操作分析：定义钻头、镗刀、键槽铣刀及工件设定步骤

1.工艺分析

1）零件的形状分析

由图6-1可知，该型腔体零件结构比较简单，由一个直槽、斜槽以及带岛屿的型腔构成，并有多个直孔和一个阶梯孔。型腔四周由没有拔模斜度的垂直面及多个圆弧面构成，型腔四周曲面与底面之间没有圆角过渡。零件中各槽宽及孔径、孔中心距尺寸均有公差要求，且部分表面的加工质量要求较高（Ra1.6），因此在数控加工中必须安排预钻中心孔及精加工工序。另外，阶梯孔径尺寸较大（φ36 mm），因此必须安排多次钻削来完成。

2）数控加工工艺设计

由图6-1可知，该零件所有的型腔结构都能在立式数控铣床上一次装夹加工完成。工件材料为LY12（硬铝），属于较容易切削材料。长方体毛坯的四周表面已经在普通机床设备上加工到尺寸，故只需考虑型腔部分的加工。在数控加工的工艺安排中，有如下考虑：阶梯孔孔径较大，采用先钻后镗的方式来实现；其余小孔钻削后进行铰削即可；直槽、斜槽均采用外形铣削方式进行粗、精加工；型腔采用挖槽加工方式进行粗、精加工。

（1）加工工步设置。根据以上分析，制定工件的加工工艺路线为：钻阶梯孔的中心孔；分别在阶梯孔位置钻φ11.8 mm和φ34 mm孔；镗削阶梯孔至尺寸要求φ35+0.039、φ36+0.039；钻各个φ12 mm小孔的中心孔；钻φ11.8 mm孔后铰至尺寸要求φ12+0.027；粗铣直槽；粗铣斜槽；精加工直槽、斜槽；精加工型腔；最后钳工去除毛刺。

（2）工件的装夹与定位。工件的外形是标准的长方体，且对工件的上表面进行加工，根据基准重合原则以工件的下底面为基准，用压板在左右两端进行装夹固定。根据工件的零件图分析，工件坐标系X、Y轴原点设定在阶梯孔的中心位置，工件坐标系Z轴零点设定在工件的上表面。

（3）刀具的选择。工件的材料为LY12，刀具材料选用高速钢。

（4）编制数控加工工序卡。综合以上的分析，编制数控加工工序卡，如表6-6所示。

表6-6　数控加工工序卡

2.零件造型

由于该工件所采用的数控加工均是二维加工方式，所以只需根据加工要求绘制出直槽、斜槽及型腔部分的二维结构，如图6-79所示。

图6-79　二维数控加工的CAD模型

用户可以自己绘制型腔体的二维数控加工CAD模型，也可以从本书中调用模型文件。

3.数控加工自动编程

1）定义刀具

（1）选择菜单“刀具路径”→“刀具管理器...”命令，弹出“刀具管理器”对话框，在“刀具”列表框中单击鼠标右键，弹出快捷菜单，如图6-80所示。

（2）在系统刀具库中选取直径为5 mm的中心钻，并单击按钮，刀具进入“刀具”列表框中。

图6-80　“刀具管理器”对话框

（3）同样，在右键单击列表框弹出的快捷菜单中选择“新建刀具...（N）”命令，在弹出的定义刀具对话框中选择“钻头”（Drill）选项卡，然后定义刀具的直径为11.8 mm及其他相关参数，如图6-81所示，之后单击“确定”按钮。

（4）采用同样的方法，依次定义以下刀具：刀号T3，φ34 mm的钻头；刀号T4，φ35 mm的镗刀（Bore bar），如图6-82所示；刀号T5，φ36 mm的镗刀（Bore bar）；刀号T6，φ12H7 mm的铰刀（Reamer）；刀号T7，φ6 mm的键槽铣刀（Slot mill），如图6-83所示；刀号T8，φ10 mm的键槽铣刀（Slot mill）；刀号T9，φ8 mm的圆柱铣刀（Endmill Flat）。此时“刀具管理器”对话框中会全部列出所定义的刀具，如图6-84所示。

图6-81　定义φ11.8 mm的钻头

图6-82　定义φ35 mm的镗刀

图6-83　定义φ6 mm的键槽铣刀

图6-84　所定义刀具的列表

2）工件设定

（1）在操作管理器中，单击“材料设置”图标，弹出“机器群组属性”对话框，“材料设置”选项参数如图6-85所示，将工件原点定义在上表面的中心位置。

图6-85　“材料设置”选项卡

（2）单击“选取对角”按钮，返回绘图区捕捉工件外形的两个对角点，此时原点坐标值会自动设定，然后继续设置如图6-85所示的相关参数并单击“确定”按钮。单击“显示方式”按钮，绘图区将显示工件的外形效果，如图6-86所示。

图6-86　工件外形

3）生成数控加工刀具路径

（1）钻φ5 mm中心孔。

①选择菜单“刀具路径”→“钻孔...”命令，弹出“选取钻孔的点”对话框，如图6-87所示。单击按钮，根据提示“选取点”，捕捉φ36 mm圆孔的圆心作为钻孔的中心点，然后单击“确定”按钮结束。

图6-87　“选取钻孔的点”对话框

②打开“刀具参数”选项卡，选取φ5 mm中心钻并按图6-88设定刀具参数。

③打开“Simple drill-no peck”选项卡，设定钻中心孔的高度参数以及钻削循环方式，如图6-89所示。

④单击“确定”按钮，生成钻中心孔的刀具路径。

（2）钻φ11.8 mm的通孔。

图6-88　“刀具参数”选项卡

①选择菜单“刀具路径”→“钻孔...”命令，弹出“选取钻孔的点”对话框，单击“选择上次”按钮自动选取上一次操作的钻孔中心点，并单击“确定”按钮结束。

图6-89　高度参数及钻削循环方式设置

②打开“刀具参数”选项卡，选取φ11.8 mm钻头并按图6-90设定刀具的参数。

图6-90　“刀具参数”选项卡

③打开“Simple drill-no peck”选项卡，设定钻孔的高度参数以及钻削循环方式，如图6-91所示。由于孔深较大，这里选用深孔啄钻循环方式。

图6-91　高度参数及钻削循环方式设置

④单击“确定”按钮，生成钻孔的刀具路径。

（3）钻φ34 mm的通孔。

按照上述方法，选择φ36 mm圆孔中心为钻孔中心点，并选取φ34 mm钻头进行刀具参数、钻削参数的设定，如图6-92和图6-93所示，之后单击“确定”按钮生成刀具路径。

图6-92　刀具参数设置

图6-93　钻削参数设置

（4）镗φ35 mm和φ36 mm阶梯孔。

①选择菜单“刀具路径”→“钻孔...”命令，弹出“选取钻孔的点”对话框，单击“选择上次”按钮自动选取上一次操作的钻孔中心点，并单击“确定”按钮结束。

②打开“刀具参数”选项卡，选取φ35 mm镗刀并按图6-94所示设定刀具的参数。

图6-94　刀具参数设置

③打开“Boring #1-feed out”选项卡，设定镗孔的高度参数以及钻削循环方式，如图6-95所示，之后单击“确定”按钮，生成镗削的刀具路径。

图6-95　高度及循环方式设置

④选择菜单“刀具路径”→“钻孔...”命令，弹出“选取钻孔的点”对话框，单击：“选择上次”按钮自动选取上一次操作的钻孔中心点，并单击“确定”按钮结束。

⑤打开“刀具参数”选项卡，选取φ36 mm镗刀并按图6-96和图6-97所示设定刀具参数、镗削参数，之后单击“确定”按钮，生成镗削的刀具路径。

图6-96　刀具参数设置

图6-97　镗削参数设置

（5）加工φ12H7 mm的8个圆孔。

①钻中心孔：选择菜单“刀具路径”→“钻孔...”命令，弹出“选取钻孔的点”对话框，单击“排序”按钮，选择钻孔走刀方式如图6-98所示。单击按钮，根据提示“选取点”，依次捕捉8个φ12 mm圆孔的圆心作为钻孔中心点，单击“确定”按钮结束。然后按照步骤1）的方法选取φ5 mm中心钻并生成钻削刀具路径。

②预钻φ11.8 mm通孔：选择菜单“刀具路径”→“钻孔...”命令，选取φ11.8 mm的钻头，然后按照步骤2）的方法依次定义8个φ12 mm圆孔的圆心为钻孔中心点，并设定刀具参数、钻削参数，生成所需的刀具路径，如图6-99所示。

图6-98　钻孔排序方式

(www.xing528.com)

图6-99　刀具路径

③对8个预钻孔铰削至尺寸φ12H7 mm：选择菜单“刀具路径”→“钻孔...”命令，弹出“选取钻孔的点”对话框，单击“选择上次”按钮自动选取上一次操作的8个圆孔的圆心作为钻孔中心点并单击按钮结束。在“刀具参数”选项卡中，选取φ12H7 mm的铰刀并按图6-100和图6-101所示设置刀具参数、钻削参数，之后单击“确定”按钮，生成铰削刀具路径。

图6-100　刀具参数设置

图6-101　钻削参数设置

（6）粗铣直槽。

①选择菜单“刀具路径”→“外形铣削...”命令，弹出“串连选项”对话框，单击“单体选择”按钮依次定义如图6-102所示的两个单体串连，之后单击“确定”按钮结束。

图6-102　两个单体串连

②打开“刀具参数”选项卡，选取φ6 mm键槽铣刀（Slot mill）并按图6-103所示设定刀具参数。

图6-103　刀具参数设置

③打开“外形铣削参数”选项卡，设定外形铣削的高度参数以及补正方式、预留量等，如图6-104所示。由于深度切削总量为10 mm，这里采用分层铣深，单击“分层铣深...（P）”按钮，如图6-105所示进行设定。

图6-104　铣削参数设置

图6-105　分层铣深参数设定

④单击“确定”按钮，生成直槽外形铣削刀具路径。

（7）粗铣斜槽。

①选择菜单“刀具路径”→“外形铣削...”命令，弹出“串连选项”对话框，单击“单体选择”按钮依次定义如图6-106所示的两个单体串连，之后单击“确定”按钮结束。

②打开“刀具参数”选项卡，选取φ10 mm键槽铣刀（Slot mill）并按图6-107设定刀具参数。

③打开“外形铣削参数”选项卡，设定与直槽外形相同的外形铣削参数，并单击“分层铣深...（P）”按钮，设定分层铣深参数，如图6-105所示。

④单击“确定”按钮，生成斜槽外形铣削刀具路径，如图6-108所示。

图6-106　两个单体串连

图6-107　刀具参数设置

（8）精加工直槽与斜槽。

①选择菜单“刀具路径”→“外形铣削...”命令，弹出“串连选项”对话框，单击“单体选择”按钮选取串连粗加工直槽，之后单击按钮结束。

图6-108　斜槽外形铣削刀具路径

②打开“刀具参数”选项卡，选取φ8 mm圆柱铣刀（Endmill Flat）并按图6-109所示设定刀具参数。

图6-109　刀具参数设置

③打开“外形铣削参数”选项卡，设定精加工直槽外形铣削参数，如图6-110所示。

④单击“确定”按钮，生成直槽外形铣削的精加工刀具路径。

⑤选择菜单“刀具路径”→“外形铣削...”命令，弹出“串连选项”对话框，单击“单体选择”按钮选取串连粗加工斜槽，之后单击“确定”按钮结束。

图6-110　外形铣削参数设置

⑥打开“刀具参数”选项卡，选取φ8 mm圆柱铣刀（Endmill Flat）并按图6-109所示设定刀具参数。

⑦打开“外形铣削参数”选项卡，设定精加工斜槽的外形铣削参数，如图6-111所示。

图6-111　外形铣削参数设置

⑧单击“确定”按钮，生成斜槽外形铣削的精加工刀具路径。

（9）粗、精加工型腔。

①选择菜单“刀具路径”→“挖槽...”命令，单击串连选项依次定义型腔边界及圆形岛屿边界3个外形，如图6-112所示，之后单击“确定”按钮结束。注意：选取外形时要使型腔外形的串连方向保持逆时针，两圆形岛屿外形的串连方向保持顺时针。

图6-112　定义3个外形串连

②打开“挖槽（标准挖槽）”对话框，按图6-113设定刀具参数。

③打开“2D挖槽参数”选项卡，按图6-114所示设定挖槽参数。其中，需单击“分层铣深（E）”按钮设定分层铣深参数，如图6-115所示。

④打开“粗切/精修的参数”选项卡，设定挖槽粗/精加工参数，如图6-116所示。其中，粗加工选用螺旋切削（True Spiral）方式，螺旋下刀参数可通过单击“螺旋式下刀”（Entry-helix）按钮来设定，如图6-117所示。

⑤单击“确定”按钮，生成型腔挖槽粗/精加工的刀具路径，如图6-118所示。

图6-113　刀具参数设置

图6-114　挖槽参数设定

图6-115　分层铣深参数设定

图6-116　挖槽粗/精加工参数设定

图6-117　螺旋下刀参数的设定

图6-118　型腔挖槽粗/精加工的刀具路径

4）存盘，名为“XIANGMU6-1”。

5）执行实体切削模拟并后置处理生成NC程序

（1）在操作管理器中，单击“确定”按钮，选取所有操作，如图6-119所示。

（2）单击按钮，进入实体切削模拟状态，打开“实体切削验证”工具条，如图6-120所示。

图6-119　操作管理器

图6-120　“实体切削验证”工具条

（3）单击按钮执行切削模拟，模拟过程中可用光标移动滑块调整模拟切削的速度，模拟完成后的结果如图6-121所示。

（4）刀具切削路径经验证无误后，可返回操作管理器中，单击按钮执行刀具路径的后置处理。此时，需指定与所用机床数控系统对应的后处理程序，系统默认为FANUC数控系统的MPFAN.PST程序，如图6-122所示，并允许设定NC程序存储的名称，如图6-123所示。

图6-121　实体切削模拟的结果

图6-122　“后处理程式”对话框

图6-123　“另存为”对话框

对本例的刀具路径执行后置处理后，将产生如图6-124所示的NC程序。NC程序生成后，往往还要进行一些必要的编辑，然后通过Mastercam的通信端口传输至数控机床。

图6-124　后置处理所得的NC程序

项目描述任务　操作视频