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CAD/CAM软件 |
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由薄壁零件直接制模的自动编程研究 |
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作者：南昌大学 肖忠跃 罗良玲 李瑞 俞益飞 |
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CAD/CAM技术的发展，使得在数控加工中直接利用CAD的设计数据成为可能。特别是微机与数控机床的连接，使得设计、工艺规划及编程的整个过程全部在计算机上完成，而不需要输出专门的工艺文件。现在，许多CAD/CAM软件包都提供自动编程功能，这些软件一般是在编程界面中，提示工艺规程的有关问题。近10多年来，MasterCAM一直是数控加工中自动编程优先选用的软件之一，它提供了刀具选择、加工路径规划、切削用量设定等功能。编程人员只要掌握了刀具选择和切削用量确定的基本原则，设置了相关参数，就可以自动生成加工程序并传输至数控机床完成加工。
同时，由于手工编程的局限性，对于相对比较复杂的曲面和结构复杂的零部件，尤其是一些薄壁类零部件的加工，通常都是采用自动编程来完成的。合理地利用CAD/CAM软件可以大幅提高机械设计和加工的工作质量和效率。
一、造型与设计
1. 薄壁类塑料零件产品结构分析
在数控加工中，经常会碰到一些形状复杂的薄壁类零件，如电话筒外壳、手机外壳、手机电池外壳、微型电机支架和高压包支架等，这类零件的特点是质量轻、零件的壁厚小、表面光滑、无融合线、应力均匀等的高强度高精度产品，这类产品不但加工精度要求高，而且零件的一致性和互换性要求也很高。我们可以直接通过MasterCAM进行零件的3D图形设计，再根据塑料的工艺特性，即主要是塑料的收缩率来确定模具的尺寸大小，直接由零件的3D图形加工出零件型腔的凸模，然后使用MasterCAM加工模块对零件模具进行刀具路径规划，最后输出NC代码程序并模拟加工过程。
接下来以电话筒下盖型腔凸模的建模和加工过程为例，就如何灵活运用MasterCAM对这一类薄壁塑料零件型腔凸模的设计和加工进行初步的探讨。大家可以看到，这样不仅可以节省大量的加工准备时间，并且加工出来的零件一致性非常好。
2. 电话筒下盖零件的曲面造型
用MasterCAM的CAD功能完成电话筒下盖三维曲面模型的设计如图1所示。在绘图过程中，应用Level图层功能对设计有很大帮助。可以将不同的曲线、实体单独放在各自的图层里，并对其命名加以区分。根据需要屏蔽无关图层，使视图简化、清晰，方便修改，减少操作失误。
图1 电话筒下盖曲面模型
3. 电话筒下盖型腔模具曲面模型的设计
根据电话筒下盖的结构特点及型腔凸模的加工工艺，下面直接由电话筒的外形曲面来生成型腔凸模。首先确定将绘图的坐标原点设于图形的中心，设置一个新的图层，使用Create/Surface/Offset命令，进行电话筒三维曲面的偏移，考虑到电话筒下盖的壁厚及塑料的收缩特性，设置适当的补正距离。然后再使用Xform/Rotate命令，旋转所有的图素，最后的结果如图2所示。根据图形的尺寸确定凸模毛坯的尺寸大小，为数控机床提供对刀依据。对刀时，毛坯的中心必须与图形的中心重合。
图2 电话筒下盖型腔模具曲面模型
二、模具加工工艺分析与软件操作
1. 模具曲面外形的粗加工
由于凸模曲面切削余量较大，在此首先采用挖槽粗加工，然后再采用等高外形粗加工，以便缩短加工时间、提高效率。
(1)挖槽粗加工
在主功能区依次单击Toolpaths/Surface/ Rough/Pocket命令，进入Surface Rough Pocket加工模式。在Select drive surfaces的提示下，依次点选All/surface /Done后，进入Surface Rough Pocket对话框。在Tool Parameters选项卡中选取M12圆鼻刀。设定相应的Feed Rate、Spindle Speed、Plunge Rate等参数后，点选Surface Parameters选项卡设置相应参数；在Rough Para-meters选项卡中，设置Maximum Stepdown为0.3mm。选取螺旋下刀模式，根据要求设定Entry-Helix中的相应参数。在Pocket Parameters选项卡中选择High Speed，每刀间距Stepover取刀具直径的75%；如图3所示。
图3 挖槽粗加工刀具参数对话框
(2)等高外形粗加工
在主功能区依次单击Toolpaths/Surface/Rough/Contour命令，进入Surface Rough Contour加工模式。在Select Drive Surfaces的提示下，依次点选All/surface/Done后，在Tool Parameters选项卡下选取M6圆鼻刀。设定相应的Feed Rate，Spindle Speed，Plunge Rate等参数后，点选Surface Parameters选项卡，选中Direction…，并点击该按钮，作如图4所示的参数设置。在Rough Contour Parameters选项卡中设置相应的参数。
a)
b)
图4 等高外形粗加工曲面参数对话框
2. 模具曲面外形的精加工
考虑到模具的加工精度要求，在此首先采用凸模曲面平行精加工，然后进行凸模曲面陡斜面精加工，来提高模具的加工精度。
(1)曲面平行精加工
在主功能区依次单击Toolpaths/Surface/ Finish /Parallel/All/Surface/Done命令，出现Surface Finish Parallel对话框，这里选用M3球头刀，设定相应的Feed Rate、Spindle Speed、Plunge Rate等参数后，在Surface Parameters选项卡中将Stock to leave设为0。在Finish Parallel Parameters选项卡中将Max.Stepover定为0.2mm。
(2)曲面浅平面精加工
在主功能区依次单击Toolpaths/Surface/ Finish/Par.Steep/All/Surface/Done命令，出现Surface Finish Parallel Step对话框，在此选用M2的平铣刀，设定相应的Feed Rate，Spindle Speed，Plunge Rate等参数，Stock to leave设为0；在Finish Parallel Steep Parameters选项卡中将Max.Stepover定为0.2mm。完成上述所有参数设计后，所生成粗加工和精加工刀具路径如图5所示。
图5 刀具路径
3. NC代码输出及模拟加工
在主功能区单击Operations命令，将出现Operation Manager窗口，如图6所示。选择Post按钮后，出现Post Processing窗口，选中Save NC File可选框，点击OK输出NC代码，如图7所示。铣削加工程序生成后，可按Verify按钮，显示立体毛坯，这样就可模拟加工了。经过计算机模拟加工，可增大实际加工的把握性。我们通过选择合适的背景、灯光等手段，得到的模拟效果如图8所示。
图6 操作管理器对话框
图7 NC代码对话框
图8 加工模拟显示
三、结束语
MasterCAM软件是一款非常优秀的CAD/CAM软件，其很多卓越的功能非常适合模具制造，在中国有广泛的用户群。采用MasterCAM进行自动编程，这种方法减少了编程人员的工作量，免去了烦琐的计算，节省了设计模具的时间，同时又保证了模具的加工精度。(end)
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(7/29/2005) |
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