构，采取不同的工艺措施及手段，包括装夹方式、工序安排、走刀路线、切削参数等。如特别复杂的曲面文字雕刻需要四轴甚至五轴机床进行加工，才可实现其工艺要求。

参考文献：

[1]顾丽敏.基于MasterCAM的曲面雕刻数控加工[J].CAD/CAM与制造业信息化，2013（05）：75-77.

[2]穆存远，吕明，葛震.CNC雕刻零件表面粗糙度影响因素的试验研究[J].制造技术与机床，2012（01）：120-123.

[3]任国柱，黄坤，臧继嵩.基于MasterCAMV9的曲面文字雕刻加工[J].北华航天工业学院学报，2010（04）：13-15.

[4]张绍青.高速数控雕刻加工技术研究[D].上海应用技术学院，2015.endprint