基于CAD/CAM的零件三维造型与数控加工

2 三维建模

　　鉴于Pro/E软件的建模特点（在Pro/E软件中任何复杂的机械零件，都可以看成是一些简单的特征经过相互的叠加组合而成）十分出色，应用该软件对零件进行三维建模。建模过程如下：1）根据零件图绘制二维草绘设计图，灵活选用标注和约束参照；2）运用拉伸、旋转、阵列等命令创建基础实体特征；3）在基础实体特征上添加孔、沟槽、倒圆角等特征。

　　建模效果如图2所示。

    图2 三维模型图

　　保存文件：将此完成的“.prt”文件在Pro/E主功能菜单的文件——保存副本中以.igs格式进行保存（方便后面将其导入到MasterCAM中加工）。

3 加工工艺分析及加工方案拟定

　　该零件的加工表面较复杂，凸、凹面、浅平面和斜陡面兼有，MasterCAM软件提供了10多种曲面精加工方法，但想要用一种精加工方式把多特征的曲面一次加工出来存在较大困难，即使能加工出来也无法同时保证平面与斜面的加工品质，使零件局部品质达不到要求，故采取分区域加工的方法（即将浅平面与斜陡面分开加工）。此外，还要合理选择刀具，优化走刀路径，减少提刀、空刀及不必要的重复路径，在改善加工品质的同时使加工效率也有所提高。该零件加工难点在于：浅平面与斜陡面的加工、凸出曲面与相接平面间的清角。

　　a)对于浅平面（中间凹球面）与斜陡面（凸出曲面），根据MasterCAM精加工方法的刀路特点，斜陡面采用等高外形刀路加工较合理，中间凹球面则采用3D环绕浅平面精加工。

　　b)而对于凸出曲面与相接平面间的清角，常有以下几种加工方法：1）使用交线清角加工，刀具选择半径不能太大，由于交线清角只能沿曲面交线的地方走一刀，若精加工所用刀具半径太大，则在两把刀都加工不到的区域留下残料。2）使用放射状加工，设置起始补正距离，设定切削范围，只加工残料区域，此方法能够达到加工品质的要求，但加工路径往返较多。3）使用环绕等距或等高外形加工，通过设置切削深度限定加工区域可去除全部残料，路径连续、抬刀少，能够达到表面品质要求且效率高。通过以上分析，加工时选择环绕等距或等高外形刀路更为合理。

　　对于图1所示零件而言，用球刀精加工凸出曲面之后会在该曲面与相接平面间相交的部位留下对应圆角（即φ3mm的球刀，其对应圆角为1.5mm）；凸出曲面与相接平面成100°，交线清角将无法去除全部余量。因此可选用环绕等距或等高外形刀路，用切削深度限定加工区域，仅加工有残料的地方。此处残料高度为精加工所用刀具刀尖圆弧半径，故切削深度范围略大于此半径的值即可，刀具则选用平刀清角。

　　c)确定加工方案：首先开粗加工、其次半精加工、再精加工，最后清角加工。精加工内容为：1）对于中间凹进去区域，有浅球面以及凹槽（槽底圆角R为3mm），可用3D环绕浅平面精加工和2D外形铣削；2）对于中间凸出区域，有五个等宽度的槽、圆弧面、3个凸台，可用2D（挖槽）和等高外形精加工，相同路径可进行复制；3）凸出曲面与相接平面间的清角，选用等高外形加工，设置深度去除全部残料。另外，3个φ10+0.030均布通孔的位置精度要求比较高，又是直径较小的孔，故需采用打中心孔（定位）-预钻孔-扩（铰）孔的方案。

　　具体加工内容及所用刀具如表1所示。

    表1 数控加工程序单