探究MasterCAM 的紡織機械模具型腔零件的數控加工

朱哲煜，張玉蘭

（許昌電氣職業學院，河南 許昌 461002）

0 引言

紡織機械模具型腔的加工工藝非常復雜繁瑣，而且很容易受到外界因素的影響和干擾。因此，在遵循工藝編制基本原則基礎之上，還需要從紡織機械所選用的模具材質、刀具材料以及型腔零件結構等方面進行精準分析，科學編制模具型腔的加工工藝，同時借助MasterCAM 強大的加工仿真、程序優化和數控編程等功能，進一步保證紡織機械模具型腔零件數控加工的合理性、科學性與可行性，為其投入后續生產的效果提供更強保障，減小因模具型腔零件元素導致的各類事故的發生概率。

1 關于MasterCAM

MasterCAM 的開發者是美國的CNC Software Inc.公司，其作為一種CAD/CAM 軟件，成功將二維繪圖、三維實體造型、曲面設計、體素拼合、數控編程、刀具路徑模擬及真實感模擬等多種功能完美融合在一起，幾何造型更是非常直觀且方便。

MasterCAM 為零件外形設計提供了理想的環境，其不僅具備強大且穩定的造型功能，能夠設計出各種復雜的曲面和曲線零件，更重要的是還擁有著靈活的曲面精加工與強大的曲面粗加工的功能。MasterCAM可對零件加工的整個過程進行模擬，模擬過程中相關人員不僅可以清楚了解到刀具和夾具的整體形象，而且還能夠從中精準找尋到刀具和夾具與被加工零件的干涉、碰撞情況[1]。其對零件加工過程實際情況的如實反映，使得MasterCAM 成為當前優秀的CAD/CAM軟件之一。

MasterCAM 的優勢還體現在：其對于系統運行環境的要求并不高，這就為廣大用戶減輕了使用負擔。不管用戶是將其運用在何種加工操作當中，諸如造型設計、CNC 銑床、CNC 車床或CNC 線切割等都能獲得理想的應用效果。目前，MasterCAM 軟件的應用范圍已經越來越具廣泛性，在一些通用機械、航空、船舶、軍工等行業的設計與NC 加工中都可以看到MasterCAM 的身影。我國從20 世紀80 年代末起開始引進和應用MasterCAM 軟件，MasterCAM 軟件在推動我國制造業的發展中發揮著至關重要的作用[2]。

2 數控加工與MasterCAM 之間的關系分析

在CAD/CAM 系統當中，數控加工是最重要的模塊之一，其也是對復雜曲面加工最有效的手段之一。目前，數控加工主要適用于一些精度要求高、型面復雜、更新變化快、生產批量比較小的產品類型當中。MasterCAM 則是當前適用于復雜曲面數控加工的數控編程軟件中的重要代表，屬于全世界通用的大型CAD/CAM 系統軟件。MasterCAM 將計算機輔助制造和設計的功能有效融合在一起，這就為實現型腔銑削、輪廓銑削和電位加工提供了便利條件，與此同時，其還擁有著強大的曲面粗精加工功能。

有了MasterCAM 的助力，數控編程的效率可以得到很大提升，除此之外，其還可以編制出手工編程沒有辦法實現的復雜曲面的NC 程序，這就為MasterCAM 廣闊的市場空間奠定了堅實的基礎，必然會受到廣大用戶的歡迎與肯定。

3 MasterCAM 在紡織機械模具型腔零件數控加工中的具體應用分析

3.1 建立三維實體模型

MasterCAM 擁有著強大的造型功能，利用MasterCAM 軟件可以設計出各種復雜的曲面、曲線和各種零件的三維實體模型。所以，通常情況下會先利用MasterCAM 的CAD 模塊來打造出所要制作零件的三維實體造型。一般而言，該系統會提供多種標準圖形接口，多接口的選擇會讓CAD 軟件生成圖形和系統圖形文件之間的轉化變得更加方便和簡單，省去了很多不必要的繁瑣程序和操作。除此之外，相關人員還可以根據實際情況選擇通過該軟件提供的ASCII 接口把通過三坐標測量儀等設備測得的實物數據轉變成為系統的圖形文件[3]。需要注意的是：在生產過程中要保持靈活多變的生產理念和方式，根據具體的生產情況來選擇合適的零件造型，一切以生產需求為中心。

3.2 針對型腔零件復雜曲面的數控銑削工藝

考慮到紡織機械所作業對象的獨特性，一般在選擇型腔零件材質時會作出多重考慮，要確保紡織對象不受損害和影響。因此，在實際加工生產過程中，很多型腔零件都不是直接切削加工制作而成的，其需要通過特定材料的模具和工具以及特殊的工藝來加工成型。紡織機械模具型腔零件中，有很多都屬于典型的復雜曲面，而且不同用途和價值的零件的曲面造型也不盡相同，復雜多元的曲面造型，死角也比較多，表面曲率也不同，這就對加工工藝要求更加復雜。針對這樣復雜的加工要求，普通銑床是難以達到加工要求的，而如果選擇手工編程，耗費了大量的時間和資源，最終加工出來的零件的精確度也得不到有效保證，這就凸顯出了MasterCAM 軟件在數控程序編制中的價值和作用。

舉例說明：某一個特定的型腔零件，其是由立式數控銑床加工的零件，利用MasterCAM 軟件來完成數控加工的工藝設計：第一步，進行二維輪廓銑削。為滿足零件外表面對于曲面曲線的需求，選擇是直接為20mm 的平銑刀，按照零件外部輪廓曲線進行二維輪廓銑削，采用分層銑削的方案，進刀高度是10mm,退刀高度是50mm，其中，銑削最大深度為10mm；第二步，進行粗加工處理?？紤]到零件型腔是復雜曲面，所以要選用MasterCAM 軟件中的曲面加工模塊，對其作出加工路徑分析，明確哪里需要進行曲面粗加工，哪里需要進行曲面精加工。一般情況下，曲面粗加工耗時會更長一些，因為選擇曲面粗加工是為了去除絕大部分的加工余量，所以曲面粗加工會是絕大多數型腔零件必選的加工方式[4]。針對實例中的特定零件，粗加工采用的是挖槽，這樣不僅能夠確保在更短時間內去除掉大部分的毛坯材料，而且也能有效防止刀具直接進入到工件材料當中來，造成材料損害；第三步，半精加工。在完成粗加工之后便是半精加工的程序，半精加工的目的是為了去除更多的冗余材料，提高加工的效率。這半精加工過程中需要注意的是對加工工具的選用以及下刀方式的確定；第四步，精加工。精加工是確保加工精度的重要環節，只有加工精度得到保證，加工效率才能實現真正提升。該案例中所提到的特定型腔零件，精加工和半精加工設置的加工參數相差不多，只是背吃刀量要更小一些，所以，為了確保零件曲面的平滑度，最好選用直接合適的球頭刀來進行操作；第五步，清除殘料。零件曲面相交位置上會殘存著很多殘料，為保證加工效果，必須對這些殘料進行徹底清除；第六步，驗證和后處理。在型腔零件成型之后，需要進行刀具軌跡仿真，對刀具軌跡的合理性進行驗證[5]。此時，便要借助MasterCAM 軟件中的實體切削仿真功能對其作出模擬仿真，一定要保證加工過程中的刀具軌跡不存在干涉、過切、碰撞等問題，如果存在問題則需要進行進一步的處理和糾正。

關于后處理環節，需要利用后處理器將MasterCAM 軟件中所儲存的刀具軌跡信息轉化成為數控格式，通常軟件中會提供一個后處理數據庫，轉化完成后的數控格式和數據信息都會存入到后處理數據庫當中，以方便后續工作人員使用。在完成后處理環節之后，型腔零件的相關數據和要求全部完成，便可以輸送給數控機床完成后續加工了。

4 結語

MasterCAM 軟件在紡織機械模具型腔零件數控加工中有著非常重要的價值和作用，有了MasterCAM 軟件的輔助與支持，紡織機械模具型腔零件在精確度以及整體品質上面都得到了很大的提升。未來伴隨著MasterCAM 軟件的不斷完善與升級，紡織機械模具型腔零件的數控加工水平必將實現質的飛躍。