前 言

        使用CAM軟件編程，走刀路徑是否合理直接影響加工質量。MasterCAM的曲面精加工刀具路徑難以同時保證平坦面與陡峭面的加工質量，加之加工中心加工不宜使用過小的刀具，那么對于刀具難以加工到的地方和既含有平坦面又含有陡峭面的零件，應如何編制刀具路徑以達到加工質量的要求呢?

　　MasterCAM是一種應用廣泛的CAD/CAM軟件，由美國CNC Software公司開發，該軟件操作簡便實用。

　　MasterCAM提供了多種粗加工技術和豐富的曲面精加工功能。精加工走刀形式直接影響加工出來的表面質量，要達到圖紙要求的尺寸精度和表面精度，需在編制刀具路徑時針對曲面特點合理選擇走刀方式。對于同一個零件，可能在不同的部位需要不同的走刀方式，對于零件兩個面之間的銜接部分，還需要用專門的清根刀路。此外，還要合理選擇刀具，優化走刀路徑，減少提刀、空刀及不必要的重覆路徑，在改善加工質量的同時使加工效率有所提高。

　　一、曲面特點及技術要求

　　(一)曲面特點：如圖1所示，三角開關是一個比較典型的零件，曲面的外形尺寸50x60x15.6mm。圖形的上部分曲面比較平坦，在 MasterCAM中稱之為淺平面，如圖1-B處,這種曲面適合選擇平行刀路。下部分曲面陡峭，在 MasterCAM中稱之為陡斜面，如圖1-C處，這種曲面適合選擇等高刀路。曲面與曲面之間是R2mm的圓角過渡。曲面最上面D處的局部放大圖如圖2所示，此處圓角半徑為R0.4mm ，高度是1.15mm。

　　(二)加工三角開關凸模的技術要求：

　　1、所有表面粗糙度要求Ra3.2 ;

　　2、工件表面無缺陷，圓角部位無殘料;

　　3、曲面與分模面之間要求清根。

　　二、加工三角開關凸模工藝分析

　　1、材料：45#鋼，這種鋼具有較高的強度和較好的切削加工性，經調質以后可獲得良好的綜合力學性能，是塑料模具中應用最廣泛的鋼種之一。毛坯尺寸：70x80x30mm。機電論壇

　　2、刀具材料：根據加工材料，選擇YT15的硬質合金刀具。

　　3、設備：加工中心，型號：VMC800

　　4、工藝分析及刀具選擇：

　　三角開關凸模加工整體思路是先粗加工、再半精加工、精加工，最后清角加工，具體分析如下：

　　(1)粗加工 粗加工是為提高生產效率，迅速去除多余材料，曲面與分模面一起開粗，刀具要求有足夠的強度，因此盡量選擇一把比較大的刀具，根據工件材料、曲面外形尺寸50x60x15.6mm及毛坯尺寸選擇圓角半徑R1mm直徑& #61510;10mm的圓鼻刀。

　　(2)半精加工 由于粗加工刀間距和切削深度較大，殘料過多，半精加工是為了去除過多的殘料，使精加工余量均勻，刀具選擇應考慮承受粗加工所留殘料而不至斷刀，且不會留下過多的殘料而給精加工造成困難。分模面是平面，用平刀加工較好而曲面用球刀加工，故曲面與分模面分開做半精加工及精加工。曲面半精加工，選擇& #61510;6mm球刀，分模面上殘料較少且余量均勻，可不必做半精加工。

　　(3)精加工 精加工需達到要求的尺寸精度和表面精度，同時兼顧效率，選擇刀具時要考慮刀具強度及是否會留有殘料或過切，曲面上有R2mm的圓角多處，故選擇& #61510;3mm球刀精加工曲面，分模面精加工選用& #61510;4mm平刀。

　　(4)清角加工 清角加工是為了去除在較小圓角或直角的地方，由于精加工刀具進不去而留下的殘料，刀具選擇應考慮加工效率、刀具強度及能否去除殘料。R0.4mm圓角處選擇圓角半徑R0.3mm直徑& #61510;4mm的圓鼻刀加工，曲面與分模面清角選擇& #61510;4mm平刀加工。

　　三、加工難點分析

　　基于以上工藝分析、曲面特點及技術要求，加工三角開關凸模難點有兩個：一是淺平面與陡斜面問題，二是清角問題。

　　1、淺平面與陡斜面問題

　　精加工要保證整個曲面的加工精度，解決淺平面與陡斜面問題，且精加工用時最長，在解決加工質量問題的同時還要兼顧效率。因此，合理選擇精加工方法至關重要。

　　MasterCAM提供了十種曲面精加工方法，針對這一問題，編制刀具路徑時大多采用以下幾種方法：

　　(1)平行銑削+陡斜面加工 平行銑削加工采用X、Y方向的最大間距來控制刀具路徑的細密程度，由于陡斜面的坡度很陡，同樣的切削間距，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，使陡斜面的加工質量較差。因此，多會在平行銑削加工之后添加陡斜面加工刀路，如果陡斜面刀路的切削方式選擇雙向切削，則在刀具沿Z軸上升時由于刀具受力不均，導致加工質量下降，若選擇單向切削，則刀具路徑中提刀路徑過多，嚴重影響加工效率。

　　(2)等高外形+淺平面加工 等高外形加工是用最大Z軸進給量控制刀具路徑的疏密程度，在比較平坦的表面上，Z下降相同的距離要比陡峭表面的路徑間距大得多，無法保證淺平面的表面質量，因此在編制刀路時大多在等高外形加工之后添加淺平面加工刀路，由于曲面上淺平面區域不連續，使加工順序不理想，影響加工質量，且淺平面刀路中有很多提刀路徑，此方法加工效率較低。

　　(3)環繞等距加工 環繞等距加工是生成一組環繞工件曲面的刀具路徑，路徑計算時間長，生成的NC文件大。對于形狀不規則的曲面，在路徑轉向地方的路徑間距大于其它位置的路徑間距，會在工件表面形成刀具路徑轉折的刀痕，影響加工質量。

　　以上三種加工方法均使工件局部表面達不到加工質量的要求。根據曲面特點及MasterCAM精加工刀路特點，可采取分區域加工，即將淺平面與陡斜面分開加工，平坦的表面選擇平行刀路加工，陡峭的表面選擇等高刀路加工。三角開關曲面上部分平坦，下部分陡峭，可用切削深度確定平行銑削與等高外形的加工區域。這種加工方法與前面所述三種方法比較，在加工參數選擇相同時，加工質量最好，加工效率也有所提高。

　　2、清角問題

　　(1)對于R0.4的圓角，可使用平刀或圓角半徑略小于0.4mm的圓鼻刀加工，常選擇以下幾種加工方法：

　　1使用交線清角加工，刀具選擇R0.4mm的圓鼻刀，由于交線清角只能沿曲面交線的地方走一刀，若精加工所用刀具半徑大于0.4mm，則會在兩把刀都加工不到的區域留下殘料。

　　2使用放射狀加工 設置起始補正距離為4.4mm，設定切削范圍，只加工殘料區域，此方法能夠達到加工質量的要求，但加工路徑往返較多。

　　3使用環繞等距加工 可設定切削范圍，使用圓角半徑R0.3mm的圓鼻刀加工可去除全部殘料，路徑連續，提刀少，能夠達到表面質量要求且效率高。

　　通過以上分析，加工R0.4mm圓角選擇環繞等距刀路更為合理。

　　(2)球刀精加工之后會在曲面與分模面相交的部位留下圓角，應使用平刀清角，曲面上有5°的拔模角度，與上面所述情況相同，所以選用環繞等距或等高外形刀路，用切削深度限定加工區域，僅加工有殘料的地方，此處殘料高度為精加工所用刀具刀尖圓弧半徑，故切削深度范圍略大于此半徑值即可。

　　四、編制刀具路徑

　　基于以上分析，比較幾種加工方法，提出以下加工方案，見表1。

　　結 束 語：

　　根據三角開關凸模特點及加工難點，對其走刀路徑進行分析對比，提出最佳加工方案。使用以上方法加工，整個零件的表面精度均可達到Ra3.2，在加工參數設置完全相同的情況下，加工效率略有提高。由于走刀路徑合理，因此還可提高進給率，在保證加工質量的前提下，進一步提高加工效率。