热词: RFID传感器二维条码生物识别卫星导航定位


当前位置:首页 > 物联网平台 > 技术 > CAD/CAE/CAM

CAXA与Mastercam在平面数控铣加工中质量与效率的比较研究

2017-06-06 来源:我爱物联网

CAXA与Mastercam在平面数控铣加工中质量与效率的比较研究

文章以平面数控铣加工为例,借助CAXA,MASTERCAM9.0软件,采用相同的平面加工方法和有关参数,对两种软件在加工表面质量、加工效率等特性进行了理论分析和实验研究,以便寻求更好的造型、数控程序生成的方法,为同类的平面加工提供一些借签。

1 概述

为了提高产品质量,缩短生产周期,适应产品迅速更新换代的要求,产品生产向缩短周期、降低成本、提高生产质量方向发展。在机械制造领域,计算机技术和机械制造技术的相互结合与渗透,产生了计算机辅助设计与制造(Computer Aided Design and Manufacturing),这样的一门综合性应用技术,简称CAD/CAM。

它具有效率高、功能强,加工质量高等特点。文章主要是通过CAXA\Mastercam的运用,使我们掌握零件的绘制、模拟加工,数控程序的生成。从而学会CAXA\Mastercam在加工中的应用,并学会在不同使用场合上选用不同的软件的方法。

如何使数控软件生成的程序能提高平面的加工质量和效率是数控铣加工技术的重点和难点问题。在相关的研究文献报道中,深入、系统、综合的研究基于CAD/CAM的数控平面加工质量和效率者尚不多见,以致人们难以根据被加工平面零件的具体情况,正确选用软件进行程序的生成,也就难以满足提高质量和效率、降低成本的要求,文章就是基于上述问题进行的一些探讨。

2 毛坯设置

在数控铣床上加工图1工件。毛坯为35X35X30半圆柱体,以它为载体进行理论实验加工。

图1 零件三视图

3 加工参数选择

粗加工刀具选用平头铣刀,精加工选用球头铣刀。

3.1 切削用量的选择

平面铣加工时,加工参数如表1所示。

表1 加工参数

3.2 走刀方式的选择

往复式走刀方式:加工轨迹从起始点到终点,再回到起始点,切削效率高。但由于在往复形成逆、顺铣交替进行,影响了表面加工粗糙度和精度,故常用于粗加工。

单方向走刀方式:加工轨迹从起始点到终点后,调转走刀方向回到起始点,再到终点,如此连续进行。其加工痕迹一致,表面加工质量高,但其切削效率低,故多用于零件的精加工。

3.3 切削精度和余量的选择

平面粗加工时,常用加工公差为0.05-0.025mm,粗加工预留量一般为0.2-0.5mm。

平面精加工时,一般选球头刀,常用加工公差为0.005-0.025mm,工件小、精度要求高,则其公差、进刀量、进给率均应取小些,反之亦然。

4 选择加工方法

图2 粗精轨迹图

文章以平面数控铣加工为例,借助CAXA,MASTERCAM9.0软件,采用相同的平面加工方法和有关参数,对两种软件在加工表面质量、加工效率等特性进行了理论分析和实验研究,以便寻求更好的造型、数控程序生成的方法,为同类的平面加工提供一些借签。

1 概述

为了提高产品质量,缩短生产周期,适应产品迅速更新换代的要求,产品生产向缩短周期、降低成本、提高生产质量方向发展。在机械制造领域,计算机技术和机械制造技术的相互结合与渗透,产生了计算机辅助设计与制造(Computer Aided Design and Manufacturing),这样的一门综合性应用技术,简称CAD/CAM。

它具有效率高、功能强,加工质量高等特点。文章主要是通过CAXA\Mastercam的运用,使我们掌握零件的绘制、模拟加工,数控程序的生成。从而学会CAXA\Mastercam在加工中的应用,并学会在不同使用场合上选用不同的软件的方法。

如何使数控软件生成的程序能提高平面的加工质量和效率是数控铣加工技术的重点和难点问题。在相关的研究文献报道中,深入、系统、综合的研究基于CAD/CAM的数控平面加工质量和效率者尚不多见,以致人们难以根据被加工平面零件的具体情况,正确选用软件进行程序的生成,也就难以满足提高质量和效率、降低成本的要求,文章就是基于上述问题进行的一些探讨。

2 毛坯设置

在数控铣床上加工图1工件。毛坯为35X35X30半圆柱体,以它为载体进行理论实验加工。

图1 零件三视图

3 加工参数选择

粗加工刀具选用平头铣刀,精加工选用球头铣刀。

3.1 切削用量的选择

平面铣加工时,加工参数如表1所示。

表1 加工参数

3.2 走刀方式的选择

往复式走刀方式:加工轨迹从起始点到终点,再回到起始点,切削效率高。但由于在往复形成逆、顺铣交替进行,影响了表面加工粗糙度和精度,故常用于粗加工。

单方向走刀方式:加工轨迹从起始点到终点后,调转走刀方向回到起始点,再到终点,如此连续进行。其加工痕迹一致,表面加工质量高,但其切削效率低,故多用于零件的精加工。

3.3 切削精度和余量的选择

平面粗加工时,常用加工公差为0.05-0.025mm,粗加工预留量一般为0.2-0.5mm。

平面精加工时,一般选球头刀,常用加工公差为0.005-0.025mm,工件小、精度要求高,则其公差、进刀量、进给率均应取小些,反之亦然。

4 选择加工方法

图2 粗精轨迹图


基于Mastercam十字架凸模零件数控加工

以十字架凸模零件的数控自动编程加工为例,介绍了Mastercam软件自动编程加工流程,包括确定加工工艺、规划加工刀具路径、动态仿真加工以及后处理生成程序。提出了加工参数设置和后处理程序生成中的注意事项。实际应用说明Mastercam软件自动编程数控加工具有方便高效的特点,生成的程序可靠准确。自动编程加工方法对复杂曲面类零件更是优势明显。

数控技术是利用数字程序控制数控机械实现自动加工的技术,广泛应用于机械制造和自动化领域,能较好地解决多品种、小批量和复杂零件加工以及生产过程自动化问题。程序是数控加工的灵魂,也是现代机械制造的关键技术,数控程序的优劣直接影响加工效率、过程稳定性、加工质量及加工成本等。

数控编程方法一般有手工编程和自动编程两类,实际应用中手工编程仍占有一定的比例,主要适用于形状规则的简单零件,这种情况下手工编程方便快捷。手工编程必须注意加工过程的每一个细微环节,力求准确无误;而自动编程一般应用CAD/CAM编程软件完成零件建模、刀具路径规划及程序的生成,加工方便快捷。下面以十字架凸模零件的数控加工为例,通过应用Mastercam软件完成程序的生成,以达到快速高效加工的目的。

1 Mastercam介绍

大型商用CAD/CAM集成系统如UG、Proe、Mastercam、CATIA、Powermill及Cima-tronE等在产品数控加工中的应用已非常普遍。Mastercam是一套应用广泛的CAD/CAM/CAE软件包,它采用图形交互式自动编程方法实现NC程序的编制。Mastercam是由美国CNCSoftware公司开发的基于微机的CAD/CAM软件,V5.0以上版本运行于Windows操作系统。由于其价格较低且功能齐全,因此有很高的市场占有率。软件的CAD功能可以构建2D或3D图形,特别适用于具有复杂外形及各种空间曲面的模具类零件的建模和造型设计。在CAM方面,软件具有以下特点:提供可靠与精确的刀具路径,可以直接在曲面及实体上加工;提供多种加工方式;提供完整的刀具库、材料库及加工参数资料库。Mastercam软件有车削、铣削、钻削、线切割等多种加工模块,允许用户通过观察刀具运动来图形化地编辑和修改刀具路径。另外,软件提供多种图形文件接口,包括DXF、IGES、STL、STA、ASCII等。

Mastercam的工作过程一般分为CAD和CAM两部分。CAD的功能是通过绘图、转入文档等生成零件的几何模型;CAM的功能是根据使用者设定的刀具尺寸、加工面的表面粗糙度及加工次数等特定参数产生路径,并将路径资料及刀具储存在NCI档中,通过后处理程序转换为NC加工程序,该程序中包含加工中的进给量、主轴转速和冷却控制等指令,可控制刀具切削工件。

2 十字架凸模零件自动编程数控加工

所加工的十字架凸模零件零件如图1所示,材料为45#钢,调质处理HRC21-28。

图1 十字架凸模零件

(1)确定加工工艺

如图1所示,零件形状较为规则,应用Mastercam软件的二维加工功能即可完成零件的数控切削。加工思路为:对整个零件首先进行粗加工,粗加工结束之后再统一进行零件精加工。粗加工时应先铣削正八边形,然后铣削深度为7mm的十字架,最后铣削深度为3.5mm的十字架,精加工类似。具体的走刀方式则有多种方案可供选取,如十字架的加工既可选取整个外形图素进行外形铣削,也可先加工第一象限的轮廓,然后应用刀具路径镜像完成其余部位的加工。

(2)粗加工刀具路径

零件毛坯尺寸为43×43×16mm,六面已经经过磨床精加工,编程原点设置在零件上表面的中心。首先加工八边形,选择“刀具路径”—“外形铣削”,软件弹出交互式对话框,根据加工工艺进行参数设置。加工刀具选用直径为12的高速钢端铣刀,XY平面切削加工速度为200mm/min,Z高度方向下刀速度为100mm/min,抬刀速度为400mm/min。程序号码设为1号,起始行号和增量行号均设置为10,主轴转速为1000r/min,设置进刀和退刀向量,加工参考高度(安全高度)为50,高度方向从10mm处开始进给下刀,XY方向加工余量留为0.2,Z方向不留加工余量且每次最大切削深度设置为5,为了节省加工时间,勾选不提刀选项。

补正方式有两种:电脑补正和控制器补正,这里采用电脑补正的形式,补正方向为左补偿G41。需要注意,在机床加工中,一般采用顺铣,这是因为从刀具寿命、加工精度、表面粗糙度而言顺铣效果较好,因而G41使用较多。电脑补正,是由电脑系统计算一个刀具半径补偿值,直接产生补正后的刀具路径。控制器补正,是指在CNC控制器上直接做刀具补偿,即利用NC程序中的G40、G41或G42等补偿代码指令来实现补偿。电脑补正不会出现问题,而控制器补正可能会出现问题,应用时优先选用电脑补正。此外,如果设置“程式过滤”选项,在后处理时将大大减少程序量。应用上述工艺参数设置,八边形加工刀具路径如图2所示。应用同一把刀用类似的方法,深度为7mm的十字架刀具路径如图3所示。

图2 八边形刀具路径

以十字架凸模零件的数控自动编程加工为例,介绍了Mastercam软件自动编程加工流程,包括确定加工工艺、规划加工刀具路径、动态仿真加工以及后处理生成程序。提出了加工参数设置和后处理程序生成中的注意事项。实际应用说明Mastercam软件自动编程数控加工具有方便高效的特点,生成的程序可靠准确。自动编程加工方法对复杂曲面类零件更是优势明显。

数控技术是利用数字程序控制数控机械实现自动加工的技术,广泛应用于机械制造和自动化领域,能较好地解决多品种、小批量和复杂零件加工以及生产过程自动化问题。程序是数控加工的灵魂,也是现代机械制造的关键技术,数控程序的优劣直接影响加工效率、过程稳定性、加工质量及加工成本等。

数控编程方法一般有手工编程和自动编程两类,实际应用中手工编程仍占有一定的比例,主要适用于形状规则的简单零件,这种情况下手工编程方便快捷。手工编程必须注意加工过程的每一个细微环节,力求准确无误;而自动编程一般应用CAD/CAM编程软件完成零件建模、刀具路径规划及程序的生成,加工方便快捷。下面以十字架凸模零件的数控加工为例,通过应用Mastercam软件完成程序的生成,以达到快速高效加工的目的。

1 Mastercam介绍

大型商用CAD/CAM集成系统如UG、Proe、Mastercam、CATIA、Powermill及Cima-tronE等在产品数控加工中的应用已非常普遍。Mastercam是一套应用广泛的CAD/CAM/CAE软件包,它采用图形交互式自动编程方法实现NC程序的编制。Mastercam是由美国CNCSoftware公司开发的基于微机的CAD/CAM软件,V5.0以上版本运行于Windows操作系统。由于其价格较低且功能齐全,因此有很高的市场占有率。软件的CAD功能可以构建2D或3D图形,特别适用于具有复杂外形及各种空间曲面的模具类零件的建模和造型设计。在CAM方面,软件具有以下特点:提供可靠与精确的刀具路径,可以直接在曲面及实体上加工;提供多种加工方式;提供完整的刀具库、材料库及加工参数资料库。Mastercam软件有车削、铣削、钻削、线切割等多种加工模块,允许用户通过观察刀具运动来图形化地编辑和修改刀具路径。另外,软件提供多种图形文件接口,包括DXF、IGES、STL、STA、ASCII等。

Mastercam的工作过程一般分为CAD和CAM两部分。CAD的功能是通过绘图、转入文档等生成零件的几何模型;CAM的功能是根据使用者设定的刀具尺寸、加工面的表面粗糙度及加工次数等特定参数产生路径,并将路径资料及刀具储存在NCI档中,通过后处理程序转换为NC加工程序,该程序中包含加工中的进给量、主轴转速和冷却控制等指令,可控制刀具切削工件。

2 十字架凸模零件自动编程数控加工

所加工的十字架凸模零件零件如图1所示,材料为45#钢,调质处理HRC21-28。

图1 十字架凸模零件

(1)确定加工工艺

如图1所示,零件形状较为规则,应用Mastercam软件的二维加工功能即可完成零件的数控切削。加工思路为:对整个零件首先进行粗加工,粗加工结束之后再统一进行零件精加工。粗加工时应先铣削正八边形,然后铣削深度为7mm的十字架,最后铣削深度为3.5mm的十字架,精加工类似。具体的走刀方式则有多种方案可供选取,如十字架的加工既可选取整个外形图素进行外形铣削,也可先加工第一象限的轮廓,然后应用刀具路径镜像完成其余部位的加工。

(2)粗加工刀具路径

零件毛坯尺寸为43×43×16mm,六面已经经过磨床精加工,编程原点设置在零件上表面的中心。首先加工八边形,选择“刀具路径”—“外形铣削”,软件弹出交互式对话框,根据加工工艺进行参数设置。加工刀具选用直径为12的高速钢端铣刀,XY平面切削加工速度为200mm/min,Z高度方向下刀速度为100mm/min,抬刀速度为400mm/min。程序号码设为1号,起始行号和增量行号均设置为10,主轴转速为1000r/min,设置进刀和退刀向量,加工参考高度(安全高度)为50,高度方向从10mm处开始进给下刀,XY方向加工余量留为0.2,Z方向不留加工余量且每次最大切削深度设置为5,为了节省加工时间,勾选不提刀选项。

补正方式有两种:电脑补正和控制器补正,这里采用电脑补正的形式,补正方向为左补偿G41。需要注意,在机床加工中,一般采用顺铣,这是因为从刀具寿命、加工精度、表面粗糙度而言顺铣效果较好,因而G41使用较多。电脑补正,是由电脑系统计算一个刀具半径补偿值,直接产生补正后的刀具路径。控制器补正,是指在CNC控制器上直接做刀具补偿,即利用NC程序中的G40、G41或G42等补偿代码指令来实现补偿。电脑补正不会出现问题,而控制器补正可能会出现问题,应用时优先选用电脑补正。此外,如果设置“程式过滤”选项,在后处理时将大大减少程序量。应用上述工艺参数设置,八边形加工刀具路径如图2所示。应用同一把刀用类似的方法,深度为7mm的十字架刀具路径如图3所示。

图2 八边形刀具路径


基于MasterCAM的复杂零件铣削加工

本文通过研究短螺距三向滚柱链轮的加工工艺性,建立三维模型,合理分析短螺距三向滚柱链轮加工工艺特点、刀具选型、切削用量和走刀路线,拟定了利用三轴联动的加工中心对短螺距三向滚柱链轮的外齿形进行加工的工艺方案。

对于轮廓复杂且加工设备、刀具要求专一的零件,优化加工工艺,降低加工成本、提高加工效率是完成此类零件加工的关键所在。本文通过研究短螺距三向滚柱链轮的加工工艺性,建立三维模型,合理分析短螺距三向滚柱链轮加工工艺特点、刀具选型、切削用量和走刀路线,拟定了利用三轴联动的加工中心对短螺距三向滚柱链轮的外齿形进行加工的工艺方案,主要通过MasterCAM软件对加工过程中的铣削方式、铣削参数、刀具的选择、走刀轨迹以及后处理的全过程进行仿真,验证数控加工程序的正确性及合理性。从而完成此类零件的实际加工与CAM软件的无缝结合,使设计、数控加工更加方便,快捷。

一、利用Solid Edge对零件进行三维实体造型

Solid Edge软件具有强大的功能,以其参数化、基于特征和全相关等概念闻名于CAD业界,利用该软件对被加工的零件进行实体造型。造型的正确与否是决定加工零件质量的关键,因为它会直接影响到成品的最终尺寸。因此在造型过程中一定要将零件图样上反映出的所有信息认真审阅并消化,将图样中要求的信息(如齿形计算公式、模数、齿数、外径和高度等)完全体现在三维造型中,如图1所示。

图1 三维造型

二、根据齿形最小拐角处确定刀具规格

刀具规格的选择会直接影响加工效率、零件表面质量及加工成本。刀具在选择时应尽量选择刀柄直径粗的立铣刀,因为刀柄直径粗的立铣刀在高速加工时相对刚性比较好,这样在加工过程中可将机床进给速度提高,从而提高加工效率,刀具直径大小的选择应充分考虑在加工过程中会不会与链轮的尖角部位发生过切现象,以保证刀具能够加工到最小凹陷处曲面与最小拐角处。目前比较常用的是可换刀片式的硬质合金机夹刀,这种刀具在切削奥式体不锈钢时(工件材料1Cr18Ni9Si3)进给速度可达800mm/min。根据图样提供的技术参数,进行计算,得知齿根圆弧为36.56mm,因此选用外径为26mm的可换机加刀片的立铣刀对零件进行铣削。在MasterCAM中加工环境下设定具体刀具参数如图2所示。

图2 刀具参数

三、根据三维模型建立机床坐标

创建编程坐标系要着重考虑工件在加工中心上如何定位,如何放置的问题,同时还要便于操作人员对刀,通常是以链轮内孔圆心为零点,以被加工的工件的上表面为Z轴的零点,这样不仅能够保证加工中心各轴的加工行程,也方便在机床上找正。只需轮表找正芯轴中心就可以准确地设置X轴、Y轴的零点,能够达到既准确又方便的效果。在MasterCAM加工环境下设定机床坐标点如图3所示。

图3 机床坐标点

四、确定铣削方式

MasterCAM软件提供了丰富的轮廓铣削方式,能够铣削较复杂的外观形状,它几乎可以加工任何形状的异形曲面,经过分析,链轮的齿形是由复杂的渐开线形成,因此采用轮廓铣削方式,如图4所示。

图4 轮廓铣削方式

五、选取待加工的外形轮廓

在选取待加工外形轮廓后,一定要对选定的外形轮廓进行校验,此项值得注意的是,应防止多选外形轮廓或者漏选外形轮廓,无论是多选外形轮廓还是漏选外形轮廓都会影响成品的最终加工尺寸,严重的情况下可能会导致撞刀现象的发生,从而使工件报废,甚至损坏机床。因此要切记选取的被加工外形轮廓正确无误,以避免不必要的错误发生,如图5所示。

图5 确定被加工外形轮廓正确无误

本文通过研究短螺距三向滚柱链轮的加工工艺性,建立三维模型,合理分析短螺距三向滚柱链轮加工工艺特点、刀具选型、切削用量和走刀路线,拟定了利用三轴联动的加工中心对短螺距三向滚柱链轮的外齿形进行加工的工艺方案。

对于轮廓复杂且加工设备、刀具要求专一的零件,优化加工工艺,降低加工成本、提高加工效率是完成此类零件加工的关键所在。本文通过研究短螺距三向滚柱链轮的加工工艺性,建立三维模型,合理分析短螺距三向滚柱链轮加工工艺特点、刀具选型、切削用量和走刀路线,拟定了利用三轴联动的加工中心对短螺距三向滚柱链轮的外齿形进行加工的工艺方案,主要通过MasterCAM软件对加工过程中的铣削方式、铣削参数、刀具的选择、走刀轨迹以及后处理的全过程进行仿真,验证数控加工程序的正确性及合理性。从而完成此类零件的实际加工与CAM软件的无缝结合,使设计、数控加工更加方便,快捷。

一、利用Solid Edge对零件进行三维实体造型

Solid Edge软件具有强大的功能,以其参数化、基于特征和全相关等概念闻名于CAD业界,利用该软件对被加工的零件进行实体造型。造型的正确与否是决定加工零件质量的关键,因为它会直接影响到成品的最终尺寸。因此在造型过程中一定要将零件图样上反映出的所有信息认真审阅并消化,将图样中要求的信息(如齿形计算公式、模数、齿数、外径和高度等)完全体现在三维造型中,如图1所示。

图1 三维造型

二、根据齿形最小拐角处确定刀具规格

刀具规格的选择会直接影响加工效率、零件表面质量及加工成本。刀具在选择时应尽量选择刀柄直径粗的立铣刀,因为刀柄直径粗的立铣刀在高速加工时相对刚性比较好,这样在加工过程中可将机床进给速度提高,从而提高加工效率,刀具直径大小的选择应充分考虑在加工过程中会不会与链轮的尖角部位发生过切现象,以保证刀具能够加工到最小凹陷处曲面与最小拐角处。目前比较常用的是可换刀片式的硬质合金机夹刀,这种刀具在切削奥式体不锈钢时(工件材料1Cr18Ni9Si3)进给速度可达800mm/min。根据图样提供的技术参数,进行计算,得知齿根圆弧为36.56mm,因此选用外径为26mm的可换机加刀片的立铣刀对零件进行铣削。在MasterCAM中加工环境下设定具体刀具参数如图2所示。

图2 刀具参数

三、根据三维模型建立机床坐标

创建编程坐标系要着重考虑工件在加工中心上如何定位,如何放置的问题,同时还要便于操作人员对刀,通常是以链轮内孔圆心为零点,以被加工的工件的上表面为Z轴的零点,这样不仅能够保证加工中心各轴的加工行程,也方便在机床上找正。只需轮表找正芯轴中心就可以准确地设置X轴、Y轴的零点,能够达到既准确又方便的效果。在MasterCAM加工环境下设定机床坐标点如图3所示。

图3 机床坐标点

四、确定铣削方式

MasterCAM软件提供了丰富的轮廓铣削方式,能够铣削较复杂的外观形状,它几乎可以加工任何形状的异形曲面,经过分析,链轮的齿形是由复杂的渐开线形成,因此采用轮廓铣削方式,如图4所示。

图4 轮廓铣削方式

五、选取待加工的外形轮廓

在选取待加工外形轮廓后,一定要对选定的外形轮廓进行校验,此项值得注意的是,应防止多选外形轮廓或者漏选外形轮廓,无论是多选外形轮廓还是漏选外形轮廓都会影响成品的最终加工尺寸,严重的情况下可能会导致撞刀现象的发生,从而使工件报废,甚至损坏机床。因此要切记选取的被加工外形轮廓正确无误,以避免不必要的错误发生,如图5所示。

图5 确定被加工外形轮廓正确无误

相关热点