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基于MasterCAM的复杂压铸模加工

互联网     MasterCAM是当今广泛使用的CAD/CAM软件。针对某一复杂压铸模型腔的加工工艺进行了分析,通过构建辅助曲线与曲面的方法介绍了运用MasterCAM软件进行数控编程的基本过程和编程技巧

1 引言

    MasterCAM是美国CNC Software公司开发的基于PC平台的CAD/CAM软件,目前被广泛应用于机械工程、电子工程、飞机工程等领域,特别是应用在复杂模具型腔类零件的加工。在CAD方面可完成二维图形、三维实体造型和曲面产品的设计,在CAM方面,集中了车、铣和多轴加工多个模块,具有刀具路径模拟及真实感模拟等功能于一体。MasterCAM的强项是CAM功能,尤其是在加工二维产品时,直接通过线框进行编程加工,具有刀路轨迹生成快,学习难度低,容易上手,操作灵活多变的特点,可用于加工复杂的零件。同时,三维曲面产品的加工刀路功能丰富,二维刀路功能与三维刀路功能的融合使其CAM功能更加强大。

2 工艺分析

2.1 零件分析

    图1所示为压铸模行业生产的某电器外壳型腔,产品材料为铝合金,模具材料为3Cr2w8V合金工具钢。由于铝合金要求溶点高,因此压铸模模温高,对钢材的硬度要求也高,合金模内模料通常需要热处理加硬,因此在加工过程需进行热处理,使其硬度达到51~54HRc,以满足使用要求。

图1 外壳型腔(a:外壳型腔;b:A局部放大)

图1 外壳型腔(a:外壳型腔;b:A局部放大)

    加工毛坯尺寸为225×175×85mm。由图形分析可知,该型腔属于1模2腔,主要加工部位有型腔、胶位、滑块。电器外壳型腔的整体外形由冒形曲面与球形曲面组成,模具外形尺寸为220×170×82mm。分型面为平缓过渡曲面,6个呈对称分布的垃圾包凹槽,凹槽的最大深度为10mm,最大拔模角度为740,最小圆角半径为R3mm,用于定位的球形圆柱凹槽标记直径为咖3mm,椎孔拔模角度为88.50,孔深为9.499mm,最小直径为12mm,冒形壁边拔模角度为88。,与该部分特征相连的球形曲面半径为胛2.103mm,分型面侧边斜面拔模角度为800,浇口圆弧半径为42.5mm。

2.2 工艺分析

    该型腔是一典型的压铸模具电器类帽形壳类零件,加工时刀具让刀量比较大,帽形曲面造型复杂,特别是窄形凹槽曲面加工质量的保证是整个模具的加工难点,工件表面质量要求高(Ra1.6um)。加工难点主要在:①加工材料3Cr2W8v合金工具钢热作模具钢是常用的压铸模具钢,有较高的强度和硬度,型腔深56mm,拐角最小半径为RO.502mm,刀具要选择加长型的铣刀,加工时变形量较大;②帽形壁边拔模角度为88。,该处最小凹圆弧曲面半径为R1.005mm,最小齿型轮廓间的距离为2.5mm,需清角处理;③加工过程需进行热处理以满足硬度要求。

    基于以上分析,按刀具集中的原则,加工时按外轮廓的粗加工、整体加工、局部曲面特征粗精加工的顺序编排加工工艺路线。帽形壁边及槽壁加工时分为半精加工与精加工两道工步,以消除加工时产生的让刀量。

3 数控编程

3.1 图形处理

    直接读取所提供的图档文件,以图形的对称中心点为基准点,移动到原点,使编程坐标系与工件坐标系相统一。针对型腔型腔特征分布复杂的特点,为了使接下来的编程更加工方便快捷,提高加工效率与加工的针对性,需结合图形特点构建一些辅助的曲线与曲面,以利于生成的流畅刀。

3.1.1 构建辅助线框

    为了减少空刀行程,提高加工效率,根据加工部位的特征,三维曲面与平底面相接区域以及加工时所选用刀具的几何特点需分开处理。如针对平底面的加工,尽量采用平底刀以获得好的加工质量。根据细分区域的加工策略,应构建相应的辅助曲线达到刀路控制的优化效果。如图2所示为部分辅助线框(因具有对称性,此图只显示部分线框),很好地融合了MasterCAM二维刀路易控制,生成快的特点。例如,通过图中的线框可采用二维标准挖槽刀路或外形铣削刀路进行有效加工。

图2 部分辅助线框

图2 部分辅助线框

互联网     MasterCAM是当今广泛使用的CAD/CAM软件。针对某一复杂压铸模型腔的加工工艺进行了分析,通过构建辅助曲线与曲面的方法介绍了运用MasterCAM软件进行数控编程的基本过程和编程技巧。

3.1.2 构建辅助曲面

    根据Maste尤AM刀路的生成特点,对于一些破面通常需进行修补,如整个分型面,经修补后,使其原恢复为原来完整的曲面,如图3a所示,有助于生成平滑过渡的刀路,如图3b所示,减少了跳刀,避免了机床因频繁地跳动而发生较大的抖动,影响加工质量。

图3 构建辅曲面(a:曲面修补效果;b:刀路生成效果)

图3 构建辅曲面(a:曲面修补效果;b:刀路生成效果)

    除了可采用线框控制加工范围外,还可以将原来的曲面进行延长,如图4所示。由于曲面延长后,刀路的加工范围亦进行了适当延伸,有助于保证曲面与曲面之间的刀路过渡,比如球形曲面与帽形曲面相关自然形成的尖角交线,将曲面延伸后,刀具通过外侧进刀,有助于保证该部位不会因进刀位置不当导致尖角交线处出现残缺。同时,利用加工曲面与干涉曲面的作用达到优化刀路的效果。

图4 曲面延长

图4 曲面延长

3.2 刀具设置

    分别定义圆鼻刀:φ32币mm、φ30r0.5mm、φ16r0.8mm、φ20r0.8mm、φ3r0.5mm;平底立铣刀:φ10mm、φ6mm、φ4mm;球刀:φ10r5mm和φ6r3mm共10把刀具。

3.3 工件设定

    毛坯料尺寸225×175×85mm,将工件的坐标系原点设置在工件的对称中心处,毛坯料上表面设置为0.2mm,采用四面分中的方法对刀。

3.4 生成刀具路径

3.4.1 粗加工路径

    (1)外形粗加工:采用φ32r6mm圆鼻刀,运用等高外形刀路,粗铣型腔外形及浇口,预留余量为O.15mm。

    (2)整体粗加工:采用φ30ro.5mm圆鼻刀除已加工的部位外进行整体曲面挖槽粗加工,预留余量为0.3mm。为了有效控制加工范围,对原有曲面较小的破孔进行了修补处理。

3.4.2 半精加工路径

    (1)采用φ16r0.8mm圆鼻刀,运用曲面精加工等高外形刀路对如图3a所示整体曲面进行半精加工,预留余量为0.4mm。目的是为了清除上一把刀具所留下的余量,为后一步精加工取得较好的加工质量作准备。

    (2)采用φ16r0.8mm圆鼻刀,运用二维等高外形对浇口进行半精加工,预留量为0.15mm。

    (3)采用φ10mm平底立铣刀,运用曲面精加工等高外形刀路对帽形曲面的壁边进行半精加工,预留余量为O.35mm。

    (4)采用φ10mm平底立铣刀,运用标准挖槽方式,对滑块的平底面进行半精加工,预留量为0.25mm。

    (5)采用φ10mm平底立铣刀,运用曲面精加工等高外形刀路对滑块侧边进行半精加工,预留余量为O.25mm。

    (6)采用φ6mm平底立铣刀,运用曲面挖槽方式,对6个垃圾包凹槽进行半精加工,预留量为0.15mm。

    (7)采用φ4mm平底立铣刀,运用曲面精加工等高外形刀路对帽形曲面壁边进行半精加工,预留余量为0.27mm。

    (8)采用φ4mm平底立铣刀,运用曲面挖槽方式对椎孔进行半精加工,预留量为0.25mm。

    (9)采用φ4mm平底立铣刀,运用曲面等高外形方式对6个垃圾包凹槽进行半精加工,预留量为0.1mm。

    (10)采用φ3r0.5mm圆鼻刀,运用曲面精加工等高外形刀路对帽形曲面壁边轮廓最小的齿形进行半精加工,预留余量为O.2mm,以起到清角作用。

    (11)采用φ10r5mm球刀,运用曲面精加工平行铣削方式对分型面进行半精加工,预留余量为0.15mm。

    (12)采用φ10mm平底立铣刀,对其他平底面和拔模壁边采用曲面精加工和标准挖槽方式进行半精加工,预留余量为0.15mm。

互联网     MasterCAM是当今广泛使用的CAD/CAM软件。针对某一复杂压铸模型腔的加工工艺进行了分析,通过构建辅助曲线与曲面的方法介绍了运用MasterCAM软件进行数控编程的基本过程和编程技巧。

3.4.3 精加工路径

    根据硬度要求,在完成半精加工后进行热处理,以使其硬度达到51~54HRC。热处理工艺为:淬火:550℃装炉(箱式电阻炉加热,加热时模腔用“生铁屑+渗碳剂”保护,以防止模腔脱碳),保温40min,再升温至1050~1100℃,保温120min,然后出炉油冷至室温以待加工。

    (1)采用φ6r3mm球刀,运用曲面精加工等距环绕方式对6个垃圾包凹槽进行精加工,预留量为0.Omm。

    (2)采用φ20r0.8mm圆鼻刀对滑块和浇口进行精加工,预留量为0.0mm。

    (3)采用击10mm平底立铣刀,对其他平底面和拔模壁边采用曲面等高外形精加工和标准挖槽方式进行精加工,预留余量为0.0mm。

    (4)采用φ10r5mm球刀,运用曲面精加工平行铣削方式对分型面进行精加工,预留余量为0.0mm。整体刀路编制结果如图5所示。

图5 到路编制结果

图5 到路编制结果

4 后处理加工

    完成刀路的编制后,采用实体仿真切削加工,检查是否存在欠切或过切等问题,确认无误后,利用MasterCAM的后处理功能将加工刀具路径的轨迹生成所需的NC代码输入数控铣机床进行加工,其中后处理生的加工程序经编辑如下:

    %

    N102 G21 G0 G17 G40 G49 G80 G90

    N104 T1 M6

    N106 G0 G90 G54 X1 10.Y-121.15 S1500 M3

    N1 08 G43 H1 Z1 0.

    N110 Z5.

    N112 G1 Z-.5 F1000.

    N114 Y-111.15 F2000.

    N116 G3 X100.Y-101.15 I-10.J0.

    ……

    N7740 Z-5.679 F1000.

    N7742 X-65.008 Y90.082 Z-6.F1700.

    N7744 G0 Z—1.

    N7746 Z10.

    N7748 M5

    N7754 M30

    %

5 结束语

    以上介绍了压铸模具型腔加工工艺的过程,在实际模具制造中具有很高的实用性。实践中,只有正确分析加工零件的结构特征和加工要求,结合MasterCAM强大的CAM功能选择合适的加工方式,根据MasterCA的刀路特点和零件的结构,才能构建出合理的曲线、曲面,从而实现控制并优化刀具路径,提高编程效果,保证加工质量。

发布时间:   来源:e-works  作者:匿名
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