近些年隨著數(shù)控技術(shù)和CAD/CAM技術(shù)在模具工業(yè)中的廣泛應(yīng)用，數(shù)字化和機(jī)器人等拋光方法對復(fù)雜模具曲面進(jìn)行拋光處理得到了較快的發(fā)展川，并成為模具曲面加工行之有效的方法。本文針對模具曲面拋光過程中的不同拋光曲面，分析了MasterCAM模具曲面加工運動中各種生成路徑的方法，針對模具型腔等表面經(jīng)銑削后需進(jìn)行的表面光整加工，分析模具表面的曲率變化，提出了利用MasterCAM軟件的路徑設(shè)計，實現(xiàn)拋光工具(磨頭)對模具輪廓曲面進(jìn)行平滑處理，以獲得模具表面較佳的表面質(zhì)量和形狀精度。

　　1 模具拋光路徑生產(chǎn)方法

　　在模具曲面拋光過程中，拋光工具總是沿著一定的拋光軌跡對模具表面進(jìn)行光整加工，要使拋光工具運動路徑達(dá)到較理想的效果，不僅要求計算速度快、占用計算機(jī)內(nèi)存少，而且還要使切削行間距分布均勻、加工誤差小、走刀步長分布合理和加工效率高等，必須確保工件加工表面和拋光工具表面在拋光運動軌跡上各點均有相同或相近的去除條件，同時拋光工具的運動也應(yīng)保證工件上各點有相同或相近的拋光行程，盡量不出現(xiàn)周期性重復(fù)情況，盡量避免曲率過大的轉(zhuǎn)角，力求拋光運動平穩(wěn)。

　　作為常規(guī)的拋光運動軌跡主要有直線、環(huán)形線、螺旋線、放射線、正弦曲線、次擺線軌跡等(如圖1)。但對于絕大多數(shù)模具曲面，特別是模具內(nèi)腔表面，有時曲面形狀較為復(fù)雜，如僅采用單一的拋光路徑顯然不可取。因此對于加工不同的模具曲面必須采取不同的拋光方法，以獲得較好的表面精度和表面質(zhì)量。Master-CAM X曲面精加工的路徑設(shè)計方法較多，常用的投影加工、等高線加工、淺平面加工、流線精加工、混合光整加工等都是模具拋光過程較理想的方法。

　　圖1 模具拋光工具路徑設(shè)計圖

　　1.1投影加工計算方法

　　投影加工方法應(yīng)用比較多，且是一種比較容易生成運動軌跡的方法。其方法是先建立像平面拋光的運動軌跡，然后將這個運動軌跡投影到要加工的模具曲面上。在拋光運動過程中雖然生成軌跡較多，但在各種運動軌跡中，像外擺線、內(nèi)擺線等不適合曲面的拋光。在模具曲面的拋光運動軌跡中，主要采用直線式、環(huán)形、放射線形和螺旋線形等。對于正弦曲線、次擺線、橢圓線軌跡在路徑生成中由于拋光軌跡不易重復(fù)，有利于降低表面粗糙度值，但軌跡生成難度較大，而且還需采取一定的編程手段以生成平面的軌跡曲線，然后用曲線驅(qū)動的方法投影到模具表面才可獲得較好的結(jié)果。曲面投影加工適用于較平坦的曲面輪廓處理，還可用于加工注塑模的流道、筋條和字體標(biāo)記等棱面處進(jìn)行光整處理。

　　1.2 等高線加工方法

　　等高線加工方法是CAM軟件中應(yīng)用最為廣泛的一種加工形式之一，其加工路徑的主要特點:以恒定的切削深度和切削寬度，由高到低逐層除去加工區(qū)域的材料，加工過程平穩(wěn)、安全，加工效率高。它不僅支持基于毛坯殘余知識進(jìn)行半精加工，而且在精加工中支持曲面斜率分析，在精加工中效果更好，它能針對不同的曲面采取不同的加工策略。等高線加工方法有時又可分為等高線區(qū)域加工和等高線輪廓加工。等高線區(qū)域加工主要用于粗加工、半精加工;而等高線輪廓加工適用于曲面的精加工，當(dāng)然也是曲面拋光較理想的方法之一。

　　等高線輪廓加工適合于傾斜角較大的曲面，因其是在Z軸方向按切削深度所設(shè)定的分層加工，僅沿著每個加工層的曲面輪廓生成軌跡，因此也適合于曲面較陡峭且傾角有變化的表面，此并可按曲面陡峭的變化采用不同的加工行距和運動路徑，以實現(xiàn)拋光的運動軌跡生成，從而獲得較理想的表面質(zhì)量。

　　1.3 流線精加工方法

　　由于模具表面通常有大量的曲面，而且不是單一的曲面，如采用投影加工方法是不適合的，運用流線精加工方法是這類模具曲面較理想的拋光加工方法，它能夠沿著曲面的參數(shù)線方向(μ、ν兩個主向)生成流暢的路徑。當(dāng)然有時不僅僅只是一條等參數(shù)線，而且采用兩條等參數(shù)線用來加工曲面。其目的在于加工時拋光工具的一條參數(shù)線沿曲面(μ向)切削;另一參數(shù)線為(ν向)行距方向，這樣容易控制曲面加工，并對不同曲率部分采取不同的行距以控制整個表面的粗糙度。

　　運用流線精加工方法，首先采取曲面重構(gòu)的方法將模具的多個曲面建立一個比較接近實際的驅(qū)動曲面，再根據(jù)這個單一驅(qū)動曲面來生成等參數(shù)線驅(qū)動軌跡，然后再投影到實際模具曲面上進(jìn)行模具的拋光。雖然拋光軌跡很難實現(xiàn)真正模具曲面等粗糙度加工，但是可以通過對曲面區(qū)域進(jìn)行分解，對不同區(qū)域選擇合理的運動軌跡。對于特定形狀的模具表面，可優(yōu)先選用比較合適的環(huán)形、放射線形和螺旋線形等，如果為普通模具表面，只要采取普通的直線型運動軌跡，并選擇合適的走刀和跨距方向，就可實現(xiàn)較理想的拋光效果。

　　1.4 淺平面加工

　　淺平面精加工用于加工較平坦的曲面，通常只對傾斜角小于40°的區(qū)域進(jìn)行表面處理，與陡斜面加工正好互補(bǔ)，由于某些加工方法方式會在曲面的平坦部位產(chǎn)生刀具路徑較稀或產(chǎn)生殘余較大的現(xiàn)象，用伐平面曲面加工就可彌補(bǔ)該部位的加工精度和表面質(zhì)量。

　　2 凹模實體分析

　　摩托車頭盔凹模如圖2所示，它是一個典型的相對較為復(fù)雜的曲面，按照頭盔凹模的形狀分把頭盔的表面劃分為多個不同的曲面。頭盔的沿口是有起伏的，型芯的分型面在沿頭盔的沿口有小波浪形，凹模的頂部是較為平緩的曲面，模具的側(cè)面屬于陡峭曲面，因此對于摩托車頭盔凹模應(yīng)采取多種拋光運動軌跡。

　　按照頭盔凹模形狀，把它分解為若干區(qū)域進(jìn)行拋光處理，如圖3所示。①頭盔模具的凹模分型面是一個環(huán)形的曲面并且曲面有一定的起伏，而非一個平面，在該區(qū)域拋光時宜運用投影加工方法;②凹模的頂部較為平緩的曲面，并屬于傾斜角小于40。曲面區(qū)域，宜采取淺平面加工方法;③模具的側(cè)面屬于陡峭曲面，傾斜角大于40°，宜采用等高外線加工方法;④摩托車頭盔帽沿結(jié)合處，該部分有正向圓弧和反向圓弧組成部分，屬于形狀曲面有突變，比較適合流線精加工方法。

　　3 MasterCAM拋光路徑設(shè)計

　　3.1 頭盔凹模的側(cè)面拋光

　　頭盔凹模的側(cè)面因其表面較陡，屬于陡峭曲面，對于這類表面，適用于等高線加工方法進(jìn)行拋光。首先在主功能表上進(jìn)行隱藏刀具路處理，其目的是關(guān)閉前一道工步的刀具路徑，以避免對現(xiàn)執(zhí)行工步的影響。然后在操作管理器中，將選擇的“3一挖槽”加工，并使用粘貼操作，這樣將會生成一個“4-曲面精加工一等高外形”的窗口，接著更改參數(shù)的設(shè)置刀具參數(shù)(在此選擇圓角刀作為拋光頭)，并設(shè)置曲面加工參數(shù)和等高外形精加工參數(shù)。在進(jìn)行摸擬拋光加工時設(shè)置起始長度大于0.0，使用退回的位置不斷變化，可有效地防止拋光頭在退回時產(chǎn)生劃痕，最后返回到操作管理器，系統(tǒng)即可按己設(shè)置的參數(shù)計算出刀具路徑。將它設(shè)置為等角視圖，便可生成拋光路徑圖4，并檢視刀具路徑，通過調(diào)整視角，進(jìn)行縮放、旋轉(zhuǎn)、平移等操作，從不同角度和區(qū)域進(jìn)行觀察，證實了該方法的拋光路徑是合理的，并無干涉現(xiàn)象產(chǎn)生，拋光軌跡比較光滑。

　　3.2凹模的底部曲面拋光

　　凹模的底部是較為平緩的曲面，并屬于傾斜角小于400的曲面區(qū)域，適合于投影加工方法。在操作過程中，選擇主功能區(qū)，依次單擊“回主功能，刀具路徑，曲面加工，精加工，投影加工”。然后選取加工曲面和設(shè)置刀具參數(shù)，即生成此區(qū)域的拋光路徑，見圖5所示。并通過調(diào)整視角，從不同的角度對生成的路徑檢視，表明該加工方法是合理的，同時也證實了由于投影后的刀具路徑只改變了Z坐標(biāo)值，并沒有改變X、Y方向的坐標(biāo)，對子類似這樣較為平坦的曲面加工，本方法不失為一種好的加工方法。參數(shù)選擇時，取直徑10 mm球頭作為拋光工具，主軸轉(zhuǎn)速3 000 r/min，進(jìn)給速度3.5 m/min,最大切削間距0.1 mm，最終生成0角視投影加工拋光路徑圖。

　　3.3 淺平面加工

　　分型面采用淺平面曲面精加工。在主功能區(qū)依次單擊“回主功能，刀具路徑，曲面加工，精加工，淺平面加工”，選取加工平面，設(shè)置刀具參數(shù)，接著設(shè)置加工參數(shù)，然后設(shè)置淺平面精加工參數(shù)，最終生成拋光刀具路徑。將其設(shè)置為等角視圖，圖6即為0度角方向淺平面加工，拋光工具表面路徑也十分理想。

　　3.4 流線精加工

　　頭盔帽沿結(jié)合處，由多個倒圓的生成曲面構(gòu)成，采用流線加工方法可獲得較好的拋光效果。由主菜單→刀具路徑→曲面加工精加工→精加工流線加工，接著選取加工曲面，在曲面流線參數(shù)設(shè)置的對話框里，選擇補(bǔ)正方向、旋轉(zhuǎn)方向、步進(jìn)方向和刀具路徑的起始點。接著設(shè)置刀具參數(shù)和加工參數(shù)。在曲面流線參數(shù)設(shè)置的對話框里選擇不同的旋轉(zhuǎn)方向，分別得到圖7、圖8的精加工流線加工路徑。參數(shù)選取時采用直徑擔(dān)0 mm球頭作為拋光磨頭。主軸轉(zhuǎn)速3000 r/min，進(jìn)給速度3.5 m/min。從圖7和圖8可以看出，曲面U方向進(jìn)給路徑比曲面V方向加工效果更為理想。

　　4 結(jié)束語

　　通過運用MasterCAM對拋光工具路徑設(shè)計，結(jié)合摩托車頭盔凹模不同曲面拋光方法的選擇，可以看出，針對不同零件的曲面特征應(yīng)采取不同的拋光路徑生成方法。當(dāng)加工傾斜角度較大，即較陡峭的曲面時采用等高廓線的拋光方法;而對傾斜角度較小，且較平坦的曲面宜采用曲面投影加工方法;對于有較多的曲面模具表面，即不是單一的曲面宜采用精加工流線加工方法。

　　對于同一個零件的不同曲面，對不同特征的曲面拋光區(qū)域應(yīng)該采用不同的拋光方法進(jìn)行加工，而不能簡單地進(jìn)行一種或兩種拋光軌跡來完成所有曲面的拋光，應(yīng)按其不同部位的特征將分割成不同的區(qū)域拋光方法，并對不同區(qū)域采用不同的軌跡形式和拋光器的行距。此外對于模具表面質(zhì)量及精度要求較高的表面，可以采用幾多種路徑生成方法對表面進(jìn)行拋光處理，以最終獲取適合的拋光途徑。