前 言

        使用CAM軟件編程，走刀路徑是否合理直接影響加工質(zhì)量。MasterCAM的曲面精加工刀具路徑難以同時(shí)保證平坦面與陡峭面的加工質(zhì)量，加之加工中心加工不宜使用過小的刀具，那么對(duì)于刀具難以加工到的地方和既含有平坦面又含有陡峭面的零件，應(yīng)如何編制刀具路徑以達(dá)到加工質(zhì)量的要求呢?

　　MasterCAM是一種應(yīng)用廣泛的CAD/CAM軟件，由美國CNC Software公司開發(fā)，該軟件操作簡便實(shí)用。

　　MasterCAM提供了多種粗加工技術(shù)和豐富的曲面精加工功能。精加工走刀形式直接影響加工出來的表面質(zhì)量，要達(dá)到圖紙要求的尺寸精度和表面精度，需在編制刀具路徑時(shí)針對(duì)曲面特點(diǎn)合理選擇走刀方式。對(duì)于同一個(gè)零件，可能在不同的部位需要不同的走刀方式，對(duì)于零件兩個(gè)面之間的銜接部分，還需要用專門的清根刀路。此外，還要合理選擇刀具，優(yōu)化走刀路徑，減少提刀、空刀及不必要的重覆路徑，在改善加工質(zhì)量的同時(shí)使加工效率有所提高。

　　一、曲面特點(diǎn)及技術(shù)要求

　　(一)曲面特點(diǎn)：如圖1所示，三角開關(guān)是一個(gè)比較典型的零件，曲面的外形尺寸50x60x15.6mm。圖形的上部分曲面比較平坦，在 MasterCAM中稱之為淺平面，如圖1-B處,這種曲面適合選擇平行刀路。下部分曲面陡峭，在 MasterCAM中稱之為陡斜面，如圖1-C處，這種曲面適合選擇等高刀路。曲面與曲面之間是R2mm的圓角過渡。曲面最上面D處的局部放大圖如圖2所示，此處圓角半徑為R0.4mm ，高度是1.15mm。

　　(二)加工三角開關(guān)凸模的技術(shù)要求：

　　1、所有表面粗糙度要求Ra3.2 ;

　　2、工件表面無缺陷，圓角部位無殘料;

　　3、曲面與分模面之間要求清根。

　　二、加工三角開關(guān)凸模工藝分析

　　1、材料：45#鋼，這種鋼具有較高的強(qiáng)度和較好的切削加工性，經(jīng)調(diào)質(zhì)以后可獲得良好的綜合力學(xué)性能，是塑料模具中應(yīng)用最廣泛的鋼種之一。毛坯尺寸：70x80x30mm。機(jī)電論壇

　　2、刀具材料：根據(jù)加工材料，選擇YT15的硬質(zhì)合金刀具。

　　3、設(shè)備：加工中心，型號(hào)：VMC800

　　4、工藝分析及刀具選擇：

　　三角開關(guān)凸模加工整體思路是先粗加工、再半精加工、精加工，最后清角加工，具體分析如下：

　　(1)粗加工 粗加工是為提高生產(chǎn)效率，迅速去除多余材料，曲面與分模面一起開粗，刀具要求有足夠的強(qiáng)度，因此盡量選擇一把比較大的刀具，根據(jù)工件材料、曲面外形尺寸50x60x15.6mm及毛坯尺寸選擇圓角半徑R1mm直徑& #61510;10mm的圓鼻刀。

　　(2)半精加工 由于粗加工刀間距和切削深度較大，殘料過多，半精加工是為了去除過多的殘料，使精加工余量均勻，刀具選擇應(yīng)考慮承受粗加工所留殘料而不至斷刀，且不會(huì)留下過多的殘料而給精加工造成困難。分模面是平面，用平刀加工較好而曲面用球刀加工，故曲面與分模面分開做半精加工及精加工。曲面半精加工，選擇& #61510;6mm球刀，分模面上殘料較少且余量均勻，可不必做半精加工。

　　(3)精加工 精加工需達(dá)到要求的尺寸精度和表面精度，同時(shí)兼顧效率，選擇刀具時(shí)要考慮刀具強(qiáng)度及是否會(huì)留有殘料或過切，曲面上有R2mm的圓角多處，故選擇& #61510;3mm球刀精加工曲面，分模面精加工選用& #61510;4mm平刀。

　　(4)清角加工 清角加工是為了去除在較小圓角或直角的地方，由于精加工刀具進(jìn)不去而留下的殘料，刀具選擇應(yīng)考慮加工效率、刀具強(qiáng)度及能否去除殘料。R0.4mm圓角處選擇圓角半徑R0.3mm直徑& #61510;4mm的圓鼻刀加工，曲面與分模面清角選擇& #61510;4mm平刀加工。

　　三、加工難點(diǎn)分析

　　基于以上工藝分析、曲面特點(diǎn)及技術(shù)要求，加工三角開關(guān)凸模難點(diǎn)有兩個(gè)：一是淺平面與陡斜面問題，二是清角問題。

　　1、淺平面與陡斜面問題

　　精加工要保證整個(gè)曲面的加工精度，解決淺平面與陡斜面問題，且精加工用時(shí)最長，在解決加工質(zhì)量問題的同時(shí)還要兼顧效率。因此，合理選擇精加工方法至關(guān)重要。

　　MasterCAM提供了十種曲面精加工方法，針對(duì)這一問題，編制刀具路徑時(shí)大多采用以下幾種方法：

　　(1)平行銑削+陡斜面加工 平行銑削加工采用X、Y方向的最大間距來控制刀具路徑的細(xì)密程度，由于陡斜面的坡度很陡，同樣的切削間距，在陡斜面上形成的刀痕要比在平面或平坦的曲面上大得多，使陡斜面的加工質(zhì)量較差。因此，多會(huì)在平行銑削加工之后添加陡斜面加工刀路，如果陡斜面刀路的切削方式選擇雙向切削，則在刀具沿Z軸上升時(shí)由于刀具受力不均，導(dǎo)致加工質(zhì)量下降，若選擇單向切削，則刀具路徑中提刀路徑過多，嚴(yán)重影響加工效率。

　　(2)等高外形+淺平面加工 等高外形加工是用最大Z軸進(jìn)給量控制刀具路徑的疏密程度，在比較平坦的表面上，Z下降相同的距離要比陡峭表面的路徑間距大得多，無法保證淺平面的表面質(zhì)量，因此在編制刀路時(shí)大多在等高外形加工之后添加淺平面加工刀路，由于曲面上淺平面區(qū)域不連續(xù)，使加工順序不理想，影響加工質(zhì)量，且淺平面刀路中有很多提刀路徑，此方法加工效率較低。

　　(3)環(huán)繞等距加工 環(huán)繞等距加工是生成一組環(huán)繞工件曲面的刀具路徑，路徑計(jì)算時(shí)間長，生成的NC文件大。對(duì)于形狀不規(guī)則的曲面，在路徑轉(zhuǎn)向地方的路徑間距大于其它位置的路徑間距，會(huì)在工件表面形成刀具路徑轉(zhuǎn)折的刀痕，影響加工質(zhì)量。

　　以上三種加工方法均使工件局部表面達(dá)不到加工質(zhì)量的要求。根據(jù)曲面特點(diǎn)及MasterCAM精加工刀路特點(diǎn)，可采取分區(qū)域加工，即將淺平面與陡斜面分開加工，平坦的表面選擇平行刀路加工，陡峭的表面選擇等高刀路加工。三角開關(guān)曲面上部分平坦，下部分陡峭，可用切削深度確定平行銑削與等高外形的加工區(qū)域。這種加工方法與前面所述三種方法比較，在加工參數(shù)選擇相同時(shí)，加工質(zhì)量最好，加工效率也有所提高。

　　2、清角問題

　　(1)對(duì)于R0.4的圓角，可使用平刀或圓角半徑略小于0.4mm的圓鼻刀加工，常選擇以下幾種加工方法：

　　1使用交線清角加工，刀具選擇R0.4mm的圓鼻刀，由于交線清角只能沿曲面交線的地方走一刀，若精加工所用刀具半徑大于0.4mm，則會(huì)在兩把刀都加工不到的區(qū)域留下殘料。

　　2使用放射狀加工 設(shè)置起始補(bǔ)正距離為4.4mm，設(shè)定切削范圍，只加工殘料區(qū)域，此方法能夠達(dá)到加工質(zhì)量的要求，但加工路徑往返較多。

　　3使用環(huán)繞等距加工 可設(shè)定切削范圍，使用圓角半徑R0.3mm的圓鼻刀加工可去除全部殘料，路徑連續(xù)，提刀少，能夠達(dá)到表面質(zhì)量要求且效率高。

　　通過以上分析，加工R0.4mm圓角選擇環(huán)繞等距刀路更為合理。

　　(2)球刀精加工之后會(huì)在曲面與分模面相交的部位留下圓角，應(yīng)使用平刀清角，曲面上有5°的拔模角度，與上面所述情況相同，所以選用環(huán)繞等距或等高外形刀路，用切削深度限定加工區(qū)域，僅加工有殘料的地方，此處殘料高度為精加工所用刀具刀尖圓弧半徑，故切削深度范圍略大于此半徑值即可。

　　四、編制刀具路徑

　　基于以上分析，比較幾種加工方法，提出以下加工方案，見表1。

　　結(jié) 束 語：

　　根據(jù)三角開關(guān)凸模特點(diǎn)及加工難點(diǎn)，對(duì)其走刀路徑進(jìn)行分析對(duì)比，提出最佳加工方案。使用以上方法加工，整個(gè)零件的表面精度均可達(dá)到Ra3.2，在加工參數(shù)設(shè)置完全相同的情況下，加工效率略有提高。由于走刀路徑合理，因此還可提高進(jìn)給率，在保證加工質(zhì)量的前提下，進(jìn)一步提高加工效率。