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Mastercam软件在大桥鞍座加工中的应用
2013-11-21 23:45:09  作者:  来源:网络
  • Mastercam为一优秀的CAD/CAM软件,本文简要介绍了Mastercam软件的一些主要功能,并以钢索斜拉桥鞍座的加工为例,说明了如何利用Mastercam软件解决复杂零件的曲面数控加工问题。

  一、 数控编程软件分析目前数控编程方法主要有三种:

  1、手工编程 手工编程要用人工方法对零件的几何信息进行必要的数学处理,用手工方法编写加工程序单、穿制加工程序纸带。因而编程的速度慢、精度低,对所编写程序的检查也很困难。对某些形状复杂的零件编程问题,如多轴联动等,用手工编程根本无法解决。

  2、利用APT语言自动编程 使用APT语言自动编程可将数学处理、编写加工程序单和穿制纸带的过程交给计算机完成,从而提高了编程的速度和精度,解决了某些手工编程无法解决的复杂零件的编程问题。然而,这种方法也有一些不足,由于APT语言是开发得比较早的计算机数控编程语言,它的图形处理功能不强,因而必须在APT源程序中用数控语言的形式来描述本来十分直观的几何图形、零件信息及加工过程,再由计算机做进一步的处理,生成加工程序。致使这种方法直观性差,编程过程比较复杂,不便于进行阶段性检查。

  3、图形交互自动编程 图形交互自动编程是一种计算机辅助编程技术,通常以计算机辅助设计(CAD)为基础,利用CAD软件的图形编辑功能将零件的几何形状绘制到计算机上,生成图形文件,然后调用数控编程模块,采用人机交互的方法在计算机屏幕上指定被加工的部位,输入相应的加工参数,计算机便可进行必要的数学处理并自动生成加工程序。同时,还可在计算机屏幕上动态地显示刀具的加工轨迹。显然,这种编程方法较前两种具有速度快、精度高、直观性好、使用方便、便于检查等优点,并已成为目前国内外先进的CAD/CAM软件所普遍采用的数控编程方法。

  二、Mastercam 软件简介

  Mastercam是美国CNC公司开发的基于PC平台的CAD/CAM软件,它具有以下优点:

  方便直观的几何造型Mastercam提供了设计零件外形所需的理想环境,其强大稳定的造型功能可设计出复杂的曲线、曲面零件。

  Mastercam具有强劲的曲面粗加工及灵活的曲面精加工功能。Mastercam提供了多种先进的粗加工技术,以提高零件加工的效率和质量。Mastercam还具有丰富的曲面精加工功能,可以从中选择最好的方法,加工最复杂的零件。Mastercam的多轴加工功能,为零件的加工提供了更多的灵活性。

  可靠的刀具路径校验功能Mastercam可模拟零件加工的整个过程,模拟中不但能显示刀具和夹具,还能检查刀具和夹具与被加工零件的干涉、碰撞情况。

  三、大桥鞍座加工中的主要问题

  我们的用户承接加工的大桥鞍座,其体积庞大(2930*1880*1549mm),形状复杂。14个绳槽的底面和侧面均为三维空间曲面,他们在鞍座上形成了一个两头开、中间凹的狭长通道(见图1)。实际加工中刀具及机床方滑枕的尺寸都较大,通过通道时,稍不小心,就会与工件发生碰撞。铸件毛坯的余量很不均匀,绳槽底面两端的余量很大,中间的余量很小。为了保证曲面外型及被加工曲面的表面粗糙度,工件的加工工艺分为粗加工、热处理和精加工三步。粗加工采用三轴联动铣削,并保证加工后绳槽底面和侧面均有20mm余量。热处理后,采用四轴联动铣削进行精加工,以保证绳槽底面和侧面的粗糙度。

  

  图 1

  加工所用数控机床为INGSOLLAN卧式四轴联动铣床。X、Y、Z行程分别为:21m、6m、1.5m。铣头的转角为-200度~200度。所用铣刀是直径为350mm~630mm的三面刃铣刀。CAD/CAM系统是Mastercam。机床、工件及刀具的相对位置关系如图2所示。粗加工的主要问题是如何选择最优的加工方法,以最高的效率去除毛坯余量。并使一次走刀中的切削用量均匀,所留精加工余量也应均匀。绳槽底面的毛坯余量很不均匀(见图3),需要选择合理的走刀方式。粗加工的另一个关键问题是避免刀具与工件的碰撞。如图4所示,绳槽曲面的加工只能用OneWay的走刀路线。当刀具沿OneWay路线从起点铣到终点,再从终点快速回到起点时,不能在终点抬刀后直接沿直线回到起点。因为鞍座上的通道很窄,稍有抬刀就会碰到上半部分。必须采用图中实线所示的退刀路线。刀具铣完一次后,从终点完全退到零件外面,再从零件外面快速回到起点,做第二次铣削。

  

  四、使用Mastercam几何造型

  Mastercam具有很强的曲线、曲面造型功能,曲面造型主要有以下几种方法:Loft(举升面)、Ruled(直纹面)、Coons(孔斯面)、Revolved(回转面)、Swept(扫描面)、Fillet(倒角面)、Trim\Extend(修剪、延伸面)、Blend(熔接面)等。鞍座的绳槽分为左右对称的两部分,每一部分有七个绳槽曲面,在造型时只要造出其中的一部分就可以了。首先按图纸尺寸作出绳槽的底面曲线和侧面曲线,绳槽的底面曲线由四段圆弧组成,侧面曲线由圆弧与直线组成。然后用串接(chain)的方法分别将组成底面曲线与侧面曲线的圆弧与直线串接起来,以直纹面(Ruled surface)方式生成绳槽曲面。

  五、使用Mastercam粗、精加工

  Mastercam提供了多种曲面加工方法,经过权衡,我们选择了曲面加工中的Finish,Project方法。首先用Mastercam提供的Contour加工方法,生成绳槽底面曲线的二维加工路线,在生成二维Contour加工路线时,应设置相应的参数,保证加工后底面留有20mm的余量。将二维Contour加工路线向绳槽侧面投影,就生成了加工绳槽曲面的三维走刀路线。在Surface,Finish,Project加工参数设置中,应设定相应参数,以确定毛坯余量并保证加工后侧面留20mm余量。为了避免刀具与工件的碰撞,我们采取了两种措施。

  第一,加工不同的绳槽曲面采用不同直径的刀具。越靠近鞍座中心的绳槽曲面,使用直径越大的刀具。根据厂内的实际情况,选用了φ315的端铣刀以及φ400、φ500、φ630的三面刃铣刀。Mastercam自带的刀具库中没有这些刀具,我们使用Mastercam的自定义刀具功能,自己设定刀具的各个参数,并将自定义的刀具保存到自己的刀具库中。

  第二,利用Mastercam的进刀与退刀设置功能及抬刀高度设置功能,对不同的绳槽曲面采用不同的进刀、退刀方式及不同的抬刀高度,并设置附加的进刀点与退刀点,从而避免了刀具与工件的碰撞。绳槽曲面的精加工我们采用四轴加工的方式。Mastercam7.1提供了多种多轴联动加工方法。绳槽的加工采用Curve5-axis方法最为合适。加工时,刀具沿着绳槽的底面曲线运动,且刀具的轴线始终与绳槽侧面的法线方向相同。

  六、使用Mastercam检验刀具路径

  生成绳槽曲面的加工走刀路线后,我们用Mastercam软件的刀具路线校验功能,可以很方便地检查刀具路径的正确与否。

  七、后置处理

  Mastercam提供400种以上的后置处理文件以适用于各种类型的数控系统,用户采用的是FANUC系统,机床为四轴联动卧式铣床。根据机床的实际结构,我们编制了专门的后置处理文件,绳槽曲面加工刀具路径NCI文件经后置处理后生成加工程序。

  八、使用Mastercam 实现DNC加工

  DNC(直接数控)是指用一台计算机直接控制多台数控机床,其技术是实现CAD/CAM的关键技术之一。由于本工件较大,处理的数据多,所生成的程序长,数控机床的磁泡存储器已不能满足程序量的要求,这样就必须采用DNC加工方式,利用RS-232串行接口,将计算机和数控机床连接起来。利用Mastercam的Communic功能进行通讯,而不必考虑机床的内存不足问题。

  小结:通过大量的实践,我们体会到用Mastercam软件编制复杂零件的加工程序极为方便,而且能对加工过程进行实时仿真,真实反映加工过程中的实际情况,不愧为一优秀的CAD/CAM软件。



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