PPCNC在塑料齿轮制作中的应用(2)

图3-2直齿圆锥齿轮各项尺寸参数

（2）在Solidworks中生成完整的齿轮3D模型，保存为igs格式供下一步应用：

图3-3 直齿齿轮3D模型 图3-4 直齿圆锥齿轮3D模型

3.2基于Mastercams 的数控铣削加工直齿圆柱齿轮

3.2.1MasterCAM软件的功能介绍

MasterCAM 9.2由Mill(铣削)、Lathe(车削)、Wire(线切割)和Design(造型)4个模块组成。其中Mill、Lathe、Wire 3大模块都具有完整的三维造型功能，它们既可以和Design模块配合使用，也可单独使用。MasterCAM的主要功能有：

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（1）CAD绘图功能

MasterCAM可设计、编辑复杂的三维、三维空间曲线，还能生成方和曲线。并具有强大的曲面造型功能和实体造型功能，可用于零件表面局部开关的详细设计，实现精确建模。 （2）模拟加工功能

MasterCAM软件实现铣削、车削、线切割的仿真加工，并可承受时修改零件几何模型及加工参数。同时提供相关的加工情况报告，检测加工过程中可能出现的碰撞、干涉、过切等问题，避免实际加工时错误的走刀轨迹给零件加工带来的损失。 （3）数控编程功能

采用MasterCAM软件的后处理程序可自动生成NCI刀具文件或NC数控代码。MasterCAM系统本身提供了一百多种后处理PST程序，对于不同的数控设备，可根据相应的数控系统选用对应的后处理程序，后置处理生成的NC数控代码可以直接输出到数控设备，进行数控加工使用。如果MasterCAM系统本身的后处理PST程序不适合的数控系统，也可以对后处理PST程序进行编辑，使它处理生成的NC数控代码符合您的数控系统。 （4）文件管理和数据交换功能

MasterCAM软件设置了许多数据转换器，如ASCII、SAT、IGES、STP等，还有针对AutoCAD、Pro/E等软件的数据转换器。用户可以将多种数年型的文件与MasterCAM软件数据库进行转换。MasterCAM软件还带有刀具库和材料库等，使实际加工变得非常方便。

3.2.2 MasterCAM软件数控编程工艺特点

（1）工艺原则

数控加工时不公要使工作的外形和尺寸达到图纸的要求，还要达到好的经济效益，但数控程序编制的方法不同，将直接影响工件的加工质量、效率和经济性。加工路线合理与否，关系到零件的加工质量与生产效率。在确定加工路

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线时，应综合考虑保证加工精度和缩短加工路线，力求“两全其美”。就粗加工而言，在不影响精度的前提下，最大限度地缩短加工路线，即“先短后精”的原则；而对于精加工，应在保证加工精度的基础上，尽可能缩短加工数线，即“先精后短”的原则：①应将保证零件的加工精度和表面粗糙度值要求放在首位；②力求加工路线最短，并尽量减少空行程时间，提高加工效率；③在满足零件加工质量、生产效率等条件下，尽量简化数学处理的数值计算工作量，以简化编程工作。

此处，确定加工路线中，还要综合考虑零件的形状与刚度、加工余量、机床与刀具的刚度等，确定是一次进给还是多次进给，以及设计刀具的切入点与切出点、切入方向与切出方向，在铣削加工中，是采用顺铣还是逆铣等。 （2）编程特点

MasterCAM数控编程方式分为两类；二维加工和三维加工。二维加工有面铣，轮廓铣削、挖槽加工、钻孔和全圆加工。三维加工有平行铣削、陡斜面铣削、投影加工、等高外形加工、残料清角、笔式清角、等距环切。二维加工编程，快捷是首选，如轮廓铣削在实际应用中，主要用于一些由二维图形组成的且侧面为直角面或者具有一定拔模角的工件，如凸轮廓铣削、简单形状的凸模等。无论采用二维还是三维加工，都要安排好加工序，以获得好的加工效果。如采用二维的轮廓铣削，挖槽加工时要，要注意设置好刀具进刀与退刀的相关参数，分清什么时候采用圆弧切线、直线垂直进刀、螺旋进刀或斜线进刀。如三维加工开粗时，常采用“傻瓜”式三维挖槽生成刀具路径，以较好的去除加工余。在数控编程中常常要作一些修补的曲面和线，利用作图技巧来辅助构建刀具路径，有利于快速生成好的刀具路径，提高加工效果。如一些封闭区域的槽，往往采用分区域加工，如细分深度、细分加工范围、细分加工方法、细分进退刀等，在数控编程时分区域加工的控制方法是相当的。在清角过程中除了用到MasterCAM自带的加工方式，如残料清角和笔式加工外，还经常在原有的曲面上生成一些线，以辅助加工路线的生成，可避免空走刀，达到刀路的简化作用。当工件很复杂时，为避免粗精加工编程时顾此失彼，可先做好工序安排卡或对各不同区域部分做好工序安排后，理清思路再总体考虑整合各工序顺序，

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使每一步工序都能紧密地联系在一起，达到一个好的加工效果。

3.2.3 绘制边界盒，设定工件材料

打开由solidworks 生成的齿轮3D模型igs文件，点击绘图，绘制边界盒。同时设定工件材料

图3-5 绘制边界盒 图3-6 设定工件材料

3.2.4 对齿轮齿形轮廓进行外形铣削加工

外形铣削加工是一种2.5轴加工，它在XY两轴联动，而Z方向只完成一层时才作单独的动作。通常用于加工二维或三维工件的外形，二维外形刀具路径的切削深度固定不变，三维外形铣削刀具路径的切削深度随外形的位置可变化。 （1）选择【机床类型】/【铣削】/【默认】命令，接着选择【刀具路径】/【外形铣削】命令，在视图中串连要加工的齿轮外形轮廓要素，将弹出【外形（2D）】对话框。

（2）刀具参数的设定：

在【外形（2D）】对话框中，创建新刀具，将弹出【定义刀具】对话框，在其中改变刀具的各项参数，再单击确定返回到【外形（2D）】对话框，并分别输入“进给率”、“下刀速率”、“提刀速率”和“主轴转速”等参数，如图3-7所示。

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下面对其刀具路径的主要相关参数设置进行说明：

●刀具直径：在进行粗加工时，可根据工件结构和特点选择直径较大的刀具，从而提高工作效率；在进行精加工时，则应根据轮廓最小圆角选择小于圆角的刀具，从而提高表面的精度和质量。

●刀角半径：在设置球刀或圆角刀的刀角半径时，要根据轮廓周边的过渡圆角进行设定，以避免过切现象。

●进给率：就是刀具在X、Y方向上切削时的进给速度，如果是钻孔时，就是Z方向上的进给速度。其进给率的参数设置直接影响加工质量的好坏。 ●下刀速率：就是主轴升降时的进给速率。

●提刀速率：就是刀具向上提刀退离工件表面时的进给速率，一般设置为2000~5000mm/min。

图3-7 设置加工刀具参数

（3）单击“外形加工参数”选项卡，分别设置高度、加工类型、刀具补正、预留量等，此处设置参考高度为5，进给下刀位置为1，工件表面为0，深度为-3.2mm，测得工件厚度为3.2mm，此处深度设置一致。如图3-8所示。 下面对高度设置的主要参数加以说明：

●安全高度：就是指在此高度之上，刀具可以在任何位置平移而不会与工件或夹具发生碰撞。

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