浅析MasterCAM2017在数控铣削加工中的应用

张令令

（江苏省宿豫中等专业学校，江苏 宿迁 223800）

MasterCAM是美国CNC Software Inc.公司开发的一种CAD/CAM软件，不仅具有强大、稳定的造型功能，而且提供了多种精、粗加工技术和曲面零件精加工的功能，将数控编程、刀具模拟、曲面设计、二维/三维实体造型等有机地融为一体，能够真实地反映零件的加工过程。在数控加工中，运用MasterCAM可以设计出复杂的曲线、曲面零件，通过对刀具的合理选择，可以达到优化走刀路线、提高加工精度、减少重复加工路线等目标，在改善数控加工质量的同时，也使加工效率有所提高。基于此，本文以饮料瓶模具型腔的数控加工为例，具体探讨了MasterCAM在数控铣削加工中的应用。

1 基于MasterCAM软件的数控铣削加工优点

1.1 有利于优化材料资源

利用MasterCAM软件进行数控铣削加工，可以模拟零件的仿真加工过程，以此判断加工过程中的刀具选择是否合理、刀具路径是否正确，如果发现不合适或加工精度不够，可以直接返回前面的步骤进行参数的修改与调整，这样有利于优化零件材料的消耗量，也能有效节约在数控机床上的调试时间，提高了数控加工的速度和效率。

1.2 有利于弥补传统数控加工中手工编程的不足

传统的数控加工主要是采用人工编程的方式进行操作，但对于一些复杂的曲面零件进行加工时，采用人工的方式，很难完成程序编制，而MasterCAM具有强大的曲面造型功能和完整的二维绘图功能，在数控铣削加工过程中，运用MasterCAM不仅能轻松实现人工编程无法实现的任务，而且能准确地计算曲面图形上的一些关键点坐标，有效地提高了加工精度，也弥补了手工编程的不足。

1.3 有利于提高零件加工速度

在数控铣削加工时，采用MasterCAM可以准确、快捷地建立加工零件的二维、三维模型，并生成相应的数控代码，这样可以减少编程人员的编程时间，同时也能大大提高零件的加工速度。

2 基于MasterCAM软件的三维实体建模设计

在数控铣削加工过程中，利用MasterCAM软件，可以设计出复杂曲线的三维实体模型，可以简便地实现与其他CAD软件生成图形之间的转换，而且还能将利用三坐标测量仪所测得实物的相关数据转化为图形文件，非常适合零部件的生成与加工。以饮料瓶模具型腔加工为例，其尺寸大小为120×230×50mm。运用MasterCAM软件，可以快捷地得到饮料瓶的三维造型。

2.1 数控加工方式的选择

我们常见的矿泉水瓶、碳酸饮料瓶等，耐热至70℃易变形，因此，对于饮料瓶的材质要求，需要使用耐高温、耐老化、耐油、不易散发和溶出对人体有害物质且符合食品卫生标准的PET塑料。考虑到这一点，在饮料瓶模具的加工过程中并不是通过直接切削加工而成，而是采用的吹塑工艺而得到。但由于饮料瓶的表面构造十分复杂，表面的曲率大小不一，凹凸不一致，所以直接加工饮料瓶模具存在较大困难，任何微小的误差都会造成模具无法形成。用传统的普通铣床难以实现对该模具的精加工，而采用数控铣床需要人工进行编程，不仅耗时耗力，且不能有效保障模具加工的精度，利用MasterCAM软件能够很好解决上述问题。

2.2 数控加工工艺的设计

加工饮料瓶模具尺寸的大小为120×230×50mm，针对该零件的加工特点和加工精度要求，所设计的数控加工工艺如图1所示。

图1

为了实现对饮料瓶模具外表面的铣削加工，根据其加工要求，选择Φ20平铣刀进行二维轮廓铣削。

3 基于MasterCAM软件的数控铣削加工流程

3.1 粗加工流程

粗加工可以快速地去除多余材料，将曲面与分模面进行分开，所以，对于刀具的选择需要根据加工零件的材料和曲面外形尺寸，尽可能地选择一把尺寸够大、强大足够的刀具。由于饮料品模具外表面构成复杂，曲率大小和凹凸程度不一样，所以，在加工过程中采用MasterCAM软件中的曲面加工模块进行加工。在对一些复杂的曲面进行铣削加工时，往往首先会选用直径为20mm的平铣刀，采用粗铣加工中的挖槽方式，切除零件约70%的加工余量。这样，可以有效地避免出现刀具直接进入加工零件的问题。

3.2 半精加工流程

半精加工的主要目的是去除加工零件上过多的残料，为零件的精加工做好准备。因此，在粗加工完成后，采用直径为16mm的球头刀进行半精加工，在加工时采取螺旋下刀、等距环切的方式，其目的是能够在最短的时间内去除加工零件上更多的余料，从而大大提高零件加工的效率。

3.3 精加工流程

为了进一步提高零件加工的精度，在半精加工流程结束后，选用直径为10mm的球头刀进行精加工，在这一环节中，加工参数的设置与上一流程相同，但值得注意的是，为了尽可能提高加工效率、得到高质量的加工表面，被吃刀量的参数设置需要更小。精加工的刀具路径如图2所示。

图2

加工结果显示，对于饮料瓶模具型腔这种复杂曲面，采取上述粗加工、半精加工、精加工的加工流程，不仅加工效率比较高，且能够达到预期的加工精度。

3.4 清除残料精加工流程

在精加工完成后，在饮料瓶模具表面的曲面与曲面之间可能还有剩余的残料，为此，为确保加工的准确度和精度，需要继续使用直径为5mm的球头铣刀对曲面相交的位置进行加工，即交线清角精加工，其主要目的是清除精加工中曲面交接处的残料。

3.5 饮料瓶模具型腔的验证与后处理流程

在生成饮料瓶模具型腔加工的刀具路径之后，首先需要利用MasterCAM软件对其刀具加工路径进行模拟和仿真，以确定饮料瓶的模具加工是否合理。在本文中，利用MasterCAM软件中的“实体切削仿真”功能，对饮料瓶模具型腔加工的轨迹进行模拟仿真和刀具干涉的检查，仿真结果显示所设计的刀具走刀路线，满足饮料瓶模具加工的实际要求，且在此过程中并未产生干涉、过切或碰撞等现象，以此验证了复杂曲面加工的正确性。此外，考虑到不同数控加工机床对于数控代码的识别类型和程度不同，为了便于零件的加工，还需要利用MasterCAM软件中的后处理功能，只需要根据零件加工的刀具路径信息，就能直接将其转化为数控代码的格式，输送给数控机床进行加工，为工程人员的设计与加工带来了极大的便利。

4 结语

MasterCAM2017在数控铣削加工中的应用，不仅能实现对零件加工的模拟，而且便于加工人员观察零件的切削加工过程，这样可以及时发现零件在实际加工过程中的参数设置是否合理、设备的运行动作是否正确、所加工的零件是否符合设计要求等，从而可以省去在传统加工过程中所需的“试切”环节，能有效减少材料的消耗和加工成本，最为重要的是极大程度地缩短了数控铣削加工的周期，促进了生产效率的提高，此外，也降低了加工的复杂度和劳动强度，对于企业获取良好的经济效益具有十分重要的作用。本文以饮料瓶模具型腔的数控铣削加工为例，分析了MasterCAM软件在数控铣削加工中的应用优点，通过合理地选择刀具尺寸、刀具路径等工艺参数生成刀具加工轨迹，并通过模拟仿真对加工轨迹进行了验证，结果显示使用MasterCAM软件进行数控铣削加工的效果较为理想，在实际的工程应用中具有一定的参考与使用价值。