基于MasterCAM的鼠标模电极数控加工

杨云国

摘 要：曲面电极加工是数控加工中的难点，该文结合鼠标模电极加工的具体实例，阐述了MasterCAM软件在曲面电极加工中的应用，从刀路选择、加工工序安排等方面着手，改进了曲面电极加工的一些常用方法，生产试验表明合理选择曲面电极加工方式对满足电极加工精度与提高加工效率有着重要影响。

关键字：电极加工 刀路分析 数控铣削

中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）03（c）-0091-02

1 鼠标模电极的数控加工工艺分析

1.1 鼠标模电极零件图

如下图1所示。

1.2 电极加工工艺分析

确定好待加工电极的几何模型后就需要对电极的数控加工工艺进行总体规划。此电极的加工难点在于其表面由不同的曲面构成，而且表面有起伏，有凸沿，加工起来比较复杂。在选择加工工艺参数应考虑电极的几何形状、表面粗糙度、加工精度.以及材料的刚度和变形等，采取先粗后精的加工方式。综合以往的加工经验，该研究者认为比较合理的加工工艺安排为：粗加工→半精加工→精加工。

（1）粗加工。粗加工的原则是采用大刀具、大步具、大行距、大切削深度，去除毛坯的大部分余量，这样可以节省加工时间、提高劳动生产率。应设置合适加工余量，如果设置过大，会影响后续加工，致使加工表面粗糙；过小，由于粗加工时刀具的振动已经伤及最后成型表面，致使加工质量下降。在加工时运用多层铣削功能设置层的深度。综上考虑，使用平行铣削粗加工刀路比较合适。

（2）半精加工。粗加工后电极加工表面刀痕粗糙，在斜面上呈“梯田”状，表面应力大，有变形现象。半精加工时步距、行距、切削深度和刀具半径等参数都相应减少，提高表面精度、消除应力变形，留少许余量，为精加工做好准备。考虑到电极的形状结构，采用等高外形精加工刀路。

（3）精加工。精加工后电极要满足设计图样的最终精度，零件的加工质量与加工设备、装夹、操作者、刀具、冷却液等诸多因素有关，为此做加工计划时步距、行距、走刀公差的设置要比图样设计小，这样才能加工出符合质量要求的电极。鼠标模电极上面部分比较平坦，称为浅平面，中间滚轮部分曲面陡峭，称为陡斜面。基于以上工艺分析及曲面特点，浅平面与陡斜面是一个加工难点。解决这一问题所需的精加工时间长，同时还要兼顾效率，因此合理选择精加工方法至关重要，根据曲面特点可采取平行铣削精加工的刀路安排。

结合以上的工艺分析、优化及该电极的大小，加工时选用一块75mm×45mm× 40mm长方形紫铜毛坯。数控铣床加工，装夹工具选用平口虎钳.加工原点定在电极毛坯块对称中心的上表面，粗加工和半精加工刀具选择￠l0立铣刀，精加工刀具选择￠8的球头刀。

2 鼠标模电极的数控加工过程

2.1 曲面粗加工——平行铣削粗加工

电极粗加工，采用曲面平行铣削粗加工.以￠l0立铣刀去掉绝大部分加工余量。曲面平行铣削加工是分层清除曲面与加工范围之间的所有材料的加工方法。刀路计算时短，刀具切削负荷均匀，加工效率高，加工表面质量好。加工的主要目的是去除大部分材料，一般为粗加工的第一步首选方案。步骤如下：选择刀具路径——曲面加工——粗加工——平行铣削——凸——所有的——曲面——执行。然后根据对话框的提示设置各项加工参数：

（1）设置刀具参数：进给率1 000mm/min：下刀速率100mm/min：提刀速率1 500 mm/min；主轴转速2 000r/min。

（2）设置曲面加工参数：安全高度采用绝对坐标100mm；参考高度采用绝对坐标50mm，下到位置5mm，采用快速提刀，预留0.5mm的加工余量。

（3）设置平行铣削粗加工参数：整体误0.025，最大z轴进给量1 mm。选择双向铣削方式，最大切削间距2mm，加工效果如图2。

2.2 曲面半精加工——等高外形加工

电极半精加工，为下一步精加工清除障碍。等高外形加工的特点是加工路径产生在相同的等高线轮廓上。对于形状接近零件形状的毛坯，无需一层一层地对毛坯进行切削。一般常用于侧壁外形曲面精加工及清角加工，一般也作为平面铣削加工后的二次粗加工。以小直径刀具去除残料。步骤如下：选择刀具路径——曲面加工——精加工——等高外形----所有的——曲面——执行。

（1）设置刀具参数：进给率1 200mm/min：下刀速率100mm/min；提刀速率1 500 mm/min；主轴转速2 500r/min。

（2）设置曲面加工参数：加工面预留0.1 mm的加工余量，其他参数和上面粗加工相同。

（3）设置等高外形精加工参数：z轴最大进给量0.15 mm，整体误差0.025。采用顺铣切削方式。切削深度采用绝对坐标，最高位置-20，最低位置-24，其他设置默认。加工过程见图4。

2.3 曲面精加工——平行铣削精加工

电极精加工，要得到加工质量最好的曲面，使用￠8的球头刀采取平行铣削精加工方式进行曲面精加工。平行铣削是分层平行切削加工的方法，该刀路计算时间长，提刀次数多，对坡度小的曲面加工效果较好，遇有陡斜面时需控制加工角度，可作为曲面精加工阶段的首选刀路。步骤如下：选择刀具路径工——曲面加工——精加工——平行铣削——所有的——曲面——执行。

（1）設置刀具参数：进给率1 500mm/min：下刀速率100mm/min；提刀速率1 500 mm/min；主轴转速3 000r/min。

（2）设置曲面加工参数：加工面预留0mm加工余量，其他参数和上面粗加工相同。

（3）设置平行铣削精加工参数：整体误差0.025，采用双向切削方式，最大切削间距为0.1 mm，加工角度45°。

2.4 加工时要注意的问题

（1）工件和刀具一定要装夹牢固，防止加工过程中出现松动，影响加工质量甚至报废零件。

（2）为了得到比较高的加工精度，建议采用杠杆百分表对刀法进行对刀。

（3）中间换刀是一定要注意是否在安全的空间位置，不要出现撞刀事故。

（4）加工时一定要使用切削液冷却，最好切削油进行润滑和冷却。

（5）正确的操作数控车床，保证安全文明生产。

参考文献

[1] 傅伟.Mastercam软件应用技术[M].北京：人民邮电出版社，2006.

[2] 宋国龙.基于Master CAM 的曲面造型中加工特点分析[J].陕西科技大学学报，2009，27（5）：127-129.

[3] 李立斌.基于Master CAM的曲面零件的数控加工编程[J].机电一体化，2009（6）：101-104.