MasterCAM在复杂曲面数控铣削加工中的应用研究

0 引言

    当今社会，复杂曲面在航空、汽车、造船、模具、玩具及制鞋工业等领域中的应用越来越广泛。许多零件的外形，如飞机机翼或汽车车身、各种叶轮或涡轮的叶片、汽车外覆盖件的冲压模具、内饰件的注塑模具等都是复杂曲面。日益增多的复杂形状零件对其加工技术提出了越来越高的要求，如何实现复杂曲面零件的切削加工是该类零件生产制造过程中普遍面临的重要问题。

    数控加工是CAD/CAM系统中的重要模块之一，也是对复杂曲面行之有效的加工手段。对缩短该类产品的制造周期、提高加工精度、降低生产成本等方面具有明显的优势，尤其是对于模具等批量小、变化快、型面复杂和精度要求高的产品，其经济效益最为突出。

    当前，适用于复杂曲面数控加工的数控编程软件较多，常见的有MasterCAM、Pro/E、NX、Solidworks、Cimatron等。作为国内外通用的大型CAD/CAM系统软件，MasterCAM把计算机辅助设计和制造功能有机地结合起来，不仅能方便地实现型腔铣削、轮廓铣削以及电位加工，还具有强大的曲面粗、精加工功能。采用MasterCAM软件不仅能大大提高数控编程效率，而且还能编制出手工编程无法实现的复杂曲面的NC程序，因而大受使用者欢迎，并已在复杂曲面零件的加工制造中获得了良好的应用效果。基于此，本文以典型复杂曲面——饮料瓶模具型腔表面的数控铣削加工为例，阐述如何在数控铣床上利用MasterCAM软件对复杂曲面CAD模型进行数控加工编程，并就数控铣削加工中加工精度的保证和加工效率的提高等方面进行了有益的探讨。

1 三维实体建模

    MasterCAM软件提供了强大的造型功能，可设计出复杂的曲线、曲面以及各类三维实体模型，因而可利用自身的CAD模块来完成零件的三维造型；系统还提供了DXF、IGES、DWG、CADL、STL等标准图形接口，可简易方便地实现其他CAD软件生成的图形与系统图形文件间的转换；此外，还可通过软件提供的ASCII接口把通过三坐标测量仪等设备测得的实物数据转变成系统的图形文件。在实际生产中应根据具体情况采用适合的方法完成零件的造型。图1所示的饮料瓶零件的三维造型是通过软件CAD模块建立的。

图1 饮料瓶3D模型

2 复杂曲面数控铣削工艺

    饮料瓶材质要求使用不会溶出有害物质、耐油、耐酸碱和耐老化的符合食品卫生标准的PET塑料。加工实践中，该零件不是直接切削加工制成，而是需通过塑料模具应用吹塑工艺成型。由于塑料瓶模具型腔属于典型的复杂曲面，具体表现为曲面造型复杂、有凹有凸、死角多，表面曲率大小不一，加工工艺复杂。用普通铣床难以完成该零件型腔的加工。在数控铣床上采用手工编程，既费时费力又不能保证零件的加工精度。针对该零件的加工特点，采用MasterCAM软件进行数控程序编制，所设计的数控加工工艺如下：

    根据饮料瓶模具的几何尺寸，选择一个尺寸为120×230×50mm可由立式数控铣床加工的工件。

    表1是其数控加工的工艺过程设计。

表1 数控加工过程设计

    2.1 二维轮廓铣削

    为了铣削出饮料瓶模具的外表面，选择直径20mm的平铣刀，在工作区中选取轮廓曲线进行二维轮廓铣削。最大铣削深度10mm，采用分层铣削方式。进刀高度10mm，退刀参考高度50mm。