第九章 二维铣削加工

1. 第九章　二维铣削加工 Mastercam

2. Mstercam二维刀具路径模组用来生成二维刀具加工路径，包括外形铣削、挖槽、钻孔、面铣削、全圆铣削等加工路径。各种加工模组生成的刀具路径一般由加工刀具、加工零件的几何模型以及各模组的特有参数来定义。不同模组可进行加工的几何模型和参数各不相同。本章将分别介绍各模组的功能及使用方法。 Mastercam

3. 9.1 外形铣削 • 外形铣削模组可以由工件的外形轮廓产生加工路径，一般用于二维工件轮廓的加工。二维外形铣削刀具路径的切削深度是固定不变的。 • 在主菜单中顺序选择Tools paths→Contour选项，在绘图区采用串连方式对几何模型串连后选择“Done”选项。系统打开“Contour”对话框。每种加工模组都需要设置一组刀具参数，可以在“Tools parameters”对话框中进行设置。如果已设置刀具，将在对话框中显示出刀具列表，可以直接在刀具列表中选择已设置的刀具。如列表中没有设置刀具，可在刀具列表中单击鼠标右键，通过快捷菜单来添加新刀具。 Mastercam

4. “Contour”对话框 Mastercam

5. “Tools parameters”对话框中的有关刀具参数输入框的含义与刀具设置中的相同，下面对本选项卡中的有关按钮进行介绍。 1. Home position按钮 • 选中“Home position”按钮前的复选框，单击“Home position”按钮，即可打开“Home position”对话框。该对话框用来设置工件坐标系（G54）的原点位置，其值为工件坐标系原点在机械坐标系中的坐标值，可以直接在输入框中输入或单击“Select”按钮在绘图区选取一点。 Mastercam “Home position”对话框

6. 2. Ref.point按钮 • 选中“Ref.point”按钮前的复选框，单击“Ref.point”按钮即可打开“Reference Points”对话框。该对话框用来设置进刀点与退刀点的位置，Approach选项组用于设置刀具的起点，Retract选项组用来设置刀具的停止位置。可以直接在输入框中输入或单击“Select”按钮，然后在绘图区选取一点。 Mastercam

7. “Reference Points”对话框 Mastercam

8. 3. 其他按钮 Tools parameters选项卡中的“T/C plan”按钮，可通过“Tools plane/Constrction plan”对话框用来设置刀具面、构图面或工件坐标系的原点及视图方向。 • “Change NCI”按钮用于设置生成的NCI文件名及其存储位置。 • “Misc．values”按钮，可通过“Miscellaneous values”对话框来设置后处理器的10个整数和10个实数杂项值。 • “Tools display”按钮，可通过“Tools Display”对话框来设置在生成刀具路径时刀具的显示方式。 • “Canned Text”按钮，可通过“Canned Text-MPFAN”对话框来设置在生成的数控加工程序，插入所选定的控制码。 • 外形铣削模组除了要设置所有加工模组共有的刀具参数外，还需设置一组其特有的参数。在Contour（2D）对话框中单击Contour parameters标签，打开“Contour parameters”选项卡，可以在该选项卡中设置有关的参数。 Mastercam

9. “Tools plane/Constrction plan”对话框 Mastercam

10. 9.1.1 加工类型 1. 2D（二维外形铣削加工） • 当进行二维外形铣削加工时，整个刀具路径的铣削深度是相同的，其Z坐标值为设置的相对铣削深度值。 2. 2D chamfer（成型刀加工） • 该加工一般需安排在外形铣削加工完成后，用于加工的刀具必须选择Chfr Mill（成型铣刀）。用于倒角时，角度由刀具决定，倒角的宽度可以通过单击“Chamfer”按钮，在打开的“Chamfering”对话框中进行设置。 Mastercam

11. “Contour parameters”选项卡 Mastercam

12. 3. Ramp（螺旋式外形加工） • 只有二维曲线串连时有螺旋式加工，一般是用来加工铣削深度较大的外形。在进行螺旋式外形加工时，可以选择不同的走刀方式。单击“Ramp”按钮，打开 “Ramp contour”对话框。系统共提供了3种走刀方式，当选中Angle或Depth单选钮时，都为斜线走刀方式；而选中Plunge单选钮时，刀具先进到设置的铣削层的深度，再在XY平面移动。对于Angle和Depth选项，定义刀具路径与XY平面的夹角方式各不相同，Angle选项直接采用设置的角度，而Depth选项是设置每一层铣削的Ramp depth（总进刀深度）。 Mastercam

13. “成型刀加工”对话框 “螺旋式加工”对话框 Mastercam

14. 4. Remachining（残料外形加工） • 残料外形加工也是当选取二维曲线串连时才可以进行，一般用于铣削上一次外形铣削加工后留下的残余材料。为了提高加工速度，当铣削加工的铣削量较大时，开始时可以采用大尺寸刀具和大进刀量，再采用残料外形加工来得到最终的光滑外形。由于采用大直径的刀具在转角处材料不能被铣削或以前加工中预留的部分形成残料。可以通单击“Remachining”按钮，在打开的“Contour remachining”对话框中进行残料外形加工的参数设置 。 Mastercam

15. 9.1.2 高度设置 • 铣床加工各模组的参数设置中均包含有高度参数的设置。高度参数包括Clearance（安全高度）、Retract（参考高度）、Feed Plane（进给下刀位置）、Top of stock（工件表面）和Depth（切削深度）。其中，安全高度是指在此高度之上刀具可以作任意水平移动而不会与工件或夹具发生碰撞；参考高度为开始下一个刀具路径前刀具回退的位置，参考高度的设置应高于进给下刀位置；进给下刀位置是指当刀具在按工作进给之前快速进给到的高度。工件表面是指工件上表面的高度值；切削深度是指最后的加工深度。 Mastercam

16. 9.1.3 刀具补偿 • 刀具补偿是指将刀具路径从选取的工件加工边界上按指定方向偏移一定的距离。 1. 补偿类型 • 可在“Compensation type”下拉列表框中选择补偿器的类型，选择computer（计算机）选项，由计算机计算进行刀具补偿后的刀具路径；选择Control（控制器）选项，刀具路径的补偿不在CAM中进行，而在生成的数控程序中产生G41、G42、G40刀补指令，由数控机床进行刀具补偿。Wear（磨损补偿），刀具路径的补偿量由设置的磨损补偿值进行补偿。 Mastercam

17. 2. 补偿位置 • 可在“Compensation direction”下拉列表框中选择刀具补偿的位置，可以将刀具补偿设置为Left（左刀补）或Right（右刀补）。 3. 长度补偿 • 以上介绍的是刀具在XY平面内的补偿方式，可以在“Tip comp”下拉列表框中设置刀具在Z轴方向的补偿方式。选择“Center”为球头刀球心，选择“Tip”为刀尖，生成的刀具路径根据补偿方式而不同。 Mastercam

18. 4. 过渡圆弧 • 可以用“Roll cutter round comers”下拉列表框来选择在转角处刀具路径的方式。选择“None”选项时，转角处不采用圆弧过渡；选择“Sharp”选项时，当夹角小于135°时采用弧形刀具路径；选择“All”选项时，在所有的转角处均采用弧形刀具路径 Mastercam

19. 9.1.4 分层铣削 • 一般铣削的厚度较大时，可以采用分层铣削。选中“Depth cut”按钮前的复选框后单击该按钮，打开 “Depth cuts”对话框。 • 其中，“Max rough step”输入框用于输入在粗加工时的最大进刀量；“＃Finish cuts”输入框用于输入精加工的次数；“Finish step”输入框用于输入在精切削时的最大进刀量。其中“Keep Tools down”复选框用来设置刀具在每一层切削后，是否回到下刀位置的高度。 “Subprogram”复选框用来设置在NC文件中是否生成子程序。 • Depth cut order选项组用于设置深度铣削的顺序。 当选中“Tapered walls”复选框时，按“Taper angle”输入框中设定的角度从工件表面铣削到最后深度。 Mastercam

20. “深度分层铣削”对话框 Mastercam

21. 9.1.5 进刀/退刀设置 • 在外形铣削加工中，可以在外形铣削前和完成外形铣削后添加一段进刀／退刀刀具路径。进刀／退刀刀具路径由一段直线刀具路径和一段圆弧刀具路径组成。直线和圆弧的外形可由 “Lead In／Out”对话框来设置。 • 可以通过设置其Length（长度）、Ramp height（渐升或渐降高度）、Perpendicula或Tangent（方向）来定义直线刀具路径。当选中“Perpendicula”单选钮时直线刀具路径与其相近的刀具路径垂直；当选中Tangent单选钮时直线刀具路径与其相近的刀具路径相切。 • 可以通过设置Radius（半径）、Sweep（扫掠角度）和Helix height（螺旋高度）来定义圆弧刀具路径。 Mastercam

22. 进刀／退刀刀具路径 Mastercam

23. 9.1.6 过滤设置 • Mastercam可以对NCI文件进行程序过滤，系统通过清除重复点和不必要的刀具移动路径来优化和简化NCI文件。单击“Filter”按钮，打开 “Filter settings”对话框。 1. 优化误差 • Tolerance输入框用于输入进行操作过滤时的误差值。当刀具路径中某点与直线或圆弧的距离小于等于该误差值时，系统将自动去除到该点的刀具移动。 Mastercam

24. 2. 优化点数 • “Look ahead”输入框用于输入每次过滤时可删除点的最多数值，其取值范围为3～1000。取值越大，过滤速度越大，但优化效果越差。 3. 优化类型 • 当选中“Create arcs”复选框时，用圆弧代替直线来调整刀具路径；当未选中该复选框时，在去除刀具路径中的重复点后用直线来调整刀具路径。 Mastercam

25. 9.1.7 外形铣削实例 • 对工件进行外形铣削。操作步骤如下： • (1) 在主菜单中顺序选择Cplane→Top（构图平面→俯视图）。 • (2) 在主菜单中顺序选择Gview→Isometricd（绘图视角→等角轴侧视图）。 • (3) 取档，在主菜单中顺序选择File→Get（文档→取档），输入文件名。 • (4) 在主菜单中顺序选择Tolpath→contour（刀具路径→外形铣削）。 • (5) 菜单区显示“Contour：Select chain 1”，选“chain”，用鼠标捕获轮廓线，完成轮廓的串连，按Done（执行），完成外形串连。完成串连后立即进入“外形参数”对话框和“外形铣削参数”对话框。 Mastercam

26. 外形铣削工件 Mastercam

27. (6) 按鼠标右键显示刀具的位置，在显示的快捷菜单中，选Get tools from manger（从刀库取刀），则进入“刀具管理”对话框，从中选择要用的刀具，单击“OK”按钮，返回至“外形刀具参数”对话框，显示已选的刀具，并在“刀具参数”对话框中输入刀具直径和加工材料，设置完成所有参数。 • (7) 设定外形铣削参数，单击Contour parameters（外形铣削参数）选项卡，则显示“铣削参数”对话框，在外形铣削中设置加工方式为2D，铣削深度为10mm。 • (8) 设多次外形铣削选项Multi passes（多次铣削），设置：即X Y方向粗加工5次，切削量3mm。 • (9) 设多次深度铣削选项“Depth cuts”，设置，粗加工量2.5mm，精加工1次，余量0.5mm。 Mastercam

28. (10) 设定参数后，按“确定”按钮。则在图上生成刀具路径。 • (11) 在主菜单区顺序选择NC Utils→Post→ Run（公共管理→后处理→运行）。 • (12) 在“Specify File name to Read”（读取指定文件名）对话框中，读取选择的文件。 • (13) 在“Specify File name to Write”（指定写入文件名）对话框中，选择上边读取的文件名，打开并保存。 • (14) 当显示是否删除旧文件时，选择“是”。 • (15) 此时即可生成NC数控加工程序。 Mastercam

29. (16) 选File→edit→NC（文件→编辑NC文件），选择要编辑的文件名，显示出Programmer’s File Editor（文件编辑器），选择的文件，就在编辑器中显示。可在此编辑器里进行编辑。 • (17) 选择Operation（操作管理），显示出“操作管理”对话框。可以在此对话框中进行加工参数修改设置、串联修改、刀具轨迹检验、仿真检验等操作。 • (18) 选NC Utils→verify（公共管理→检验）指令，或在“操作管理”对话框中按“”按钮，开始仿真切削加工。 Mastercam

30. 仿真检验结果 Mastercam

31. 9.2 钻孔与镗孔加工 • 钻孔模组主要用于钻孔、镗孔和攻丝等加工。钻孔模组有一组其特有的参数设置，几何模型的选取与前面的各模组有很大的不同。 • 9.2.1 点的选择 • 9.2.2 钻孔参数 • 9.2.3 钻孔实例 Mastercam

32. 9.2.1 点的选择 • 钻孔模组中使用的定位点为圆心。可以选取绘图区已有的点，也可以构建一定排列方式的点。顺序选择Main Menu→Toolpaths→Drill选项，在“Point Manager”子菜单中提供多种选取钻孔中心点的方法。 • Manual（手工选取）：手工方法输入钻孔中心。 • Automatic（自动选择）：顺序选取第一个点、第二个点和最后一个点后，系统将自动选取已存在的一系列点作为钻孔中心。 Mastercam

33. Entities（端点）：将选取的几何对象端点作为钻孔中心。Entities（端点）：将选取的几何对象端点作为钻孔中心。 • Window Pts（区域）：用两对角点形成的矩形框内包容的点作为钻孔中心点。 • Last（重复）：采用上一次选取的点及排列方式。 • Mask on arc（圆心）：将圆或圆弧的圆心作为钻孔中心点。 • Patterns：该选项有Grid（网格）和Bolt circle（圆周）两种安排钻孔中心点的方法，其使用方法与绘制点命令中对应选项相同。 • Options（设置排序）：用来设置钻孔中心点的排序方式，系统提供了17种2D排序、12种旋转排序和16种交叉断面排序方式。 Mastercam

34. 9.2.2 钻孔参数 • 钻孔模组共有21种钻孔循环方式，包括8种标准方式和13种自定义方式。其中常用的7种标准钻孔循环方式为： • Drill/Counterbore：钻孔或镗盲孔，其孔深一般小于三倍的刀具直径。 • Peck Drill：钻深度大于三倍刀具直径的深孔，循环中有快速退刀动作。 • Chip Break：钻深度大于三倍刀具直径的深孔。 • Tap：攻左旋内螺纹。 • Bore #1：用正向进刀→反向进刀方式镗孔，该方法常用于镗盲孔。 • Bore #2：用正向进刀→主轴停止让刀→快速退刀方式镗孔。 • Fine bore（shift）：用于精镗孔，在孔的底部停转并可以让刀。 Mastercam

35. 钻孔循环加工方式 Mastercam

36. 9.2.3 钻孔实例 • 在平面上钻8个直径6，孔深25mm，圆周排列的孔。操作步骤如下： • (1) 绘制或从现有文件中选取.MC9文件，单击工具栏“”按钮，设置为等角视图，。 • (2) 在主菜单中顺序选取Toolpaths→Drill（刀具路径→钻削）。 • (3) 在“Point Manager”子菜单中选择“Window pts”（区域选取），用鼠标将所要加工的孔选取在矩形框内。 • (4) 按“Point Manager”子菜单中的“Done”，将显示“Simple drill-no peck”（一般钻孔-无步进）对话框。 Mastercam

37. 钻孔工件 Mastercam

38. “Simple drill-no peck”对话框 Mastercam

39. (5) 在对话框中的Tool parameters选项卡中设置刀具参数，选直径6mm钻头。 • (6) 在“Simple drill-no peck”标签中设置钻孔深度为25mm，单击“确定”按钮。 • (7) 在主菜单中顺序选取Toolpaths→Job setup（刀具路径→工作设置），设置工件参数，选择材料，系统自动计算切削用量。 • (8) 在主菜单中顺序选取NC Utils→ Backplot→Run（公共管理→重绘路径→运行），或在操作管理器中单击“Backplot”按钮，显示出刀具路径。 • (9) 在主菜单中顺序选取NC Utils→Verify（公共管理→检验），或在操作管理器中单击“Verify”按钮，按“开始”按钮开始切削加工。 Mastercam

40. “工作设置”对话框 Mastercam

41. 仿真检验结果 Mastercam

42. 9.3 挖槽铣削加工 • 挖槽模组主要用来切削沟槽形状或切除封闭外形所包围的材料。用来定义外形的串连可以是封闭串连也可以是不封闭串连。但每个串连必须为共面串连且平行于构图面。在挖槽模组参数设置中加工通用参数与外形加工设置一致，下面仅介绍其特有的挖槽参数和粗/精加工参数的设置。 Mastercam

43. 9.3.1 挖槽铣削参数 • 在主菜单中顺序选择Toolpaths→ Pocket选项，在绘图区选取串连后，选择“Done”选项。打开“Pocket”对话框，单击“Pocketing parameters”标签，挖槽参数选项卡。 • 挖槽模组共有5种加工方式。前4种加工方式为封闭串连时加工方式；当在选取的串连中有未封闭的串连时，则仅能选择Open加工方式。 Mastercam

44. “Pocket”对话框的“Pocketing parameters”选项卡 Mastercam

45. Standard（一般挖槽）选项为采用标准的挖槽方式，即仅铣削定义凹槽内的材料，而不会对边界外或岛屿进行铣削；Facing（边界再加工）选项，相当于面铣削模组的功能，在加工过程中只保证加工出选择的表面，而不考虑是否会对边界外或岛屿的材料进行铣削；当选择Island facing（使用岛屿深度挖槽）选项，不会对边界外进行铣削，但可以将岛屿铣削至设置的深度；Remachining（残料清角）选项，进行残料挖槽加工，其设置方法与残料外形铣削加工中参数设置相同。 Mastercam

46. 选择Island facing加工方式后单击“Facing”按钮，可通过打开的“Facing”对话框来设置岛屿加工的深度。该对话框中的Stock above islands输入框用于输入岛屿的最终加工深度，该值一般要高于凹槽的铣削深度。“Facing”对话框其他参数的含义与外形铣削模组中对应参数相同。 • 在由于挖槽模组的Island facing加工方式中增加了岛屿深度设置，所以在其深度分层铣削设置的“Depth cuts”对话框中增加了一个Use island depth（使用岛屿深度）复选框。当选中该复选框时，当铣削的深度低于岛屿加工深度时，先将岛屿加工至其加工深度，再将凹槽加工至其最终加工深度；若未选中该复选框，则先进行凹槽的下一层加工，然后将岛屿加工至岛屿深度，最后将凹槽加工至其最终加工深度。 Mastercam

47. 当选取的串连中包含有未封闭串连时，只能用Open加工方式。在采用Open加工方式时，系统先将未封闭的串连进行封闭处理后，再对封闭后的区域进行挖槽加工。单击“Open pockets”按钮，打开 “Open pockets”对话框。该对话框用于设置封闭串连方式和加工时的走刀方式。Overlap percentage和Overlap distance输入框中的数值是相关的。当其数值设置为0时，系统直接用直线连接未封闭串连的两个端点；当设置值大于0时，系统将未封闭串连的两个端点连线向外偏移设置的距离后形成封闭区域。当不选“Use Open pocket cutting method”复选框时，可以选择“Roughing/Finishing parameters”选项卡中的走刀方式，否则采用“Open pocket”加工的走刀方式。 Mastercam

48. 9.3.2 粗加工参数 • 在挖槽加工中加工余量一般比较大，可通过设置粗精加工参数来提高加工精度。在“Pocket”对话框中单击“Roughing/Finishing parameters”标签。 • 选中“Roughing／Finishing parameters”选项卡中的Rough复选框，则在挖槽加工中，先进行粗切削。Mastercam 9.0提供了8种粗切削的走刀方式：ZigZag（双向切削）Constant Overlap Spiral（等距环切）、Parallel Spirall（环绕切削），Parallel Clean Cornres（环切并清角）Morph Spiral（依外形环切），High speed（高速加工），One Way（单向切削）,True Spiral（螺旋切削）这8种切削方式又可分为直线切削及螺旋切削两大类。 Mastercam

49. “Roughing/Finishing parameters”选项卡 Mastercam

50. 直线切削包括双向切削和单向切削，双向切削产生一组有间隔的往复直线刀具路径来切削凹槽；单向切削所产生的刀具路径与双向切削类似。所不同的是单向切削刀具路径按同一个方向进行切削。直线切削包括双向切削和单向切削，双向切削产生一组有间隔的往复直线刀具路径来切削凹槽；单向切削所产生的刀具路径与双向切削类似。所不同的是单向切削刀具路径按同一个方向进行切削。 • 螺旋切削方式是以挖槽中心或特定挖槽起点开始进刀并沿着刀具方向（Ｚ轴）螺旋下刀削切。 • Stepover（切削间距百分率）：设置在X轴和Y轴粗加工之间的切削间距，以刀具直径的百分率计算，调整“Roughing”参数自动改变该值。 • Stepover distance（切削距离）：该选项是在X轴和Y轴计算的一个距离，等于切削间距百分率乘以刀具直径。 Mastercam