探究MasterCAM 的纺织机械模具型腔零件的数控加工

2021-12-30朱哲煜张玉兰

轻纺工业与技术 2021年5期

朱哲煜，张玉兰

（许昌电气职业学院，河南许昌 461002）

0 引言

纺织机械模具型腔的加工工艺非常复杂繁琐，而且很容易受到外界因素的影响和干扰。因此，在遵循工艺编制基本原则基础之上，还需要从纺织机械所选用的模具材质、刀具材料以及型腔零件结构等方面进行精准分析，科学编制模具型腔的加工工艺，同时借助MasterCAM 强大的加工仿真、程序优化和数控编程等功能，进一步保证纺织机械模具型腔零件数控加工的合理性、科学性与可行性，为其投入后续生产的效果提供更强保障，减小因模具型腔零件元素导致的各类事故的发生概率。

1 关于MasterCAM

MasterCAM 的开发者是美国的CNC Software Inc.公司，其作为一种CAD/CAM 软件，成功将二维绘图、三维实体造型、曲面设计、体素拼合、数控编程、刀具路径模拟及真实感模拟等多种功能完美融合在一起，几何造型更是非常直观且方便。

MasterCAM 为零件外形设计提供了理想的环境，其不仅具备强大且稳定的造型功能，能够设计出各种复杂的曲面和曲线零件，更重要的是还拥有着灵活的曲面精加工与强大的曲面粗加工的功能。MasterCAM可对零件加工的整个过程进行模拟，模拟过程中相关人员不仅可以清楚了解到刀具和夹具的整体形象，而且还能够从中精准找寻到刀具和夹具与被加工零件的干涉、碰撞情况[1]。其对零件加工过程实际情况的如实反映，使得MasterCAM 成为当前优秀的CAD/CAM软件之一。

MasterCAM 的优势还体现在：其对于系统运行环境的要求并不高，这就为广大用户减轻了使用负担。不管用户是将其运用在何种加工操作当中，诸如造型设计、CNC 铣床、CNC 车床或CNC 线切割等都能获得理想的应用效果。目前，MasterCAM 软件的应用范围已经越来越具广泛性，在一些通用机械、航空、船舶、军工等行业的设计与NC 加工中都可以看到MasterCAM 的身影。我国从20 世纪80 年代末起开始引进和应用MasterCAM 软件，MasterCAM 软件在推动我国制造业的发展中发挥着至关重要的作用[2]。

2 数控加工与MasterCAM 之间的关系分析

在CAD/CAM 系统当中，数控加工是最重要的模块之一，其也是对复杂曲面加工最有效的手段之一。目前，数控加工主要适用于一些精度要求高、型面复杂、更新变化快、生产批量比较小的产品类型当中。MasterCAM 则是当前适用于复杂曲面数控加工的数控编程软件中的重要代表，属于全世界通用的大型CAD/CAM 系统软件。MasterCAM 将计算机辅助制造和设计的功能有效融合在一起，这就为实现型腔铣削、轮廓铣削和电位加工提供了便利条件，与此同时，其还拥有着强大的曲面粗精加工功能。

有了MasterCAM 的助力，数控编程的效率可以得到很大提升，除此之外，其还可以编制出手工编程没有办法实现的复杂曲面的NC 程序，这就为MasterCAM 广阔的市场空间奠定了坚实的基础，必然会受到广大用户的欢迎与肯定。

3 MasterCAM 在纺织机械模具型腔零件数控加工中的具体应用分析

3.1 建立三维实体模型

MasterCAM 拥有着强大的造型功能，利用MasterCAM 软件可以设计出各种复杂的曲面、曲线和各种零件的三维实体模型。所以，通常情况下会先利用MasterCAM 的CAD 模块来打造出所要制作零件的三维实体造型。一般而言，该系统会提供多种标准图形接口，多接口的选择会让CAD 软件生成图形和系统图形文件之间的转化变得更加方便和简单，省去了很多不必要的繁琐程序和操作。除此之外，相关人员还可以根据实际情况选择通过该软件提供的ASCII 接口把通过三坐标测量仪等设备测得的实物数据转变成为系统的图形文件[3]。需要注意的是：在生产过程中要保持灵活多变的生产理念和方式，根据具体的生产情况来选择合适的零件造型，一切以生产需求为中心。

3.2 针对型腔零件复杂曲面的数控铣削工艺

考虑到纺织机械所作业对象的独特性，一般在选择型腔零件材质时会作出多重考虑，要确保纺织对象不受损害和影响。因此，在实际加工生产过程中，很多型腔零件都不是直接切削加工制作而成的，其需要通过特定材料的模具和工具以及特殊的工艺来加工成型。纺织机械模具型腔零件中，有很多都属于典型的复杂曲面，而且不同用途和价值的零件的曲面造型也不尽相同，复杂多元的曲面造型，死角也比较多，表面曲率也不同，这就对加工工艺要求更加复杂。针对这样复杂的加工要求，普通铣床是难以达到加工要求的，而如果选择手工编程，耗费了大量的时间和资源，最终加工出来的零件的精确度也得不到有效保证，这就凸显出了MasterCAM 软件在数控程序编制中的价值和作用。

举例说明：某一个特定的型腔零件，其是由立式数控铣床加工的零件，利用MasterCAM 软件来完成数控加工的工艺设计：第一步，进行二维轮廓铣削。为满足零件外表面对于曲面曲线的需求，选择是直接为20mm 的平铣刀，按照零件外部轮廓曲线进行二维轮廓铣削，采用分层铣削的方案，进刀高度是10mm,退刀高度是50mm，其中，铣削最大深度为10mm；第二步，进行粗加工处理。考虑到零件型腔是复杂曲面，所以要选用MasterCAM 软件中的曲面加工模块，对其作出加工路径分析，明确哪里需要进行曲面粗加工，哪里需要进行曲面精加工。一般情况下，曲面粗加工耗时会更长一些，因为选择曲面粗加工是为了去除绝大部分的加工余量，所以曲面粗加工会是绝大多数型腔零件必选的加工方式[4]。针对实例中的特定零件，粗加工采用的是挖槽，这样不仅能够确保在更短时间内去除掉大部分的毛坯材料，而且也能有效防止刀具直接进入到工件材料当中来，造成材料损害；第三步，半精加工。在完成粗加工之后便是半精加工的程序，半精加工的目的是为了去除更多的冗余材料，提高加工的效率。这半精加工过程中需要注意的是对加工工具的选用以及下刀方式的确定；第四步，精加工。精加工是确保加工精度的重要环节，只有加工精度得到保证，加工效率才能实现真正提升。该案例中所提到的特定型腔零件，精加工和半精加工设置的加工参数相差不多，只是背吃刀量要更小一些，所以，为了确保零件曲面的平滑度，最好选用直接合适的球头刀来进行操作；第五步，清除残料。零件曲面相交位置上会残存着很多残料，为保证加工效果，必须对这些残料进行彻底清除；第六步，验证和后处理。在型腔零件成型之后，需要进行刀具轨迹仿真，对刀具轨迹的合理性进行验证[5]。此时，便要借助MasterCAM 软件中的实体切削仿真功能对其作出模拟仿真，一定要保证加工过程中的刀具轨迹不存在干涉、过切、碰撞等问题，如果存在问题则需要进行进一步的处理和纠正。

关于后处理环节，需要利用后处理器将MasterCAM 软件中所储存的刀具轨迹信息转化成为数控格式，通常软件中会提供一个后处理数据库，转化完成后的数控格式和数据信息都会存入到后处理数据库当中，以方便后续工作人员使用。在完成后处理环节之后，型腔零件的相关数据和要求全部完成，便可以输送给数控机床完成后续加工了。