基于Mastercam的模具型腔的工艺分析与编程

1、前言
数控机床是综合应用电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密检测与新型机械结构等技术于一体的高科技产品。随着自动编程技术的快速发展与普及，大量企业运用CAD/CAM软件对产品进行设计和制造，这样不仅提高了产品的设计与制造的可靠性而且极大的提高了生产效率，为企业节约了成本同时带来了丰厚的利润空间。Mastercam软件拥有强大的曲面造型功能和自动编程功能，能实现产品的设计和加工仿真的一体化，在中小型企业中被广泛应用。图1为一铸铝模具的三维模型。
2、工艺分析
(1)编程原点的确定：由于该产品为模具型腔，存在上下模配合的问题，并且考虑到操作者对刀方便，确定产品右端面与上表面的交线的中点为编程原点。
(2)刀具选择：1)根据模具材料为铸铁选择硬质合金刀具。2)考虑加工效率的影响，所以在满足工件加工需求的前提下，选择尽可能大的刀具，经分析确定刀具如下：Φ16r0.8硬质立铣刀、Φ16硬质合金球头铣刀、Φ16硬质合金铣刀和Φ12硬质合金球头铣刀。
(3)夹具的选择：由于模具外形比较规则，选择通用夹具平口钳作为定位和加紧装置。
(4)加工方案：对产品的加工采用粗加工、半精加工和精加工的整体思路。1)粗加工：由于该模具型腔比较典型，所以选用曲面挖槽粗加工（Pocket），对整体型腔进行粗加工，迅速去除大量的余料，并且余留0.3mm的加工余量。2)半精加工：运用等高外形精加工（contour）对陡峭并且有大量残料的部位进行半精加工（留0.3mm加工余量），使型腔的加工面留有均匀的精加工余量，以保证精加工后获得较高的尺寸精度和表面质量。3)精加工：需要结合软件功能和产品加工的实际情况选择不同的加工方式：对坡度不大，曲面过渡比较平缓的曲面运用平行铣削（parallel），对陡峭的部分运用等高外形精加工（contour），对曲面中间夹着的较平坦的曲面运用浅平面（Shallow）,保证要求精度。
3、数控编程
(1)确定工件原点：运用Xform下的Translate功能对工件整体进行平移使工件的右侧面与上表面的交线的中点与编程原点重合。
(2)设定毛坯：按照以下流程设定毛坯：Toolpaths→Jobsetup→Boundingbox。
(3)准备加工曲面和边界：由于模具型腔的加工在很大程度上运用曲面和线框编程，所以先通过MainMenu→Create→Surface→Nextmenu→Formsolid产生自动编程所需求面，在曲面边缘位置为了防止过切对部分曲面进行延伸，具体做法如下：MainMenu→Modify→Extend→Surface然后选择所要延伸曲面并且输入延伸长度10mm完成对曲面的延伸。为了限定刀具的运动范围需要产生加工边界，具体做法如下：Mainmenu→Create→Curve→Oneedge然后选择所需产生的边界并对边界进行修整。
随后把准备好的加工曲面和加工边界根据粗加工、半精加工和精加工的需要分别放置在不同的图层里，隐藏起来。
(4)粗加工程序的编制:1)通过Mainmenu→Analyze→Dynamic分析加工部位的最大深度以及最小圆角，确定刀具的直径、长度以及加工最低点位置等。2)释放粗加工刀具加工范围的控制边界，然后按照MainMenu→Toolpaths→Surface→Rough→Pocket→选择加工曲面→设置曲面挖槽粗加工参数→选择加工边界→执行，即可产生我们所需要的粗加工刀具路径。其中主要加工参数如下表：
(5)半精加工程序的编制。隐藏粗加工的加工控制边界，由于粗加工采用的是圆鼻刀所以在比较狭窄的部位会留下较大的残余料，释放半精加工的控制边界并选用直径16mm的球头刀运用等高精加工进行除料加工，并留取0.3mm的精加工余量。具体步骤如下：按照Mainmenu→Toolpaths→Surface→Finish→Contour→选择加工曲面→设置等高精加工参数表→选择加工边界进而产生半精加工的刀具路径。等高精加工主要参数表如下：
(6)精加工程序的编制。释放曲面过渡比较平缓的部分、比较陡峭的部分以及曲面中的较平坦的部分的精加工边界，分别运用平行铣削、等高精加工和浅平面对这些部分进行精加工。以下为各种精加工方法的主要加工参数：
(7)实体验证及NC程序的生成。通过以下过程Mainmenu→Toolpaths→Operations→选择所有刀具路径→Verify完成对生产轨迹的动态仿真。在经过实体验证刀具路径正确之后按照Mainmenu→Toolpaths→Operations→选择所有刀具路径→post→选择MPFAN.PST生成适合数控机床的NC程序，并对程序的格式进行适当的修改即可以用于实际加工。
4、结语
自动编程对一些复杂产品零件有无法比拟的优势，能极大的提高生产效率和加工质量，在机械加工行业有着非常广泛的应用前景，本文通过对模具型腔的加工进行工艺分析和编程希望能对有志于研究自动编程方向的同仁能有所帮助。