Mastercam曲面加工策略及应用经验分享

Mastercam 曲面加工策略及应用经验分享曲面加工策略及应用经验分享 By ssg 模具数控加工刀具的选择和铣削曲面时要留意的问题模具数控加工刀具的选择和铣削曲面时要留意的问题 1 刀具的选择 数控机床在加工模具时所采用的刀具多数与通用刀具相同 经常也使用机夹不重磨可转位 硬质合金刀片的铣刀 由于模具中有许多是由曲面构成的型腔 所以经常需要采用球头刀 以及环形刀 即立铣刀刀尖呈圆弧倒角状 2 铣削曲面时应注意的问题 1 粗铣 粗铣时应根据被加工曲面给出的余量 用立铣刀按等高面一层一层地铣削 这种 粗铣效率高 粗铣后的曲面类似于山坡上的梯田 台阶的高度视粗铣精度而定 2 半精铣 半精铣的目的是铣掉 梯田 的台阶 使被加工表面更接近于理论曲面 采用 球头铣刀一般为精加工工序留出 0 5 左右的加工余量 半精加工的行距和步距可比精加工 大 3 精加工 最终加工出理论曲面 用球头铣刀精加工曲面时 一般用行切法 对于开敞性 比较好的零件而言 行切的折返点应选在曲表的外面 即在编程时 应把曲面向外延伸一 些 对开敞性不好的零件表面 由于折返时 切削速度的变化 很容易在已加工表面上及 阻挡面上 留下由停顿和振动产生的刀痕 所以在加工和编程时 一是要在折返时降低进 给速度 二是在编程时 被加工曲面折返点应稍离开阻挡面 对曲面与阻挡面相贯线对曲面与阻挡面相贯线应单 作一个清根程序另外加工 这样就会使被加工曲面与阻挡面光滑连接 而不致产生很大的 刀痕 4 球头铣刀在铣削曲面时 其刀尖处的切削速度很低 如果用球刀垂直于被加工面铣削 比较平缓的曲面时 球刀刀尖切出的表面质量比较差 所以应适当地提高主轴转速 另外 还应避免用刀尖切削 5 避免垂直下刀 平底圆柱铣刀有两种 一种是端面有顶尖孔 其端刃不过中心 另一 种是端面无顶尖孔 端刃相连且过中心 在铣削曲面时 有顶尖孔的端铣刀绝对不能像钻 头似的向下垂直进刀 除非预先钻有工艺孔 否则会把铣刀顶断 如果用无顶尖孔的端刀 时可以垂直向下进刀 但由于刀刃角度太小 轴向力很大 所以也应尽量避免 最好的办 法是向斜下方进刀 进到一定深度后再用侧刃横向切削 在铣削凹槽面时 可以预钻出工 艺孔以便下刀 用球头铣刀垂直进刀的效果虽然比平底的端铣刀要好 但也因轴向力过大 影响切削效果的缘故 最好不使用这种下刀方式 6 铣削曲面零件中 如果发现零件材料热处理不好 有裂纹 组织不均匀等现象时 应 及时停止加工 以免浪费工时 7 在铣削模具型腔比较复杂的曲面时 一般需要较长的周期 因此 在每次开机铣削前 应对机床 夹具 刀具进行适当的检查 以免在中途发生故障 影响加工精度 甚至造成 废品 8 在模具型腔铣削时 应根据加工表面的粗糙度适当掌握修锉余量 对于铣削比较困难 的部位 如果加工表面粗糙度较差 应适当多留些修锉余量 而对于平面 直角沟槽等容 易加工的部位 应尽量降低加工表面粗糙度值 减少修锉工作量 避免因大面积修锉而影 响型腔曲面的精度 Mastercam 的编程路径 第一 Mastercam9 1 的二维铣削加工方式有四种 外型铣削 挖槽 钻孔 面铣等 见图 1 Contour 二维外型铣削 Drill 钻孔 Pocket 二维挖槽 Face 铣面 这四个命令都不太复杂 但是在实际加工中却很管用 只需要把各个命令的参数选项的 意思弄清楚就很容易编写出合理的程序 第二 Mastercam9 1 的三维铣削 加工方式分为粗加工和精加工 粗加工中共有八个刀具 路径 见图 2 精加工共有十个刀具路径 见图 3 在粗加工刀路和精加工刀路中 有五个刀 路是一样的名称 Parallel Radial Project Flowline Contour 但是在编程的路径并不是一 样 这是很多初学者很容易混淆的地方 Parallel 平行铣削 主要是对斜率比较小的平面进行加工 一般 45 度平行铣削加工出来 的效果最佳 Radial 径向铣削 这个刀具的路径通过制定的原点成 360 度辐射状生成刀具路径 这个 路径最适合加工球面或类球面 Project 投影加工 将已经生成的 2D 刀具路径投影到曲面上 Flowline 流线加工 对于 一些曲面 我们可以通过这个命令让刀具沿着曲面的横向或纵向生成贴合曲面的刀具路径 在曲面粗加工中 使用最多的命令要属 Pocket 因为一般切削类的曲面零件 在选择曲面 和外围边界后 留上一定的余量就开始挖槽 而 Pocket 命令中有九个刀具路径选择 适合很多 形状零件的加工 所以 Pocket 这个命令成为使用频率最高的命令 在曲面精加工中 Contour Shallow Leftover Scallop 这四个命令的使用频率也是比较 高的 Contour 等高外形 对于比较陡的侧面是不二的首选命令 Shallow 浅平面加工 对于斜率比较小曲面 这个刀具路径能够达到很好的加工效果 主 要用来加工零件的上表面和底平面 Leftover 交线清角 自动计算两个曲面交汇的地方 并用刀具沿交线的位置铣掉多余的 材料 Scallop 3D 环绕 当曲面是无规则的 而用其他命令都不太适合的时候 就可以用这个刀 具路径 但是这个刀具计算起来很复杂 而且生成的程序数据量很大 不到万不得以的时候 最好少用 第三 Mastercam9 1 的多轴铣削有 5 个五轴加工路径和一个四轴加工路径 见图 4 五 轴铣床的价格很昂贵 在一般的企业中很少见 而四轴铣床在一般的企业中很常见 但是四轴 编程的刀路就一个 而且程序中的参数也不是很复杂 其实对于数控机床的编程而言 难处不 在自动编程的过程中 而是在编程之前对曲面和边界轮廓的处理过程中 对于曲面和边界轮 廓的处理 并不是一天就能学会 而是日积月累的结果 UG CAM 常见问题 UG CAM 常见问题 本问答题作为本书最后的复习 主要针对 UG CAM 中的一些基本概念和基础知识进行一下 系统的总结 读者也可以先不看答案 自己回答这些问题 作为学习本课程后的一个自我 检查 1 什么是操作 答 操作中包含了生成一个刀轨所需的全部信息 2 创建操作的目的是什么 答 创建操作的目的是存贮 CAM 的信息和生成刀轨 3 操作信息存贮在哪里 答 操作信息存贮在部件文件 prt 中 4 一个操作可以生成多少个刀轨 答 只有一个 5 当加工零件上的平面时 选择何种操作类型 答 当加工几何体上的平面时 选择操作类型的原则是使用平面铣 6 当粗加工曲面类的零件时 选择何种操作类型 答 当粗加工曲面类的几何体时 选择型腔铣操作 7 当精加工曲面类的零件时 选择何种操作类型 答 当精加工曲面类的零件时 选择固定轴曲面轮廓铣操作 8 在加工装配件中是否包含实际的几何体 答 一般情况下 加工装配件中没有实际的几何体 但是有时也可以包含毛坯几何体 9 创建和使用加工装配件的目的是什么 答 创建和使用加工装配件 可以使不同的部门共同使用各个部件文件 这些部件文件是 写保护的 这样可以保护部件文件的数据 避免不必要的重复建模 节省磁盘空间和内存 10 在加工装配件时使用的是什么方法 答 使用的是主模型方法 11 在打开一个部件文件 创建操作时 是否每次都需要选择加工环境 答 如果打开的这个部件文件中没有任何加工的信息 或是第一次进入加工应用 则需要 选择加工环境 当一个部件文件中已经存在操作或加工信息时 就不需要再选择加工环境 12 进入加工应用模块后 UG 界面中有那些对话框是加工应用所特有的 答 进入加工应用模块后 创建对话框 操作导航工具是加工应用特有的也是常用的对话 框 13 创建对话框可以创建哪些加工对象 答 创建对话框可以创建操作 刀具 几何体 方法和程序 14 操作导航工具有哪几种视图显示方式 答 操作导航工具有四个视图 程序顺序 刀具 几何体和加工方法 15 刀轨输出是按照哪个视图的顺序 答 刀轨按照程序顺序视图中的顺序输出 16 为什么要在创建操作前先要创建程序 刀具 几何体和方法等父节点组 答 在创建操作前先创建程序 刀具 几何体和方法等父节点组的好处一是可以减小部件 文件的大小 二是在只需要选择对应的父节点组即可快速容易地创建多个操作 三是操作 与它的父节点组之间具有相关性 操作继承了父节点组的信息 修改父节点组后 只需重 新生成刀轨即可 17 操作中使用的刀具可以用什么方法得到 答 有两种方法可以得到所需的刀具 创建刀具和从刀具库中调入 Retrieve 刀具 18 创建了一把刀具后 它能否作为父节点组呢 答 可以 因为刀具可以包含操作 如果把一个操作从一把刀具下移动到另一把刀具下 这个操作将继承新的刀具的设置 19 创建方法对话框有哪些作用 答 创建方法对话框可以设置粗加工或精加工选项 如 零件余量 内公差和外公差 可 以设置显示选项 可以计算进给速度和主轴转速 20 创建程序对话框有哪些作用 答 用来对操作分类和排序 决定刀轨输出时的顺序 在大多数情况下 不需要创建新的 程序父节点组 而是利用 UG 缺省的程序父节点组 21 操作从它的程序父节点组中继承了什么信息 答 没有继承任何信息 把操作从一个父节点组下移动到另一个父节点组下后 没有改变 该操作的任何设置 22 既然程序父节点组不会向操作中传递任何信息 那么为什么还要创建程序父节点组呢 答 虽然程序父节点组不会向操作中传递任何信息 但是它的存在是十分必要的 因为在 操作导航工具的程序顺序视图中刀轨的排列顺序决定了它们的输出顺序 23 在加工应用模块中 工作坐标系 WCS 有什么特殊的作用 答 在加工应用模块中 所有输入的坐标值 如 FROM 点 矢量 如 I J K 以及安 全平面的位置 如 ZC 30 等均相对于 WCS 24 什么是加工坐标系 MCS 答 加工坐标系决定了刀轨的零点 刀轨中的坐标值均相对于加工坐标系 另外在没有定 义刀轴方向时 缺省的刀轴方向为 MCS 的 ZM 25 用哪个对话框创建 MCS 答 MCS 是在创建几何体对话框中创建的 在操作导航工具的几何体视图中是一个加工坐 标系父节点组 26 在 UG CAM 中可以创建几个 MCS 答 在 UG CAM 中 MCS 的数量不限 可以根据实际需要创建多个 MCS 27 如果创建了多个 MCS 的父节点组 每个 MCS 下可以列出那些操作 答 凡是使用这个加工坐标系的操作都应列在这个 MCS 父节点组下 28 平面铣使用何种类型的几何体 答 平面铣使用边界几何体 29 应该为平面铣操作创建何种类型的几何体父节点组 答 Mill Bnd 30 请列举出 UG CAM 中常用的几种切削方法 答 UG CAM 中常用的切削方法包括 Zig Zig Zag Zig with Contour Follow Part Follow Periphery Profile Standard Drive 等 31 在每种操作类型中 有哪些共同的设置 试举出三个参数 答 Engage Retract Stock Clearance Plane Feed Rates 和 Check Geometry 等 32 可以用于平面铣操作的几何体父节点组有哪些 答 Mill Bnd 和 MCS 33 可以用于型腔铣操作的几何体父节点组有哪些 答 Mill Geom 和 MCS 34 型腔铣操作可以加工哪种类型的几何体 答 型腔和型芯 35 在型腔铣中刀具切削时是否有 Z 轴方向的运动 答 没有 因为型腔铣是两轴联动的操作类型 所以在切削运动中刀具没有 Z 轴方向的运 动 36 缺省的切削区间的位置在哪里 答 缺省的切削区间是从零件或毛坯的顶部到底部 37 什么是顶部切削层 Top Level 答 顶部切削层是第一个区间的顶部 即开始切削的地方 38 什么是区间顶部 Range Top 答 区间顶部是某个区间的顶部 也是上一个区间的底部 39 在型腔铣中 生成刀轨时如果出现这样一个警告信息 Tool Cannot Cut into Any Level 这时应检查哪些设置 答 出现这个警告信息 首先要检查刀轴方向和加工坐标系的 ZM 是否正确 再检查刀具 是否太大 最后检查切削区间的设置是否正确 40 平面铣和型腔铣中各用什么参数定义切削深度 答 平面铣中用 Cut Depth 选项定义切削深度 型腔铣中用 Cut Level 选项 41 在固定轴曲面轮廓铣中除了选择零件几何体外 还可以用什么进一步引导刀具的运动 答 用驱动几何体可以进一步引导刀具运动 42 选择各种驱动方法的依据是什么 答 根据被加工的几何体 如 曲线 曲面还是边界 和刀轨的类型 如 螺旋状还是放 射线状 选择驱动方法 43 非切削运动中的工作状况 Case 是什么意思 答 非切削运动中的工作状况是指该运动用在什么时候 如初始的进刀运动 其工作状况 为 Initial 44 定义非切削运动几何体时用 Accept 和 Return Current 中的哪个选项接受该几何体 答 用 Return Current 定义非切削运动几何体时只有用 Return Current 才会接受当前的几 何体 45 可以用点位加工操作加工的几何体包括哪些 答 点位加工操作可以加工孔 点 圆弧和圆等类型的几何体 46 在一个点位加工操作中最多可以定义几个循环参数组 答 5 个 Mastrecam UG 的运用心得 用 Mastercam 和 UG 多年了 借此论坛谈一谈我用 Mastercam 和 UG 之心得体会 一 2D 铣削 Mastercam 编程的特色是快捷 方便 这一特色体现在 2D 刀路上尤为突出 1 Mastercam 的串联非常快捷 只要你抽出的曲线是连续的 若不连续 也非常容易检查 出来哪里有断点 一个简单的方法是 用分析命令 将公差设为最少 为 0 00005 然后去 选择看似连续的曲线 通不过的地方就是有问题的 可用曲线融接的方法迅速搞定 总之 在 Mastercam 中 只要先将加工零件的轮廓边现 台阶线 孔 槽位线等等 全部 搞定 接下来的 cam 操作就很方便了 2 由于 Mastercam 的 2d 串联方便快速 所以不论你一次性加工的工件含有多少轮廓线 总是很容易的全部选取下来 一个特大的好处是 串联的起始处便是进刀圆弧 通常要设 定进刀弧 所在处 这一点 至少是 UG 目前的任何版本望尘莫及的 3 流道或多曲线加工时 往往有许多的曲线要选取 由于不需要偏置刀半径 在 Mastercam 中 可以用框选法一次选取 而在 UG 中 则要一条一条的选取 可以想象这 个工作有多么繁杂 UG 的 2d 加工的不便之处 虽然我很喜欢 UG 但如果我说 UG 的 2d 铣削功能与 Mastercam 不相伯仲 那一定是言 不由衷的话 1 不能像 Mastercam 那样 一次性串联选取多个轮廓 而是必须选取一个线串后 点击 选取下一边界 才可以继续选取 并且 若是开放与封闭的线串杂在一起 则每次都要 设定 还有 刀半径偏置的也要特别注意 一不留神 没准方向就反了 不像 Mastercam 串联开始的左边便是刀具偏置的方向 2 流道或多曲线加工时 往往有许多的曲线要选取 在 UG 中 要一条一条的选取 可以 想象这个工作有多么繁杂 而 Mastercam 可以轻松搞定 3 2D 铣的进刀弧的位置 这是很重要的 在 UG 中 需要一个轮廓一个轮廓的设定进刀点的位置 需要注意的 是 在 UG 的 planar profile 中 根本就没有设定这一参数的地方 你没办法定义进刀点 当然 这个问题可以在 tool path 中的 customize dialog 中调用出来 或者修改样板档 就不 用以后每次都修改设置了 若不知道如何调用 可选择 planar mill 的操作 在 cut method 中 选 profile 的走刀方式 二 3D 曲面挖槽 Mastercam 的开粗 1 锣铜公或公模 最好不要在工件里面下刀 Mastercam 可以方便的选取一个点作为 每次的下刀点 当然这个点在工件外 但也不要偏离工件太远 Mastercam 的这一功能设 计得非常好 提刀少 效率高 且基本上可以保证下刀点在同一点 加工比较安全 2 若用此方式锣型腔 或铜公的低洼处 螺旋下刀很重要 螺旋下刀角度尽可能少点 铜料 到 度适宜 钢料不要超过 度 我以为最好 度 加工起来比较平稳 没什么大 的噪音 3 一个重要的设定 if all entry attempts fail 请选择 skip 否则 铣到底部不能螺旋 或斜线下刀时 就会直插下来 几年来我的好几个同事在锣型腔锣到底部的时候 机床常 常发出尖锐的插刀声音 显然原因出在这里 4 一个绝招 曲面挖槽时 在螺旋下刀参数栏中 将 follow boundary 打上勾 这 个功能也许用到的人不多 可作用却是大大的好 它可以令刀具下到工件的最深处 且环 绕式下刀 而不是直插 UG 的挖槽开粗 即 cavity mill 很多人都反映 UG 的开粗加工 抬刀太多 平心而论 UG 的抬刀 确实比 Mastercam 多得多 用惯 Mastercam 的人 可能很不习惯 UG 的不厌其烦的反复抬 刀 实在讲 跳刀多至多影响效率和质量 如果因为不安全的抬刀而导致撞刀 损坏工件 甚至伤到机床 那才真是一件令人痛心的事 UG 的粗加工的减少抬刀的方法 在 cut method 中 选取 follow periphery 在 cutting 中的 cut direction 中 选取 inward 将 island cleanup 打勾 抬刀频繁 效率更高 另一种相近的方法 即是通常说的抬刀多的那种 follow part 这种刀路其实也是蛮好的 虽然抬刀多 但只要机床的快速移动的按键是打上的话 并不影响什么效率 反而这种走法 效率更高 不信的话 细心的朋友可以去比较一下两 者的刀路显示 再比较一下两者所产生的 nc 程式的大小就知道了 如何不撞机 由于机器的不同 虽然同样的设置 有的人从不因横越而撞机 而 有的机器则屡试不爽 一个确保安全 万无一失 绝对有效的方法即是 设置 transfer method 即横越方式 为 clearance plane 安全平面 别胡思乱想其他的方法了 三 3 流道的加工 注意是 3D 而不是 2D 是坡度较大的 3D 而不是较平坦的 3D 在 Mastercam 中 如果是加工较平坦的 3d 面的流道 运用 3d 曲线加工的功能最 好 但如果破度较大 或者像波浪形一样 便要用投影加工的方法 将 3d 流道的中心线投 影到面上 然后分许多次负补正的往下加工到球刀刀半径的深度 不可图简单用 transform 的方法往下偏移 至于为何 仔细想一想就会知道了 UG 铣 3D 流道有几种方法 基本上和 Mastercam 相同 也是用投影加工中的 curve point 或 boundary 的方法 两者的原理是一样的 但 UG 一个程式就可以做出来 如 果选择 boundary 走刀方式应是 forfile 否则刀路生不出来 四 关于平行铣削 不管是 Mastercam 还是 UG 这种加工方式的使用率最高 但共同的缺点是 有一边 陡峭的地方会铣得不好 Mastercam 中有一个绝好的走刀方式 是曲面精加工中的 scallop Mastercam 中的 此刀路非常好用 有人反映说计算费时 但如果误差设为一个丝 计算速度也不慢 加工 出来的效果已经很好了 我比较过 公差一丝和半丝锣出来的东西看起来差不多 UG 也有这一功能 是 area milling 中 follow periphery on part 的走刀方式 但在 UG 中 此法后处理出来的 nc 非常大 以至在一些机床上的加工速度跟不上 nc 程式里的 F 值 骤快骤慢 对机床和工件都不好 除非是中加工 公差可以设得大没有问题 但精 加工就似乎不太行了 所以 这一功能理论上虽好 但对一些机器来说 相当于鸡肋 五 关于清角 Mastercam 的清角比 UG 计算稍微慢些 但 UG 的清角 如果是曲面不太好 或选用的刀支不合理 很容易过切 我说的 是曲面加工中的清角 不论是用 Mastercam 还是 UG 清角一定要用从外向内 即角落 的方式 这在 Mastercam 里是预设好的 在 UG 里需要自己去选取 六 关于刀具的调用 在 Mastercam 里 建立一把刀具的同时就设定刀具的直径 r 角 转数 进给率等 参数一次性设定好 以后调用此刀时 就不需要每次都设定转数 进给率了 但在 UG 中却不行 或许有 但本人还不会用 不同的操作调用同一把刀具 而 转数和进给率等却要重新输入 无疑有点麻烦 不过值得安慰的是 如果操作已经计算出 来 但突然想起忘了输入转数 进给率 或者输错了 那么就可以事后修改 不必重新计 算刀路 还可以选择多个操作来一次性修改和统一转数 进给率等 这一点 却是 Mastercam 做不到的 七 平行铣削的深度设定 Mastercam 里 曲面加工也能定义铣削深度 这是一个绝好的功能 在 UG 里 曲面加工不可以定义切削深度 这是一个缺点 虽有修整功能 但也 只能修整 xy 平面的刀路 不能修整 yz xz 平面的刀路 有些情况下 可能不想让球刀铣那么深 或者计算出来发现铣到下面的平面了 只要稍微浅一点点就可以了 在 Mastercam 里 就可以通过调整 cut depths 而得到很好的控 制 保证刀具不碰到底下的平面 在 UG 里 就没有这么方便了 需要建辅助面来控制 在这一点上 UG 比不上 Mastercam 八 关于平刀补正的问题 铣曲面时 Mastercam 据说 x 版本的可以 但我没试过 和 UG 都不能将平刀作负值 补正 我觉得最好的办法是编程时 将刀的实际大小减去单边负补正量 2 有人说给刀加 个 r 角就可以负补正 这真是没有好好去研究才这样说和做的 加