MasterCAM在数控铣编程中的应用

MasterCAM在数控铣编程中的应用机械系袁凤艳摘要：随着MasterCAM软件的广泛推广应用，虽然软件入门比较容易，但要把加工程序编好却不是一件容易的事情。在数控铣编程时对于走刀路线和加工方式的选择时，会发现下刀点和进退刀量在编程时变的尤为重要。外形需要挖槽的时候，我们可以指定从毛坯外部下刀。但如果要在封闭的区域进行挖槽加工，下刀就需特别注意。在使用MasterCAM挖槽加工方式编程时，如何使加工效率最高，路径近可能优化，不扎刀。合理的选择下刀点和工艺，能很好的解决挖槽加工扎刀的问题。本人结合自己的生产经验，本文通过MasterCAM软件的应用解决编程时下刀位置和最大进退刀量。关键词：MasterCAM、下刀位置、最大进退刀量、切入切出一、铣削加工工艺合理地选择进给路线不但可以提高切削效率，还可以提高零件的表面精度，在确定进给路线时，首先应遵循数控工艺所要求的原则。对于数控铣床，还应重点考虑几个方面：（1）能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求；（2）使走刀路线最短，既可简化程序段，又可减少刀具空行程时间，提高加工效率；（3）应使数值计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量。1．铣削平面类零件的进给路线铣削平面类零件外轮廓时，一般采用立铣刀侧刃进行切削。为减少接刀痕迹，保证零件表面质量，对刀具的切入和切出程序需要精心设计。(1)外轮廓铣削铣削外表面轮廓时，铣刀的切入和切出点应沿零件轮廓曲线的延长线上切入和切出零件表面，而不应沿法向直接切入零件，以避免加工表面产生划痕，保证零件轮廓光滑。对于有交点的外形，如图1（a）所示，路线切入和切出；对于无交点的外形，如图1(b)所示，路线切入和切出。（a）（b）图1外轮廓刀具切入和切出时的外延(2)内轮廓铣削铣削封闭的内轮廓表面时，若内轮廓曲线允许外延，则应沿切线方向切入切出，如图2（a）所示。若内轮廓曲线不允许外延，则刀具只能沿内轮廓曲线的法向切入切出，并将其切入、切出点选在零件轮廓两几何元素的交点处。当内部几何元素相切无交点时，为防止刀补取消时在轮廓拐角处留下凹口，刀具切入切出点应远离拐角，如图2（b）所示。(a)(b)图2内轮廓加工刀具的切入和切出（3）全圆铣削圆弧插补方式铣削外整圆时的走刀路线。当整圆加工完毕时，不要在切点处2退刀，如图3所示（a）。而应让刀具沿切线方向多运动一段距离，以免取消刀补时，刀具与工件表面相碰，造成工件报废，如图3所示（b）。铣削内圆弧时也要遵循从切向切入的原则，最好安排从圆弧过渡到圆弧的加工路线，这样可以提高内孔表面的加工精度和加工质量，如图4所示。图3外全圆铣削刀具的切入和切出①②③④⑤原点刀具运动轨迹取消刀具补偿点圆弧切入点原点①③④⑤⑥②切入点切出点刀具运动轨迹(a)铣削外圆加工路径(b)铣削内圆加工路径图4内全圆铣削刀具的切入和切出2．顺铣和逆铣加工方式的确定在铣削加工中，若铣刀的走刀方向与在切削点的切削速度方向相反，称为逆铣，其铣削厚度是由零开始增大，如图5a）所示；反之则称为顺铣，其铣削厚度由最大减到零，如图5b）所示。由于采用顺铣方式时，零件的表面精度和加工精度较高，并且可以减少机床的“颤振”，所以在铣削加工零件轮廓时应尽量采用顺铣加工方式。若要铣削如图6所示内沟槽的两侧面，就应来回走刀两次，保证两侧面都是顺铣加工方式，以使两侧面具有相同的表面加工精度。(a)(b)VfVfVV逆铣顺铣图5顺铣和逆铣图6铣削内沟槽的侧面3．刀具和切削用量的选择（1）刀具的选择刀具的选择与加工的材料、尺寸大小、形状以及加工效率有关，一般原则是：①尽可能选择大刀，因为大刀刚性刀，不易断，加工质量有保证，效率也高。②加工深度越深，刀越大，深度大于50mm，刀具要大于直径1/2；深度大于30mm，刀具要大于直径1/4。③开粗时用平刀，不允许用球刀，光曲面则尽量用球刀，用平刀光曲面效果不好。④光平面时用平刀或圆鼻刀效率高，光斜度面用球刀。（2）切削用量的选择一外形加工铣削的切削用量与刀具的材料、类型、直径、加工方式、工件的材料等很多因素有关4．MasterCAM各种加工方式的特点及注意事项加工方式特点注意问题外形铣1．可加工以在料外边进刀。挖槽1．挖槽则只能在料上面进刀。1．每一层都要走一次光刀。2．一般是螺旋下刀或斜下刀，不允许直接下刀，常用来回或zigzag走刀。2．螺旋或斜线的深度等于每次槽深度下刀量。曲面加工之开粗1．所用加工刀具同挖槽一样。1．工件大一些，公差可以大一点，小工件，公差可以取小点。2．用平刀或圆鼻刀，不能用球刀。2．平面进刀量同挖槽一样，常用公差=0.05~0.2。曲面精加工1．一般都用平行式。1．加工余量不能用负。2．用刀具为球刀，平刀很少用，如用平刀。2．解决办法是将刀的直径设小点，设小加工负余量的二倍。五直纹加工1．直纹加工是一种不用作面的加工面的方法1．进刀量范围0.1~0.5，。2．可以用球刀或平刀,而平刀也可以设负加工余量。扫描加工1．可以做2D和3D扫描加工，特别是2D扫描加工是一种简单实用的方法。1．进刀量范围0.1~0.5mm。曲面加工的环状加工1．进刀量是以角度计算。1.角度的大小要换算成平面进刀量0.1~0.5mm。陡斜面加工1．进刀量是指垂直方向的进刀量,而不是沿斜面的进刀量。1．进刀量随斜面进刀量0.1~0.5mm二、MasterCAM数控铣削编程工艺实例1．图样分析根据零图分析结构件、精度要求。①．外形尺寸为：80mm×55mm×18mm。②．所有长度尺寸均为正态公差，公差值为0.04，外圆Φ25mm和Φ10mm，Φ16mm为偏态公差，且公差不同。③．最小内圆半径为R4mm。最小孔为Φ10mm。④．台阶高度分别为10mm、5mm、3mm。⑤．梅花槽最窄14mm。2．工件的装夹①．根据图样分析，本零件可用垫铁和虎钳装夹，注意钻孔的位置。②．根据图样分析，先加工下底面（外形高到10.5mm高），以保证加工上面有足够的装夹高度。3．刀具及切削用量的选择刀具加工深度（h）进给率(f)下刀速度(f)提刀速度(f)转速(s)Φ16mm机夹刀1mm100050050003000Φ12mm合金刀1mm90050050003000Φ6mm合金刀0.5mm90050050004000Φ8mm钻头804005000700R6mm合金球刀0.2mm50030050004000图7零件图4．简明加工工艺。（1）下面的加工序号步骤加工面主要参数刀具①面铣Φ16mm机夹刀②外形铣粗铣80×55mm13mm深，XY方向留0．2的精加工余量Φ16mm机夹刀③钻孔钻孔Φ10mm21mm深，加刀尖补偿Φ8mm钻头④外形铣扩孔Φ16mm5mm深，留0．2的精加工余量Φ12mm机夹刀⑤精铣外形精铣80×55mmΦ12mm合金刀⑥精铣外形精铣Φ16mm沉孔5mm深Φ12mm合金刀（2）上面的加工序号步骤加工面主要参数刀具①面铣Φ16mm机夹刀②挖槽加工三凸台3mm深Φ16mm机夹刀③外形铣粗铣76×50mm外形6mm深Φ16mm机夹刀④精铣外形76×50mm外形6mm深Φ8mm合金刀⑤精铣外形三凸台3mm深Φ8mm合金刀⑥挖槽梅花槽3mm深Φ8mm合金刀⑦挖槽Φ20孔2mm深Φ8mm合金刀⑧精铣Φ20孔和2-Φ10通孔Φ8mm合金刀⑨精铣梅花槽和2-Φ10通孔Φ8mm合金刀⑩挖槽球面Φ8mm合金刀（11）粗铣2D扫描加工球面Φ6的球刀5．MasterCAM编程应用（1）下刀点的选择下刀点位置的选择，在MasterCAM编程中尤为重要，如选择不合理可能会造成扎刀，过切、甚至在工件表面留下痕迹。在MasterCAM软件中，可以反复地通过刀具路径模拟，最终保证下刀点位置是否在工件毛坯外下刀。例如：在挖槽加工两侧的10×8的槽时，由于挖槽加工，如果在粗加工时，不精修则不能设定进退刀向量，只有通过设定下刀点来保证在正常的下刀位置。在本例中需先绘距离8mm的辅助线，如图8，采用挖槽加工，选择点A，串联外形，设定加工参数后，下刀点如图8所示。图8错误的下刀点具体方法如下：方法一：在串联挖槽外形时，系统提示串联第二个外形时，选择更改模式→单点→选择图8中点A的位置→执行→设置加工参数。这样就将下刀点设置在A点位置了。方法二：对已有的刀具路径进行修改，在刀具路径操作管理里选择挖槽加工下拉菜单里面，选择图形，系统弹出，如图9所示的串联管理员，单击右键，选取更改起始点。在功能菜单里，单击后退一步→执行，同时看图的串联位置的移动。最后重新计算，就更该了下刀点位置，如图10所示。图9串联管理员图10下刀位置（2）补正方向的选择在外形铣的时候，要注意外形串联的方向，左补正时，由于铣刀的走刀方向与在切削点的切削速度方向相反，相当于，逆铣。因此，左补正用于粗加工。相反左补正为顺铣，用于精加工。（3）进退刀向量的确定在MasterCAM软件中，进退刀向量的设定，是保证刀具在下刀时，不扎刀。但又不能设得太大，以影响加工效率。例如：钻Φ10孔后，扩孔Φ20时。用Φ8的平刀，用外形铣，在孔中心下刀再切进以免直接插下去。如图11所示为错误的下刀位置，图12的下刀位置就可以了。图11错误的下刀位置图12正确的下刀位置确定下刀点后需设置正确的进退刀向量，参数设定如图13。图13进退刀向量的设定垂直方向相切方向65843217图14进退刀方向进退刀分相切和垂直退刀两种情况，如图14所示。沿圆弧的切线方向进、退刀为相切，1→2→3方向切进为相切进刀；4→5→6方向退出为相切退刀。沿圆弧的法线方向进、退刀为垂直进、退刀，7→2→3方向切进为垂直进刀；4→5→8方向为垂直退刀。长度：为图14中直线进退刀的长度，圆弧：为图14中圆弧进退刀的半径。进退刀向量的的最大值：L+R≤（D-d）/2-a。L：直线进退刀的长度R：圆弧进退刀的半径D：扩孔的直径d:刀具的直径a：加工余量在本例中精加工时。如果L取0，则R≤（20-8）/2-0=6mm。三、结束语通过本人在实际加工中的检验，采用软件编程，速度快，精度高，效果非常好，在编程的过程中，能不断的模拟刀具路径，能很好的进行工艺处理。具有一定的应用价值。参考文献：《MasterCAMV8.1高手指路》简琦昭柳迎春编著清华大学出版社2002年3月《MasterCAM9.0系统学习与实训》吴长德编著机械工业出版社2005年1月《三维CAD/CAM─MasterCAM实用》张导成主编，机械工业出版社《MasterCAM设计和制造范例解析》孙祖和编著机械工业出版社2003年6月《MasterCAM9.1数控加工实例精解》李云龙曹岩主编机械工业出版社2004年7月《三维造型设计─MasterCAM9.0实例详解》何满才主编，人民邮电出版社2003年《数控铣工实习与考级》徐夏民主编高等教育出版社2004年7月《数控加工技师手册》韩鸿鸾张秀玲主编机械工业出版社，2005年