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摘要：本文主要从开关凸模的曲面特点及加工难点出发，分析了如何使用MasterCAM 软件编制合理的刀具路径，以提高加工质量。
关键词：MasterCAM；刀路工艺；加工质量
中图分类号：TG547 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2013） 01-0124-02
MasterCAM9.1提供了多种粗加工技术和丰富的曲面精加工功能。精加工走刀形式直接影响加工出来的表面质量，要达到图纸要求的尺寸精度和表面精度，需在编制刀具路线时针对曲面特点合理选择走刀方式。对于同一个零件，可能在不同的部位需要不同的走刀方式，对于零件两个面之间的衔接部分，还需要用专门的清根刀路。此外，还要合理选择刀具，优化走刀路线，减少提刀、空刀及不必要的重覆路线，在改善加工质量的同时使加工效率有所提高。
1 应用Mastercam进行数控铣削加工的优点
1.1 能优化资源。在Mastercam自动编程中，可以模拟零件仿真加工过程，能分析刀具轨迹是否合适，如果不合适可以返回到前面的步骤进行修改或调整，从而节约在机床上的调试时间，降低刀具、材料及电的消耗。
1.2 能弥补手工编程的不足。Mastercam具有完整的二维绘图和强大的曲面造型能力，不仅能帮助手工编程计算关键点的坐标，而且能轻松实现曲面等手工编程无法完成的或很难完成的程序的编制，从而弥补手工编程的不足。
1.3 提高程序的正确性和安全性。采用Mastercam软件能方便地建立零件的几何模型，迅速自动生成数控代码，缩短编程人员的编程时间，特别对复杂零件的数控程序编制，可大大提高程序的正确性和安全性。
2 曲面特点及技术要求
2.1 曲面特点：如图1所示，三角模具开关是一个比较典型的零件，曲面的外形尺寸50x60x15.6mm。图形的上部分曲面比较平坦，在MasterCAM中称之为浅平面，如图1-B处，这种曲面适合选择平行刀路。
下部分曲面陡峭，在MasterCAM中称之为陡斜面，如图1-C处，这种曲面适合选择等高刀路。曲面与曲面之间是R2mm的圆角过渡。曲面最上面D处的局部放大图如图2所示，此处圆角半径为R0.4mm，高度是1.15mm。
2.2 加工三角模具开关凸模的技术要求：
（1）所有表面粗糙度要求Ra3.2；（2）工件表面无缺陷，圆角部位无残料；（3）曲面与分模面之间要求清根。
3 加工三角模具开关凸模工艺分析
3.1 材料：45#钢，毛坯尺寸：70x80x30mm。
3.2 刀具材料：根据加工材料，选择YT15的硬质合金刀具。
3.3 设备：加工中心，型号：LH714。
3.4 工艺分析及刀具选择：
（1）粗加工 粗加工是为提高生产效率，迅速去除多余材料，曲面与分模面一起开粗，刀具要求有足够的强度，因此尽量选择一把比较大的刀具，根据工件材料、曲面外形尺寸50x60x15.6mm及毛坯尺寸故选择圆角半径R1mm直径10mm的圆鼻刀。（2）半精加工。半精加工是为了去除过多的残料，使精加工余量均匀，刀具选择应考虑承受粗加工所留残料而不至断刀，且不会留下过多的残料而给精加工造成困难。分模面是平面，用平刀加工较好而曲面用球刀加工，故曲面与分模面分开做半精加工及精加工，选6mm球刀和4平刀。（3）精加工。分模面精加工需达到要求的尺寸精度和表面精度，同时兼顾效率，选择刀具时要考虑刀具强度及是否会留有残料或过切，工选用4平刀；曲面上有R2mm的圆角多处，故选择3mm球刀。（4）清角加工。曲面与分模面清角选择4平刀清角加工是为了去除在较小圆角或直角的地方，由于精加工刀具进不去而留下的残料，刀具选择应考虑加工效率、刀具强度及能否去除残料。
4 加工难点分析
基于以上工艺分析、曲面特点及技术要求，加工三角模具开关凸模难点有两个：一是浅平面与陡斜面问题，二是清角问题。
4.1 浅平面与陡斜面问题。精加工要保证整个曲面的加工精度，解决浅平面与陡斜面问题，且精加工用时最长，在解决加工质量问题的同时还要兼顾效率。因此，合理选择精加工方法至关重要。MasterCAM9.1提供了十种曲面精加工方法，针对这一问题，编制刀具路径时大多采用以下几种方法：（1）平行铣削+陡斜面加工平行铣削加工采用X、Y方向的最大间距来控制刀具路径的细密程度，由于陡斜面的坡度很陡，同样的切削间距，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，使陡斜面的加工质量较差。（2）等高外形+浅平面加工等高外形加工是用最大Z轴进给量控制刀具路径的疏密程度，在比较平坦的表面上，Z下降相同的距离要比陡峭表面的路径间距大得多，无法保证浅平面的表面质量，因此在编制刀路时大多在等高外形加工之后添加浅平面加工刀路，由于曲面上浅平面区域不连续，使加工顺序不理想，影响加工质量，且浅平面刀路中有很多提刀路径，此方法加工效率较低。（3）环绕等距加工 环绕等距加工是生成一组环绕工件曲面的刀具路径，路径计算时间长，生成的NC 文件大。对于形状不规则的曲面，在路径转向地方的路径间距大于其它位置的路径间距，会在工件表面形成刀具路径转折的刀痕，影响加工质量。
4.2 清角问题。（1）对于R0.4的圆角，可使用平刀或圆角半径略小于0.4mm的圆鼻刀加工，常选择以下几种加工方法：①使用交线清角加工，刀具选择R0.4mm的圆鼻刀，由于交线清角只能沿曲面交线的地方走一刀，若精加工所用刀具半径大于0.4mm，则会在两把刀都加工不到的区域留下残料。②使用放射状加工，设置起始补正距离为4.4mm，设定切削范围，只加工残料区域，此方法能够达到加工质量的要求，但加工路径往返较多。③使用环绕等距加工，可设定切削范围，使用圆角半径 R0.3mm 的圆鼻刀加工可去除全部残料，路径连续，提刀少，能够达到表面质量要求且效率高。通过以上分析，加工R0.4mm圆角选择环绕等距刀路更为合理。（2）球刀精加工之后会在曲面与分模面相交的部位留下圆角，应使用平刀清角，曲面上有5°的拔模角度，与上面所述情况相同，所以选用环绕等距或等高外形刀路，用切削深度限定加工区域，仅加工有残料的地方，此处残料高度为精加工所用刀具刀尖圆弧半径，故切削深度范围略大于此半径值即可。
5 结束语
根据三角开关凸模特点及加工难点，对其走刀路径进行分析对比，提出最佳加工方案。使用以上方法加工，整个零件的表面精度均可达到Ra3.2，在加工参数设置完全相同的情况下，加工效率略有提高。由于走刀路径合理，因此还可提高进给率，在保证加工质量的前提下，进一步提高加工效率。
参考文献：
[1]陈乃峰.基于MasterCAM的数控铣削刀路工艺[J].中国科技信息，2007，（07）.
[2]雁心.刀具选择用软件[J].工具技术，1995，（05）.
[3]张春林，董治华.辽宁省废钢铁加工质量评比的汇报[J].中国资源综合利用，1987，（02）
关键词：MasterCAM；刀路工艺；加工质量
中图分类号：TG547 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2013） 01-0124-02
MasterCAM9.1提供了多种粗加工技术和丰富的曲面精加工功能。精加工走刀形式直接影响加工出来的表面质量，要达到图纸要求的尺寸精度和表面精度，需在编制刀具路线时针对曲面特点合理选择走刀方式。对于同一个零件，可能在不同的部位需要不同的走刀方式，对于零件两个面之间的衔接部分，还需要用专门的清根刀路。此外，还要合理选择刀具，优化走刀路线，减少提刀、空刀及不必要的重覆路线，在改善加工质量的同时使加工效率有所提高。
1 应用Mastercam进行数控铣削加工的优点
1.1 能优化资源。在Mastercam自动编程中，可以模拟零件仿真加工过程，能分析刀具轨迹是否合适，如果不合适可以返回到前面的步骤进行修改或调整，从而节约在机床上的调试时间，降低刀具、材料及电的消耗。
1.2 能弥补手工编程的不足。Mastercam具有完整的二维绘图和强大的曲面造型能力，不仅能帮助手工编程计算关键点的坐标，而且能轻松实现曲面等手工编程无法完成的或很难完成的程序的编制，从而弥补手工编程的不足。
1.3 提高程序的正确性和安全性。采用Mastercam软件能方便地建立零件的几何模型，迅速自动生成数控代码，缩短编程人员的编程时间，特别对复杂零件的数控程序编制，可大大提高程序的正确性和安全性。
2 曲面特点及技术要求
2.1 曲面特点：如图1所示，三角模具开关是一个比较典型的零件，曲面的外形尺寸50x60x15.6mm。图形的上部分曲面比较平坦，在MasterCAM中称之为浅平面，如图1-B处，这种曲面适合选择平行刀路。
下部分曲面陡峭，在MasterCAM中称之为陡斜面，如图1-C处，这种曲面适合选择等高刀路。曲面与曲面之间是R2mm的圆角过渡。曲面最上面D处的局部放大图如图2所示，此处圆角半径为R0.4mm，高度是1.15mm。
2.2 加工三角模具开关凸模的技术要求：
（1）所有表面粗糙度要求Ra3.2；（2）工件表面无缺陷，圆角部位无残料；（3）曲面与分模面之间要求清根。
3 加工三角模具开关凸模工艺分析
3.1 材料：45#钢，毛坯尺寸：70x80x30mm。
3.2 刀具材料：根据加工材料，选择YT15的硬质合金刀具。
3.3 设备：加工中心，型号：LH714。
3.4 工艺分析及刀具选择：
（1）粗加工 粗加工是为提高生产效率，迅速去除多余材料，曲面与分模面一起开粗，刀具要求有足够的强度，因此尽量选择一把比较大的刀具，根据工件材料、曲面外形尺寸50x60x15.6mm及毛坯尺寸故选择圆角半径R1mm直径10mm的圆鼻刀。（2）半精加工。半精加工是为了去除过多的残料，使精加工余量均匀，刀具选择应考虑承受粗加工所留残料而不至断刀，且不会留下过多的残料而给精加工造成困难。分模面是平面，用平刀加工较好而曲面用球刀加工，故曲面与分模面分开做半精加工及精加工，选6mm球刀和4平刀。（3）精加工。分模面精加工需达到要求的尺寸精度和表面精度，同时兼顾效率，选择刀具时要考虑刀具强度及是否会留有残料或过切，工选用4平刀；曲面上有R2mm的圆角多处，故选择3mm球刀。（4）清角加工。曲面与分模面清角选择4平刀清角加工是为了去除在较小圆角或直角的地方，由于精加工刀具进不去而留下的残料，刀具选择应考虑加工效率、刀具强度及能否去除残料。
4 加工难点分析
基于以上工艺分析、曲面特点及技术要求，加工三角模具开关凸模难点有两个：一是浅平面与陡斜面问题，二是清角问题。
4.1 浅平面与陡斜面问题。精加工要保证整个曲面的加工精度，解决浅平面与陡斜面问题，且精加工用时最长，在解决加工质量问题的同时还要兼顾效率。因此，合理选择精加工方法至关重要。MasterCAM9.1提供了十种曲面精加工方法，针对这一问题，编制刀具路径时大多采用以下几种方法：（1）平行铣削+陡斜面加工平行铣削加工采用X、Y方向的最大间距来控制刀具路径的细密程度，由于陡斜面的坡度很陡，同样的切削间距，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，使陡斜面的加工质量较差。（2）等高外形+浅平面加工等高外形加工是用最大Z轴进给量控制刀具路径的疏密程度，在比较平坦的表面上，Z下降相同的距离要比陡峭表面的路径间距大得多，无法保证浅平面的表面质量，因此在编制刀路时大多在等高外形加工之后添加浅平面加工刀路，由于曲面上浅平面区域不连续，使加工顺序不理想，影响加工质量，且浅平面刀路中有很多提刀路径，此方法加工效率较低。（3）环绕等距加工 环绕等距加工是生成一组环绕工件曲面的刀具路径，路径计算时间长，生成的NC 文件大。对于形状不规则的曲面，在路径转向地方的路径间距大于其它位置的路径间距，会在工件表面形成刀具路径转折的刀痕，影响加工质量。
4.2 清角问题。（1）对于R0.4的圆角，可使用平刀或圆角半径略小于0.4mm的圆鼻刀加工，常选择以下几种加工方法：①使用交线清角加工，刀具选择R0.4mm的圆鼻刀，由于交线清角只能沿曲面交线的地方走一刀，若精加工所用刀具半径大于0.4mm，则会在两把刀都加工不到的区域留下残料。②使用放射状加工，设置起始补正距离为4.4mm，设定切削范围，只加工残料区域，此方法能够达到加工质量的要求，但加工路径往返较多。③使用环绕等距加工，可设定切削范围，使用圆角半径 R0.3mm 的圆鼻刀加工可去除全部残料，路径连续，提刀少，能够达到表面质量要求且效率高。通过以上分析，加工R0.4mm圆角选择环绕等距刀路更为合理。（2）球刀精加工之后会在曲面与分模面相交的部位留下圆角，应使用平刀清角，曲面上有5°的拔模角度，与上面所述情况相同，所以选用环绕等距或等高外形刀路，用切削深度限定加工区域，仅加工有残料的地方，此处残料高度为精加工所用刀具刀尖圆弧半径，故切削深度范围略大于此半径值即可。
5 结束语
根据三角开关凸模特点及加工难点，对其走刀路径进行分析对比，提出最佳加工方案。使用以上方法加工，整个零件的表面精度均可达到Ra3.2，在加工参数设置完全相同的情况下，加工效率略有提高。由于走刀路径合理，因此还可提高进给率，在保证加工质量的前提下，进一步提高加工效率。
参考文献：
[1]陈乃峰.基于MasterCAM的数控铣削刀路工艺[J].中国科技信息，2007，（07）.
[2]雁心.刀具选择用软件[J].工具技术，1995，（05）.
[3]张春林，董治华.辽宁省废钢铁加工质量评比的汇报[J].中国资源综合利用，1987，（02）