近些年隨著數(shù)控技術(shù)和CAD/CAM技術(shù)在模具工業(yè)中的廣泛應(yīng)用，數(shù)字化和機(jī)器人等拋光方法對復(fù)雜模具曲面進(jìn)行拋光處理得到了較快的發(fā)展川，并成為模具曲面加工行之有效的方法。本文針對模具曲面拋光過程中的不同拋光曲面，分析了MasterCAM模具曲面加工運(yùn)動中各種生成路徑的方法，針對模具型腔等表面經(jīng)銑削后需進(jìn)行的表面光整加工，分析模具表面的曲率變化，提出了利用MasterCAM軟件的路徑設(shè)計，實現(xiàn)拋光工具(磨頭)對模具輪廓曲面進(jìn)行平滑處理，以獲得模具表面較佳的表面質(zhì)量和形狀精度。

　　1 模具拋光路徑生產(chǎn)方法

　　在模具曲面拋光過程中，拋光工具總是沿著一定的拋光軌跡對模具表面進(jìn)行光整加工，要使拋光工具運(yùn)動路徑達(dá)到較理想的效果，不僅要求計算速度快、占用計算機(jī)內(nèi)存少，而且還要使切削行間距分布均勻、加工誤差小、走刀步長分布合理和加工效率高等，必須確保工件加工表面和拋光工具表面在拋光運(yùn)動軌跡上各點(diǎn)均有相同或相近的去除條件，同時拋光工具的運(yùn)動也應(yīng)保證工件上各點(diǎn)有相同或相近的拋光行程，盡量不出現(xiàn)周期性重復(fù)情況，盡量避免曲率過大的轉(zhuǎn)角，力求拋光運(yùn)動平穩(wěn)。

　　作為常規(guī)的拋光運(yùn)動軌跡主要有直線、環(huán)形線、螺旋線、放射線、正弦曲線、次擺線軌跡等(如圖1)。但對于絕大多數(shù)模具曲面，特別是模具內(nèi)腔表面，有時曲面形狀較為復(fù)雜，如僅采用單一的拋光路徑顯然不可取。因此對于加工不同的模具曲面必須采取不同的拋光方法，以獲得較好的表面精度和表面質(zhì)量。Master-CAM X曲面精加工的路徑設(shè)計方法較多，常用的投影加工、等高線加工、淺平面加工、流線精加工、混合光整加工等都是模具拋光過程較理想的方法。

　　圖1 模具拋光工具路徑設(shè)計圖

　　1.1投影加工計算方法

　　投影加工方法應(yīng)用比較多，且是一種比較容易生成運(yùn)動軌跡的方法。其方法是先建立像平面拋光的運(yùn)動軌跡，然后將這個運(yùn)動軌跡投影到要加工的模具曲面上。在拋光運(yùn)動過程中雖然生成軌跡較多，但在各種運(yùn)動軌跡中，像外擺線、內(nèi)擺線等不適合曲面的拋光。在模具曲面的拋光運(yùn)動軌跡中，主要采用直線式、環(huán)形、放射線形和螺旋線形等。對于正弦曲線、次擺線、橢圓線軌跡在路徑生成中由于拋光軌跡不易重復(fù)，有利于降低表面粗糙度值，但軌跡生成難度較大，而且還需采取一定的編程手段以生成平面的軌跡曲線，然后用曲線驅(qū)動的方法投影到模具表面才可獲得較好的結(jié)果。曲面投影加工適用于較平坦的曲面輪廓處理，還可用于加工注塑模的流道、筋條和字體標(biāo)記等棱面處進(jìn)行光整處理。

　　1.2 等高線加工方法

　　等高線加工方法是CAM軟件中應(yīng)用最為廣泛的一種加工形式之一，其加工路徑的主要特點(diǎn):以恒定的切削深度和切削寬度，由高到低逐層除去加工區(qū)域的材料，加工過程平穩(wěn)、安全，加工效率高。它不僅支持基于毛坯殘余知識進(jìn)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，它能針對不同的曲面采取不同的加工策略。等高線加工方法有時又可分為等高線區(qū)域加工和等高線輪廓加工。等高線區(qū)域加工主要用于粗加工、半精加工;而等高線輪廓加工適用于曲面的精加工，當(dāng)然也是曲面拋光較理想的方法之一。

　　等高線輪廓加工適合于傾斜角較大的曲面，因其是在Z軸方向按切削深度所設(shè)定的分層加工，僅沿著每個加工層的曲面輪廓生成軌跡，因此也適合于曲面較陡峭且傾角有變化的表面，此并可按曲面陡峭的變化采用不同的加工行距和運(yùn)動路徑，以實現(xiàn)拋光的運(yùn)動軌跡生成，從而獲得較理想的表面質(zhì)量。

　　1.3 流線精加工方法

　　由于模具表面通常有大量的曲面，而且不是單一的曲面，如采用投影加工方法是不適合的，運(yùn)用流線精加工方法是這類模具曲面較理想的拋光加工方法，它能夠沿著曲面的參數(shù)線方向(μ、ν兩個主向)生成流暢的路徑。當(dāng)然有時不僅僅只是一條等參數(shù)線，而且采用兩條等參數(shù)線用來加工曲面。其目的在于加工時拋光工具的一條參數(shù)線沿曲面(μ向)切削;另一參數(shù)線為(ν向)行距方向，這樣容易控制曲面加工，并對不同曲率部分采取不同的行距以控制整個表面的粗糙度。

　　運(yùn)用流線精加工方法，首先采取曲面重構(gòu)的方法將模具的多個曲面建立一個比較接近實際的驅(qū)動曲面，再根據(jù)這個單一驅(qū)動曲面來生成等參數(shù)線驅(qū)動軌跡，然后再投影到實際模具曲面上進(jìn)行模具的拋光。雖然拋光軌跡很難實現(xiàn)真正模具曲面等粗糙度加工，但是可以通過對曲面區(qū)域進(jìn)行分解，對不同區(qū)域選擇合理的運(yùn)動軌跡。對于特定形狀的模具表面，可優(yōu)先選用比較合適的環(huán)形、放射線形和螺旋線形等，如果為普通模具表面，只要采取普通的直線型運(yùn)動軌跡，并選擇合適的走刀和跨距方向，就可實現(xiàn)較理想的拋光效果。

　　1.4 淺平面加工

　　淺平面精加工用于加工較平坦的曲面，通常只對傾斜角小于40°的區(qū)域進(jìn)行表面處理，與陡斜面加工正好互補(bǔ)，由于某些加工方法方式會在曲面的平坦部位產(chǎn)生刀具路徑較稀或產(chǎn)生殘余較大的現(xiàn)象，用伐平面曲面加工就可彌補(bǔ)該部位的加工精度和表面質(zhì)量。

　　2 凹模實體分析

　　摩托車頭盔凹模如圖2所示，它是一個典型的相對較為復(fù)雜的曲面，按照頭盔凹模的形狀分把頭盔的表面劃分為多個不同的曲面。頭盔的沿口是有起伏的，型芯的分型面在沿頭盔的沿口有小波浪形，凹模的頂部是較為平緩的曲面，模具的側(cè)面屬于陡峭曲面，因此對于摩托車頭盔凹模應(yīng)采取多種拋光運(yùn)動軌跡。

　　按照頭盔凹模形狀，把它分解為若干區(qū)域進(jìn)行拋光處理，如圖3所示。①頭盔模具的凹模分型面是一個環(huán)形的曲面并且曲面有一定的起伏，而非一個平面，在該區(qū)域拋光時宜運(yùn)用投影加工方法;②凹模的頂部較為平緩的曲面，并屬于傾斜角小于40。曲面區(qū)域，宜采取淺平面加工方法;③模具的側(cè)面屬于陡峭曲面，傾斜角大于40°，宜采用等高外線加工方法;④摩托車頭盔帽沿結(jié)合處，該部分有正向圓弧和反向圓弧組成部分，屬于形狀曲面有突變，比較適合流線精加工方法。

　　3 MasterCAM拋光路徑設(shè)計

　　3.1 頭盔凹模的側(cè)面拋光

　　頭盔凹模的側(cè)面因其表面較陡，屬于陡峭曲面，對于這類表面，適用于等高線加工方法進(jìn)行拋光。首先在主功能表上進(jìn)行隱藏刀具路處理，其目的是關(guān)閉前一道工步的刀具路徑，以避免對現(xiàn)執(zhí)行工步的影響。然后在操作管理器中，將選擇的“3一挖槽”加工，并使用粘貼操作，這樣將會生成一個“4-曲面精加工一等高外形”的窗口，接著更改參數(shù)的設(shè)置刀具參數(shù)(在此選擇圓角刀作為拋光頭)，并設(shè)置曲面加工參數(shù)和等高外形精加工參數(shù)。在進(jìn)行摸擬拋光加工時設(shè)置起始長度大于0.0，使用退回的位置不斷變化，可有效地防止拋光頭在退回時產(chǎn)生劃痕，最后返回到操作管理器，系統(tǒng)即可按己設(shè)置的參數(shù)計算出刀具路徑。將它設(shè)置為等角視圖，便可生成拋光路徑圖4，并檢視刀具路徑，通過調(diào)整視角，進(jìn)行縮放、旋轉(zhuǎn)、平移等操作，從不同角度和區(qū)域進(jìn)行觀察，證實了該方法的拋光路徑是合理的，并無干涉現(xiàn)象產(chǎn)生，拋光軌跡比較光滑。

　　3.2凹模的底部曲面拋光

　　凹模的底部是較為平緩的曲面，并屬于傾斜角小于400的曲面區(qū)域，適合于投影加工方法。在操作過程中，選擇主功能區(qū)，依次單擊“回主功能，刀具路徑，曲面加工，精加工，投影加工”。然后選取加工曲面和設(shè)置刀具參數(shù)，即生成此區(qū)域的拋光路徑，見圖5所示。并通過調(diào)整視角，從不同的角度對生成的路徑檢視，表明該加工方法是合理的，同時也證實了由于投影后的刀具路徑只改變了Z坐標(biāo)值，并沒有改變X、Y方向的坐標(biāo)，對子類似這樣較為平坦的曲面加工，本方法不失為一種好的加工方法。參數(shù)選擇時，取直徑10 mm球頭作為拋光工具，主軸轉(zhuǎn)速3 000 r/min，進(jìn)給速度3.5 m/min,最大切削間距0.1 mm，最終生成0角視投影加工拋光路徑圖。

　　3.3 淺平面加工

　　分型面采用淺平面曲面精加工。在主功能區(qū)依次單擊“回主功能，刀具路徑，曲面加工，精加工，淺平面加工”，選取加工平面，設(shè)置刀具參數(shù)，接著設(shè)置加工參數(shù)，然后設(shè)置淺平面精加工參數(shù)，最終生成拋光刀具路徑。將其設(shè)置為等角視圖，圖6即為0度角方向淺平面加工，拋光工具表面路徑也十分理想。

　　3.4 流線精加工

　　頭盔帽沿結(jié)合處，由多個倒圓的生成曲面構(gòu)成，采用流線加工方法可獲得較好的拋光效果。由主菜單→刀具路徑→曲面加工精加工→精加工流線加工，接著選取加工曲面，在曲面流線參數(shù)設(shè)置的對話框里，選擇補(bǔ)正方向、旋轉(zhuǎn)方向、步進(jìn)方向和刀具路徑的起始點(diǎn)。接著設(shè)置刀具參數(shù)和加工參數(shù)。在曲面流線參數(shù)設(shè)置的對話框里選擇不同的旋轉(zhuǎn)方向，分別得到圖7、圖8的精加工流線加工路徑。參數(shù)選取時采用直徑擔(dān)0 mm球頭作為拋光磨頭。主軸轉(zhuǎn)速3000 r/min，進(jìn)給速度3.5 m/min。從圖7和圖8可以看出，曲面U方向進(jìn)給路徑比曲面V方向加工效果更為理想。

　　4 結(jié)束語

　　通過運(yùn)用MasterCAM對拋光工具路徑設(shè)計，結(jié)合摩托車頭盔凹模不同曲面拋光方法的選擇，可以看出，針對不同零件的曲面特征應(yīng)采取不同的拋光路徑生成方法。當(dāng)加工傾斜角度較大，即較陡峭的曲面時采用等高廓線的拋光方法;而對傾斜角度較小，且較平坦的曲面宜采用曲面投影加工方法;對于有較多的曲面模具表面，即不是單一的曲面宜采用精加工流線加工方法。

　　對于同一個零件的不同曲面，對不同特征的曲面拋光區(qū)域應(yīng)該采用不同的拋光方法進(jìn)行加工，而不能簡單地進(jìn)行一種或兩種拋光軌跡來完成所有曲面的拋光，應(yīng)按其不同部位的特征將分割成不同的區(qū)域拋光方法，并對不同區(qū)域采用不同的軌跡形式和拋光器的行距。此外對于模具表面質(zhì)量及精度要求較高的表面，可以采用幾多種路徑生成方法對表面進(jìn)行拋光處理，以最終獲取適合的拋光途徑。