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管理及其他净化水体
M anagement and other
崔立辉
摘 要：传统金属零件数控加工方法存在着耗时较长的问题，提出基于MasterCAM 的金属零件的数控加工。通过生成循环水旁滤过滤器
MasterCAM 刀具路径、提取金属零件工艺特征、设置数控加工轨迹三个层面实现。将三种传统方法与文中方法进行实验，结果 表明该方法比传统方法耗时缩短1.314~4.122s/m 3
不等，因此文中方法更有效。
关键词：
MasterCAM ；金属零件；数控加工；机床操作中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：
11-5004（2020）19-0129-2收稿日期：
2020-10作者简介：崔立辉，男，生于1970年，本科，实验师，研究方向：机械制造、数控技术、机电一体化。
MasterCAM 是由美国软件开发公司设计出来的，最早是应
用在数控机床领域，随着现代机械工业的发展，逐渐转变为当前的计算机辅助制造工业。金属零件数控加工主要依托于数控机床实现，基于数控机床技术密集度以及自动化程度较高的特点，二者在发展过程中相辅相成。在基础工艺装备生产领域，例如电子、汽车和电器等产品的应用中都离不开数控加工技术。数控加工融合了信息技术与制造技术，成为传统机械制造业提升改造的标志，金属零件数控加工技术在现代机械制造业中日益凸显出其重要地位。MasterCAM 应用到金属零件数控加工中变成了涉及计算机科学、结构分析的计算和优化等方面的多功能技术，是一种可以提高数控机床的加工速度并可以将NC 生产加工程序自动化综合型技术。在发展过程中不断将应用范围扩大到数控编程、信息处理和人工智能等多学科领域。近年来，传统数控方法面临着无法解决耗时较长的困境，基于Mast漂浮箱
erCAM 的金属零件数控加工技术结合了数控机床效率高、精度准和可塑性强的特点以及MasterCAM 数控加工耗时较短并且自动化程度高的特点，为机械制造业提供了新的发展路径。
1 金属零件的数控加工方法1.1 生成MasterCAM 刀具路径
MasterCAM 刀具路径生成通常是通过球头刀、圆角刀和平底刀实现的，以加工中心为核心的数控机床主轴转速比普通类型机床的工作速度高达一倍之多。刀具路径生成根据金属零件的几何形状和尺寸精度，首先要设置合理正确的刀具参数如图1所示，导入MasterCAM 接口。在数控机床上进行操作时，需要选择具备一定的硬度和耐度生物刀具，继而应用MasterCAM 进行操作。可选择三个互相垂直的方向进行刀具生成路径，在移动过程中实现进补，在其中两个方向上实现迂回旋转，与此同时，互相垂直的三个方向可以根据实际情况同时移动。MasterCAM 技术下的数控机床是具有升降和旋转功能的，可根据生产需要调整工作台的高度和角度，以此加工出在普通数控机床上无法制造的高精度金属零件。在开展高难度金属零件数控加工时，利用机床联动的方式完成使用球刀、月形铣刀、圆形铣刀和其他刀具的路径生成，
该种方式属于柔性加工方法。
图1 刀具参数
金属零件的数控加工可以在机床加工中心用MasterCAM 自
动生成的程序代码来控制，在生成过程中，机床转动具有间歇性回转的特点，而刀具的运动也是呈现出一定的时间规律，二者生成相一致。刀具轨迹生成首先要保证刀具表面没有其他污渍，保持干净整洁，为接下来的打孔加工做准备。在对刀具进行加工打孔时，可以采取循序渐进的步骤，先在刀具表面选取开孔点，利用点钻后扩孔的方式再进行加工。其次，在数控加工中心利用机床联动的方式加工
出刀具轮廓。最后，通过MasterCAM 在计算机上输入已形成的刀具轮廓上进行生成程序运行[1]。为了保证生成MasterCAM 刀具路径的准确性，需要在数控机床的加工中心从二维绘图起步，经历实体造型的阶段，发展到参数化特征造型基本成熟的阶段。在二维绘图阶段，刀具路径形成主要以点和线为参照对象，例如刀具的孔加工和轮廓加工等。这种加工类型操作流程相对复杂，并且对数控机床操作人员的操作水平要求较高。在实体造型操作阶段和参数化特征造型基本成熟的阶段，都是基于刀具的实体加工。数控机床的加工中心的加工对象是刀具实体，由刀具的粗加工和半精细化加工的基础参数作为参考数据，利用MasterCAM 得到的层切对角线距离作为刀具。1.2 提取金属零件工艺特征
在MasterCAM 刀具路径生成的基础上，提取金属零件的工艺特征，为设置数控加工轨迹提供基础。金属零件的主要加工部位集中在内外轮廓和零件的孔洞角度。对于金属零件的整体要求其实并不是很高，需要保证金属零件轮廓的清晰度并且尺寸较为完整。除此之外，零件的表面质量需达到合格标准，主要构成材料为不锈钢体系，需具备可塑性和硬度皆为上乘的特性。在提取过程中的主要难点集中在部分金属零件的外部轮廓壁比较
管理及其他M anagement and other
薄且形状不规则，而加工设备通常需要一定操作空间才能获取准确数据。在特征提取过程中，要最大程度地防止零件变形继而内部结构发生改变，因此在数控加工设备选择上需要更精细的工具。同时，
为了防止壁厚尺寸误差过大，必须采用深度分层的方式将内外轮廓分阶段进行精加工，切割面积不能过大。一旦金属零件的表面出现了微凹或者元素堆积的情况，就表明金属零件的性质已经发生改变，则需要终止提取过程。金属元素之间的相互作用存在着不同程度的熔化和汽化现象，导致机床加工的进度缓慢。数控机床加工中心对元素的化学反应容错度较高，即便是周围温度迅速上升，也不会对数控加工操作造成很大影响[2]。但是金属零件表面析出的超热液体会转化为蒸气或者熔渣，这些析出物会堆积在金属零件表面的外轮廓，从而无法观察金属零件的完整特征。
通过MasterCAM的刀具路径生成提供的参数，将数据导入数控加工中心，使抛光机与数控加工中心连接，输入自动运行口令，在固定的间隔时间段内观测金属零件发生的实时变化。利用抛光机与MasterCAM技术的应用，将金属零件的加工试样表面进行精细抛光，直到外轮廓金属表面的熔渣堆积物被完全打磨光滑。不同湿度下金属零件的内外轮廓与体积之间的变化，体积变化更为显著。数控机床的运转速度加快，致使元素分布在相同区域内活跃度增加，在垂直方向上金属元素的流动变快，并且更容易出现元素析出物且覆盖面积增加。数控机床的连轴与金属零件接触后，材料首先可能会出现快速崩裂的特征，由于加工区域集中在金属零件的中心部位，所以最先出现反应特征的就是内部中心结构。金属零件的元素表面张力分布情况呈现出从最初的中心点高于四周到与四周基本持平的现象。在此过程中的数控机床加工中心运行速度逐渐放缓，金属元素在低运行速度下更能凸显其活跃度高的特征。
1.3 设置数控加工轨迹
数控加工轨迹的设置是依托于上述两个步骤的，即生成生成MasterCAM刀具路径和提取金属零件工艺特征。实现数控加工轨迹设置，首先要通过数据分析进行原始轨迹的数据分析，将金属零件的数控加工规则与步骤作为代码输入加工中心的核心程序。由于原始数据检查比较不容易掌握规律，所以需要将MasterCAM技术应用其中。研究原始数据的目的主要是为设置数控加工轨迹提供操作原型，以此减少数据偏差范围。当监测数据组成了新的数据结构时，MasterCAM可以搜集并提取这些新增资料，并通过相应的数控机床发出运行指令，为数控加工提供全新的运动方向。
为保证数控加工运行轨迹的合理性和可靠性，需要对原始数据的加工更加细致，通过MasterCAM，将金属零件的运动轨迹以更加生动具体的方式展现出来[3]。以计算机为载体，将数控加工轨迹运行通过数字化和图形化技术制作成动画，其动态形式能更为实际地贴合具体数控运行轨迹。这种展现形式对数控机床的操作人员有着更高技术要求，由于自动化程度远高于传统操作设备，对数控加工轨迹分析也就更加准确。在数控轨迹设置过程中，应用于MasterCAM可大大缩短因更换设备而浪费的时间。尤其是面对形状极其复杂的金属零件，从待加工步骤开始，数控机床对待加工零件进行全面检测，包括金属零件的柔韧性、可塑性和硬度等方面。MasterCAM结合了传感器技术和控制技术等多种尖端科技并结合数控机床的技术特点，运用其高精度和高自动化的精细设备使数控加工轨迹的设置变为可能，同时为数控轨迹设置达到数字化的规范要求起到了决定性作用。2仿真实验
2.1 实验准备
为了测试基于MasterCAM的金属零件的数控加工方法的有效性，选取三种传统金属零件数控加工方法进行对比实验。实验准备相同密度下的数控加工基础数据，选取了18组实验数据，在数控机床上进行实验，分别对比耗时长短。
数据采集、电流采集。
2.2 实验结果
实验数据
量/组
传统金属零件
数控加工方法
1单位s/m3
传统金属零件
数控加工方法
2单位s/m3
传统金属零件
数控加工方法
3单位s/m3
文中金属零件
数控加工方法
单位s/m3 112.63113.58312.96210.342
摇摆车215.27214.69114.87212.393
317.63616.74218.75315.437
413.59414.25214.84611.971
515.46416.11215.88312.572
611.79612.33511.92410.032
714.51515.29414.82211.813
811.74413.22512.09110.123
地沟油检测916.51914.18415.47112.395
1015.63215.17714.63213.081
1116.35415.94215.66313.897
1215.85214.63415.71312.487
1311.95412.37612.16810.282
1416.21215.87116.01413.542
1515.75316.23616.77312.741
1616.68215.98116.43714.476
1718.12717.82516.91613.283
1814.66415.17114.35512.092
实验结果表明，在相同的基础数据下，基于MasterCAM的金属零件的数控加工方法在18组实验中，分别比传统数控加工方法耗时缩短1.314s/m3~4.122s/m3不等，证明了文中金属零件数控加工方法的高效性。
3结束语
经济增速带动科技发展的背景下，各种新技术、新产品层出不穷的今天，现代机械制造业与新兴技术的碰撞使得机械制造业面临着生产模式与应用领域的双重变革。在变革过程中，以追求周期短、种类多为核心目标，机械制造业的主流方向不断凸显时代特征，传统机械制造业逐渐退出市场。基于MasterCAM的金属零件的数控加工技术以其独特的优势在产品开发中发挥着越来越重要的作用。它已成为提高我国机械制造业产品开发的主要方式，较大程度上缩短了传统金属零件数控加工方法的加工周期，节约了大量的加工成本和时间。同时丰富了学术界关于MasterCAM以及金属零件加工的研究内容，对于取得相关研究成果奠定基础。
参考文献
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究[J].世界有金属,2020(07):208-209.
[2] 王雷，邱晓庆，钟灵.数控加工工艺对金属零件加工精度的影响及控制探究[J].
树脂粘土世界有金属,2019(13):275+277.
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报,2019(01):263+266.
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