浅谈用MasterCAM软件加工手机电极凸模的加工刀路
详细内容
摘要:本文从加工手机电极凸模的特点及加工难点出发，分析了如何使用MasterCAM软件合理的编制刀具路径，以提高工件的加工质量。
关键词:MasterCAM；刀具路径；加工质量；效率
使用CAM软件编程，加工刀具路径是否合理将直接影响零件加工质量。MasterCAM 的曲面加工刀具路径，一般难以同时保证平面与斜面的加工质量，对于难以同时保证加工到的地方，应如何编制合理的刀具路径才能达到加工要求？
MasterCAM 是计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）一套很好的软件，它在机械工程的设计和制造中已经发生了革命性的变化。MasterCAM 软件由美国 C software 公司开发，该软件对计算机的硬件要求不高，且操作灵活，易学实用。MasterCAM 软件提供了多种加工技术和加工功能，粗精加工方式将直接影响加工质量，如果要达到加工要求，就需要在编制加工刀具路径时，针对于不同的曲面特点，选择合理的加工刀具路径。对于相同的加工零件，在不同的加工位置需要用不同的刀具路径去加工。这样一来，就能够在改善加工质量的同时提高加工效率。
1 加工曲面特点及要求
1.1 手机电极凸模曲面特点
如图 1 所示，手机电极凸模是一个比较典型的零件，图形的上部分曲面比较平坦，在MasterCAM 中称之为浅平面。图形的中间部分，曲面陡峭，在MasterCAM 中称之为陡斜面。图形的下部分，曲面垂直，在 MasterCAM 中称之二维面。在曲面与曲面之间是 R2mm 的圆角过渡，对于外圆角可选择较大的刀具加工，但对于内圆角应选择小于或等于R2mm的球刀加工。
2 加工手机电极凸模工艺分析
2.1 材料
T4，这种铝材料具有较高的性价比，在电极制作当中应用相对较为广泛。毛坯尺寸为60X110X35 mm。
2.2 刀具材料
根据加工材料，W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2选择高速钢立铣刀。
2.3 设备
数控铣床，型号：J1VMC40MB。
2.4 工艺分析及刀具选择
手机电极凸模加工整体思路是：首先开粗加工、其次半精加工、再精加工，最后清角加工。具体分析如下：
（1）开粗加工。粗加工是为提高生产效率，迅速去除多余的材料，曲面外形尺寸50X107X13 mm。
（2）半精加工。由于开粗加工刀间距和切削深度较大，余量过多，半精加工是为了去除过多的余量，使精加工时受力均匀。刀具选择时应考虑承受粗加工所留下余量大小，使加工时不至于断刀，且不会留下过多的余量而给精加工造成刀具受力均匀。平面加工时，用平刀加工较好，而曲面用球刀加工，故曲面与平面分开做半精加工及精加工（平面可不必做半精加工）。
（3）精加工。把工件各表面精加工到图纸要求的尺寸与表面精度，同时要考虑加工效率，选择刀具时要考虑到是否留有余量和过切。
（4）清角加工。清角加工是为了去除原刀具不能加工到的地方，由于精加工时刀具加工不到而留下的余量，刀具选择应考虑加工效率、刀具强度及能否去除留下的余量。
3 加工难点分析
基于以上工艺分析、曲面特点及技术要求，加工手机电极凸模难点有两个：一是浅平面与斜面问题；二是清角问题。
3.1 浅平面与斜面问题
精加工要保证整个曲面的加工精度，解决浅平面与斜面的问题，且精加工用时较长，在解决加工质量问题的同时还要兼顾经济效率。因此，合理选择精加工方法至关重要。MasterCAM提供了十多种曲面精加工方法，包括平行铣削、陡斜面加工、放射状加工、投影加工、流线加工、等高外形加工、浅平面加工、交线清角、残料沮角、环绕等距等加工方法。针对这一问题，编制加工刀具路径时多数采用以下几种方法：
（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。由于斜面的坡度，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。因此，多会在平行铣削加工之后添加陡斜面加工刀路并且使陡斜面刀路与平行铣削刀路加工角度垂直，形成交错的刀痕纹路，以减小表面粗糙度。
（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轴下降相同的距离要比陡削表面的路径间距大得多，无法保证浅平面的表面质量。因此在编制加工刀具路径时，大多在等高外形加工之后添加浅平面加工刀路，由开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。对不动声色形状不规则的曲面，在路径转向地方的路径间距大于其它位置的路径间距，影响加工质量。
以上三种加工方法均使工件局部表面达不到加工质量的要求。根据曲面特点及MasterCAM精加工刀路特点，可采取分区域加工，即将浅平面与陡斜面分开加工，平坦的表面选择平行刀路加工，陡峭的表面选择等高刀路加工。手机电极凸模曲面上部分平坦，中间部分陡峭，可用切削深度确定平行铣削与等高外形的加工区域。这种加工方法与前面所述三种方法相比，在加工参数选择相同时，加工质量最好，加工效率也有所提高。
3.2 清角问题
对于清角问题常用的几种加工方法为：
（1）使用交线清角加工，刀具选择半径不能太大，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太大，则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，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，使用圆角半径的圆鼻刀加工可去除全部残料，路径连续、抬刀少，能够达到表面质量要求且效率高。通过以上分析，加工时选择环绕等距刀路更为合理。
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1°的拔模角度。与上面所述情况相同，所以选用环绕等距事等高外形刀路，用切削深度限定加工区域，仅加工有残料的地方示。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的值即可。
4 编制刀具路径
基于以上分析，比较几种加工方法，提出以下加工方案，如表 1 所示。
表1 刀具加工方案一览表
5 结束语
根据手机电极凸模特点及加工难点，通过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，因此提高了进给率，同时在保证加工质量的前提下，进一步提高了加工效率。
参考文献
[1] 严烈编著.MasterCAM8模具设计超级宝典.北京：冶金工业出版社，2000.10.
[2] 严烈编著.MasterCAM9应用基础教程.北京：冶金工业出版社，2003.9.
[3] BEIJINGFANUC 0iMB操作说明书，2003.6.