基于MasterCAM的模具曲面抛光路径生成方法研究

    近些年随着数控技术和CAD/CAM技术在模具工业中的广泛应用，数字化和机器人等抛光方法对复杂模具曲面进行抛光处理得到了较快的发展川，并成为模具曲面加工行之有效的方法。本文针对模具曲面抛光过程中的不同抛光曲面，分析了MasterCAM模具曲面加工运动中各种生成路径的方法，针对模具型腔等表面经铣削后需进行的表面光整加工，分析模具表面的曲率变化，提出了利用MasterCAM软件的路径设计，实现抛光工具(磨头)对模具轮廓曲面进行平滑处理，以获得模具表面较佳的表面质量和形状精度。
1 模具抛光路径生产方法
    在模具曲面抛光过程中，抛光工具总是沿着一定的抛光轨迹对模具表面进行光整加工，要使抛光工具运动路径达到较理想的效果，不仅要求计算速度快、占用计算机内存少，而且还要使切削行间距分布均匀、加工误差小、走刀步长分布合理和加工效率高等，必须确保工件加工表面和抛光工具表面在抛光运动轨迹上各点均有相同或相近的去除条件，同时抛光工具的运动也应保证工件上各点有相同或相近的抛光行程，尽量不出现周期性重复情况，尽量避免曲率过大的转角，力求抛光运动平稳。
    作为常规的抛光运动轨迹主要有直线、环形线、螺旋线、放射线、正弦曲线、次摆线轨迹等(如图1)。但对于绝大多数模具曲面，特别是模具内腔表面，有时曲面形状较为复杂，如仅采用单一的抛光路径显然不可取。因此对于加工不同的模具曲面必须采取不同的抛光方法，以获得较好的表面精度和表面质量。Master-CAM X曲面精加工的路径设计方法较多，常用的投影加工、等高线加工、浅平面加工、流线精加工、混合光整加工等都是模具抛光过程较理想的方法。

图1 模具抛光工具路径设计图

1.1投影加工计算方法
    投影加工方法应用比较多，且是一种比较容易生成运动轨迹的方法。其方法是先建立像平面抛光的运动轨迹，然后将这个运动轨迹投影到要加工的模具曲面上。在抛光运动过程中虽然生成轨迹较多，但在各种运动轨迹中，像外摆线、内摆线等不适合曲面的抛光。在模具曲面的抛光运动轨迹中，主要采用直线式、环形、放射线形和螺旋线形等。对于正弦曲线、次摆线、椭圆线轨迹在路径生成中由于抛光轨迹不易重复，有利于降低表面粗糙度值，但轨迹生成难度较大，而且还需采取一定的编程手段以生成平面的轨迹曲线，然后用曲线驱动的方法投影到模具表面才可获得较好的结果。曲面投影加工适用于较平坦的曲面轮廓处理，还可用于加工注塑模的流道、筋条和字体标记等棱面处进行光整处理。
1.2 等高线加工方法
    等高线加工方法是CAM软件中应用最为广泛的一种加工形式之一，其加工路径的主要特点:以恒定的切削深度和切削宽度，由高到低逐层除去加工区域的材料，加工过程平稳、安全，加工效率高。它不仅支持基于毛坯残余知识进行半精加工，而且在精加工中支持曲面斜率分析，在精加工中效果更好，它能针对不同的曲面采取不同的加工策略。等高线加工方法有时又可分为等高线区域加工和等高线轮廓加工。等高线区域加工主要用于粗加工、半精加工；而等高线轮廓加工适用于曲面的精加工，当然也是曲面抛光较理想的方法之一。
    等高线轮廓加工适合于倾斜角较大的曲面，因其是在Z轴方向按切削深度所设定的分层加工，仅沿着每个加工层的曲面轮廓生成轨迹，因此也适合于曲面较陡峭且倾角有变化的表面，此并可按曲面陡峭的变化采用不同的加工行距和运动路径，以实现抛光的运动轨迹生成，从而获得较理想的表面质量。