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    互联网     以十字架凸模零件的数控自动编程加工为例,介绍了Mastercam软件自动编程加工流程,包括确定加工工艺、规划加工刀具路径、动态仿真加工以及后处理生成程序。提出了加工参数设置和后处理程序生成中的注意事项。实际应用说明Mastercam软件自动编程数控加工具有方便高效的特点,生成的程序可靠准确。自动编程加工方法对复杂曲面类零件更是优势明显。

    数控技术是利用数字程序控制数控机械实现自动加工的技术,广泛应用于机械制造和自动化领域,能较好地解决多品种、小批量和复杂零件加工以及生产过程自动化问题。程序是数控加工的灵魂,也是现代机械制造的关键技术,数控程序的优劣直接影响加工效率、过程稳定性、加工质量及加工成本等。

    数控编程方法一般有手工编程和自动编程两类,实际应用中手工编程仍占有一定的比例,主要适用于形状规则的简单零件,这种情况下手工编程方便快捷。手工编程必须注意加工过程的每一个细微环节,力求准确无误;而自动编程一般应用CAD/CAM编程软件完成零件建模、刀具路径规划及程序的生成,加工方便快捷。下面以十字架凸模零件的数控加工为例,通过应用Mastercam软件完成程序的生成,以达到快速高效加工的目的。

1 Mastercam介绍

    大型商用CAD/CAM集成系统如UG、Proe、Mastercam、CATIA、Powermill及Cima-tronE等在产品数控加工中的应用已非常普遍。Mastercam是一套应用广泛的CAD/CAM/CAE软件包,它采用图形交互式自动编程方法实现NC程序的编制。Mastercam是由美国CNCSoftware公司开发的基于微机的CAD/CAM软件,V5.0以上版本运行于Windows操作系统。由于其价格较低且功能齐全,因此有很高的市场占有率。软件的CAD功能可以构建2D或3D图形,特别适用于具有复杂外形及各种空间曲面的模具类零件的建模和造型设计。在CAM方面,软件具有以下特点:提供可靠与精确的刀具路径,可以直接在曲面及实体上加工;提供多种加工方式;提供完整的刀具库、材料库及加工参数资料库。Mastercam软件有车削、铣削、钻削、线切割等多种加工模块,允许用户通过观察刀具运动来图形化地编辑和修改刀具路径。另外,软件提供多种图形文件接口,包括DXF、IGES、STL、STA、ASCII等。

    Mastercam的工作过程一般分为CAD和CAM两部分。CAD的功能是通过绘图、转入文档等生成零件的几何模型;CAM的功能是根据使用者设定的刀具尺寸、加工面的表面粗糙度及加工次数等特定参数产生路径,并将路径资料及刀具储存在NCI档中,通过后处理程序转换为NC加工程序,该程序中包含加工中的进给量、主轴转速和冷却控制等指令,可控制刀具切削工件。

2 十字架凸模零件自动编程数控加工

    所加工的十字架凸模零件零件如图1所示,材料为45#钢,调质处理HRC21-28。

图1 十字架凸模零件

图1 十字架凸模零件

(1)确定加工工艺

    如图1所示,零件形状较为规则,应用Mastercam软件的二维加工功能即可完成零件的数控切削。加工思路为:对整个零件首先进行粗加工,粗加工结束之后再统一进行零件精加工。粗加工时应先铣削正八边形,然后铣削深度为7mm的十字架,最后铣削深度为3.5mm的十字架,精加工类似。具体的走刀方式则有多种方案可供选取,如十字架的加工既可选取整个外形图素进行外形铣削,也可先加工第一象限的轮廓,然后应用刀具路径镜像完成其余部位的加工。

(2)粗加工刀具路径

    零件毛坯尺寸为43×43×16mm,六面已经经过磨床精加工,编程原点设置在零件上表面的中心。首先加工八边形,选择“刀具路径”—“外形铣削”,软件弹出交互式对话框,根据加工工艺进行参数设置。加工刀具选用直径为12的高速钢端铣刀,XY平面切削加工速度为200mm/min,Z高度方向下刀速度为100mm/min,抬刀速度为400mm/min。程序号码设为1号,起始行号和增量行号均设置为10,主轴转速为1000r/min,设置进刀和退刀向量,加工参考高度(安全高度)为50,高度方向从10mm处开始进给下刀,XY方向加工余量留为0.2,Z方向不留加工余量且每次最大切削深度设置为5,为了节省加工时间,勾选不提刀选项。

    补正方式有两种:电脑补正和控制器补正,这里采用电脑补正的形式,补正方向为左补偿G41。需要注意,在机床加工中,一般采用顺铣,这是因为从刀具寿命、加工精度、表面粗糙度而言顺铣效果较好,因而G41使用较多。电脑补正,是由电脑系算一个刀具半径补偿值,直接产生补正后的刀具路径。控制器补正,是指在CNC控制器上直接做刀具补偿,即利用NC程序中的G40、G41或G42等补偿代码指令来实现补偿。电脑补正不会出现问题,而控制器补正可能会出现问题,应用时优先选用电脑补正。此外,如果设置“程式过滤”选项,在后处理时将大大减少程序量。应用上述工艺参数设置,八边形加工刀具路径如图2所示。应用同一把刀用类似的方法,深度为7mm的十字架刀具路径如图3所示。

图2 八边形刀具路径

图2 八边形刀具路径

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图3 深度为7mm十字架刀具路径(外形铣削)

图3 深度为7mm十字架刀具路径(外形铣削)

    考虑到十字架轮廓具有对称特征,因此,这部分轮廓还有镜像加工的方法。首先选取如图4所示AB轮廓线应用同一把刀(直径为12)进行开放式轮廓挖槽加工,Z方向最大切削深度设置为3mm,切削方式选为依外形环切。AB轮廓线挖槽粗加工刀具路径如图5所示,整个十字架加工路径如图5所示。深度为3.5mm的十字架轮廓粗加工方法与上述类似,但刀具应该选直径为8mm,不详述。

图4 轮廓线挖槽加工

图4 轮廓线挖槽加工

图5 镜像加工

图5 镜像加工

(3)精加工刀具路径

    零件精加工与粗加工类似,但存在一些区别:首先是所有精加工应尽量选用同一把刀完成,以取得较好的加工精度及减少刀具数量压缩程序。如十字架零件精加工采用直径为8mm的高速钢端铣刀进行统一精加工。其次是所有轮廓均应一次加工到切削深度,不应该分层加工,以保证没有接刀痕提高表面质量。最后是精加工和粗加工的切削参数不同,按照上述原则,零件的精加工刀具路径如图6所示。

(4)轨迹仿真

    数控加工仿真系统软件如VERICUT、Swan-soft-CNCSimulator及CIMCOEdit等可有效检验NC程序的正确性。同时,Mastercam软件本身也自带了仿真加工模块,能动态显示刀具运动轨迹,能直观地观察到加工过程中是否存在过切和欠切、刀具路径是否合理等现象。并且操作者可以控制仿真加工速度及步骤等,是实际切削前一个很好的检测方式。十字架零件仿真加工结果如图7所示。

图6 精加工刀具路径

图6 精加工刀具路径

图7 仿真加工结果

图7 仿真加工结果

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(5)后处理

    后置处理简称为后处理,后置处理文件简称后处理文件,其扩展名为.PST。后处理的主要目的是生成数控机床能识别的NC加工程序。NC程序的自动产生是受软件的后置处理功能控制的,不同的加工模块(如车削、铣削、线切割等)和不同的数控系统对应于不同的后处理文件。以FANUC系列的后处理为例,它可以定义成惯用于FANUC3M控制器所使用的格式,也可以定义成FANUC6M控制器所使用的格式,但不能用来定义其它系列的控制器。不同系列的后处理文件,在内容上略有不同,但其格式及主体部分是相似的,一般都包括以下几个部分:注释、指令、变量。由于Mastercam系统产生的切削路径文件格式是NCI的通用格式,它必须转换成数控机床控制器能识别的NC加工程序,同时要做相应的修改。十字架零件精加工经过后处理的程序如下(以FANUC数控系统为参考,中间部分程序省略):

图8 以FANUC数控系统

图8 以FANUC数控系统

    以上自动生成的程序不需要做大改动,只需要微调即可,括号内为注释说明,既可保留,也可删除;N30T1M6换刀程序要根据实际机床进行判定,如果是这种格式则不需要修改,而有的机床是G91G30Z0;T01;M06。同时,N30程序中的A0也要根据机床是否具有四轴或者五轴进行相应修改,N2310中的A0同样存在这个问题。

    需要注意的是,软件当前使用哪一个后处理文件,是在软件安装时设定的,而在具体应用软件进行编程之前,一般还需要对当前的后处理文件进行必要的修改和设定,以使其符合系统要求和使用者的编程习惯。有些用户在使用软件时由于不了解情况,没有对后处理文件进行修改,导致生成的NC程序中某些固定的地方经常出现一些多余的内容,或者总是漏掉某些词句,这样,在将程序传入数控机床之前,就必须对程序进行手工修改,如果没有全部更正,则可能造成事故。例如,某机床的控制系统采用G54工件坐标系定位,G90绝对坐标编程,要求生成的NC程序前面必须有G54G90设置,如果后处理文件的设置为G55G91,则每次生成的程序中含有G55G91,却不一定有G54G90,如果在加工时没有进行手工改正,则势必造成加工错误。

(6)实际加工

    将Mastercam软件生成的程序传入机床数控系统进行加工,整个切削过程较为顺利,加工零件的尺寸精度及表面质量符合图纸技术要求。

3 结束语

    本文基于Mastercam软件对十字架零件进行了数控加工,通过几何模型建立、加工过程规划、刀具路径建立、后置处理NC程序生成可以方便地获得可靠的数控加工程序。这种自动编程方法对于模具制造有较大的价值,特别是加工复杂零件更是优势明显,具有一定的经济效果。

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     收录时间:2016-06-17 11:33 来源:e-works  作者:匿名
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