基于MasterCAM的全国职业院校技能大赛现代加工技术赛项底板零件工艺分析及高效加工.pdf

模具制造技术基于MasterCAM的全国职业院校技能大赛现代加工技术赛项底板零件工艺分析及高效加工张立场（睢县职业技术教育培训中心,河南睢县47 6 90 0)【摘要】分析了2 0 2 3 年全国职业院校技能大赛现代加工技术赛项底板零件的形状特征、技术要求及加工难点，并根据大赛试题的要求和零件的结构特点，制定了合理的加工工艺，设置了高效的加工参数，运用MasterCAM2022多种高效加工策略，进行了模拟仿真，并在数控铣床上实操加工和验证,取得了良好的加工效果,对广大参赛师生提供了一种参考。同时也为我国成为制造强国、质量强国，培养一大批既懂加工技艺又有创新意识的高素质技术技能人才和大国工匠。关键词：技能大赛；加工工艺；高效加工；策略中图分类号：TG659DOl:10.12147/ki.1671-3508.2023.10.016Process Analysis and Efficient Processing of Bottom Plate Parts inthe Modern Processing Technology Competition of the NationalVocational College Skills Competition Based on MasterCAM(Suixian Vocational and Technical Education and Training Center,Suixian,Henan 476900,CHN)AbstractAnalyzed the shape characteristics,technical requirements,and processing dfficultiesof the bottom plate parts in the modern processing technology competition of the 2023 NationalVocational College Skills Competition.Based on the requirements of the competition questionsand the structural characteristics of the parts,reasonable processing techniques were developed,efficient machining parameters were set,and various efficient machining strategies usingMasterCAM 2022 were used for simulation and validation.The results were then processed andverified on a CNC milling machine.Good processing results have been achieved,providing areference for the majority of participating teachers and students.At the same time,it will also helpChina become a manufacturing and quality powerhouse,cultivating a large number of high-qualitytechnical and skilled talents who understand both processing skills and innovative awareness,aswell as craftsmen from major countries.Key words:skills competition;processing technology;efficient processing;strategy1引言全国职业院校技能大赛是中华人民共和国教育部发起，联合国务院三十五部门、行业和地方机构共*基金项目：2 0 2 1 年河南省职业教育教学改革研究与实践规划项目“技能大赛全员化视角下中职双师型教师队伍建设研究与实践”（项目编号：豫教 2 0 2 1 5 7 98 1)和2 0 2 2 年商丘市职业教育教学改革研究重点项目“1+X证书制度下中职现代学徒制人才培养模式研究与实践一一以数控专业为例（项目编号：2 0 2 2 1 0 0 1 6)的阶段性研究成果。52文献标识码：BZhang Lichang同举办的年度性全国职业院校学生竞赛活动。全国职业院校技能大赛是国家职业教育的重大制度设计与创新，是推动职业教育高质量发展的重要抓手，模具制造2 0 2 3 年第1 0 期模具制造技术也是贯彻落实新职业教育法及全国职业教育大会精神的重点工作。现代加工技术赛项是2 0 2 3 年全国职业院校技能大赛新设赛项，主要响应党的二十大报告中“加快建设制造强国、质量强国”的重要精神，对接国家“十四五”规划中“实施产业基础再造工程，加快补齐基础零部件及元器件、基础软件、基础材料、基础工艺和产业技术基础等瓶颈短板”的要求，面向机械加工设备操作与维护、加工工艺制订与实施、产品质量检测、机械零部件装配等岗位群，涵盖机械设计制造类中的机械加工技术、数控技术应用、机械制造技术、模具制造技术等专业。本赛项设置创新设计、赛件加工、检测及装配测试、技术文件填写等任务，主要考查选手机械加工、零部件安装与调试、产品常规检测、机械加工设备操作与维护的能力，以及质量控制、团队协作、安全意识和绿色环保理念等职业素养。2大赛题目特点大赛实操加工试题为斯特林风扇，由5 8 个零部件d20.50g3V12加工装配而成,其中活塞连杆、活塞I、活塞、杆I、杆、从动轮中心轴、曲轴I、曲轴和风扇、密封圈等40 个零件，需由各队提前按要求自备并带至赛场，与现场加工制作的底板、顶板、主支柱、缸体、支架等1 8 个零件进行装配，组成一套可自行运动的斯特林风扇。竞赛题目中除风扇、密封圈、螺栓等标准件外,需要加工零件数量众多，特征复杂，既包含板类零件的平面铣削、轮廓铣削、沟槽、孔、螺纹、镗孔、倒角等特征，也包含轴类零件的内外圆柱面、端面、内外沟槽、内外锥面、内外螺纹、曲轴等特征,需要由数控铣加工和数控车加工，还有一部分零件需要车铣复合加工，并且尺寸精度、位置精度、表面质量要求较高，因此，如何能在规定的时间内完成该赛项试题零件的高效加工并装配,对广大师生而言是一个不小的挑战。本文以该赛项中底板零件为例，使用MasterCAM2022完成该零件的工艺分析及高效数控加工,为大家提供一个参考。3力加工难点分析底板零件如图1 所示。Ra1.60:0F91260gd27*0.02162￥1 88010+0.036413.5*0.043K24320.0396E0C509.039d81680.02510*0.036U8*0.036045*003013.513.50.039420v916*0+0.043048d8.540*02652R109:00+0T模具制造2 0 2 3 年第1 0 期32-0.087135-82K-K00+380.025技术要求：未注倒角CO.5，未注圆角R5。锐角倒钝C0.2C0.3。3xM271.5-7H未注尺寸公差允许0.1。图1 底板零件70+0.4-0.2+0.2-0.4Ra3.253模具制造技术零件整体尺寸大、结构复杂、侧边不规则不宜装夹，需垫块、支撑块一并使用装夹，掉头装夹时间较长，尺寸左右不对称，切削力大容易松动。零件材料为45 钢,易切削加工,硬度不高,热处理性能一般,加工去除余量不大，表面质量要求无划痕、凹陷。除了较高的尺寸精度以及位置度要求，外表面质量、平行度保证也有重要精度要求。4工艺编排原则该零件主要包含平面铣削、轮廓铣削、沟槽、孔、螺纹、镗孔、倒角等加工部分，为保证零件加工质量、表面质量、位置度及装配要求，要从毛坏材料性能、机床刚性、刀具切削性能及结合MasterCAM软件加工策略,运用先粗后精、先面后孔的原则制定合理的加工工艺。5高效加工策略的选用针对底板零件的形状特征和技术要求,采用的CAM软件是MasterCAM2022版,MasterCAM2022易学易用、编程便捷快速，可以完成现代高效机械加工技术和高效加工工艺。为更好的完成该零件的切削加工,采用的加工策略除面铣、外形铣削、动态铣削、深孔啄钻等策略外，主要采用3 D优化动态粗切、区域、模型倒角等高速、高效的加工策略。6实操加工过程及工艺参数设置6.1粗加工第一面（1)精密平口钳装夹工件，使用面铣策略，面铣工件的平面，选用63mm面铣刀，转速为2,0 0 0 转/min，进给速度为1,0 0 0 mm/min，切削深度为0.5 mm。(2)粗加工零件外形,使用外形策略,选用16mm立铣刀，转速为4,5 0 0 转/min，进给速度为2,0 0 0 mm/min,切削深度为3 7 mm。(3)第一面整体开粗使用3 D优化动态粗切策略，选用16mm立铣刀，转速为4,0 0 0 转/min，进给速度为1,8 0 0 mm/min,切削深度为2 8 mm。3D优化动态粗切策略具体操作如下：使用刀路选项卡3 D组别中的“优化动态粗切”策略，对底板零件进行大范围除料。在弹出的“3 D高速曲面刀路一一优化动态粗切”对话框中，首先，单击“模型图形”,在加工图形中单击“选择图素”按钮，根据提示，选择加工实体，54壁边预留量为0.1 5 mm,底边预留量为为0.1 5 mm。然后点击“避让图形”，框选实体，图形选择结束。其次，单击刀具控制按钮，选择边界串连，在实体串连中选择原来设置的实体边缘，策略选择为开放，补正选择为中心。第三，单击刀具按钮，创建刀具，并对刀具属性和参数进行设置。第四,单击“切削参数”,对切削参数进行设置，切削方式选择为顺铣，在步进量的距离中设置刀具直径的1 5%，在分层深度中设置刀具的最大刃长，勾选“步进量”，设置为刀具的最小允许高度步进量，设置如图2 所示的参数。最后，点击“切削参数”的子项“陡峭/前滩”,再点击“检查深度 按钮，最高位置设置为毛坏的顶点,最低位置设置为第一面加工的低点,其余默认基础参数设置，单击确定，生成如图3 所示加工轨迹。方式编方式数视进始诚率共网站地化上我步进果此化下战少进出团步进型16平统刀E牛经补正公式文件(4)对未加工区域进行二次粗加工，使用动态铣削策略，选用16mm立铣刀，转速为4,5 0 0 转/min，进给速度为1,8 0 0 mm/min，切削深度为1 3.5 mm。(5)钻8.5的深孔，使用孔加工策略，用8.5钻头，转速为1,5 0 0 转/min，进给速度为1 2 0 mm/min，切削深度为2 5 mm。100315010059里进力DefautFomda图2 切削参数设置对话框图3 加工轨迹模具制造2 0 2 3 年第1 0 期245C0.0团生成力O5006模具制造技术6.2半精加工、精加工第一面（1)半精加工底面各轮廓，采用磨损补偿方式进行半精加工，选用10粗铣刀，余量预留0.1 mm，转速为5,0 0 0 转/min,进给速度为1,0 0 0 mm/min。(2)对零件底面各轮廓进行精修,使用2 D区域策略，选用10精铣刀，转速为5,0 0 0 转/min，进给速度为 1,0 0 0 mm/min。2D区域策略具体操作如下：使用刀路选项卡2 D组别中的“区域”策略,单击“区域刀路”弹出“串联图形”对话框，点击“加工范围”中“实体串联：按钮，框选该加工实体表面,进人参数设置对话框，单击“切削参数”，设置如图4所示的参数，其中切削距离为100mm，最小3.96 mm，最大7.2 mm，壁边预留0.1 mm，底面预留Omm，然后单击确定。H刀州方向方补正共扑正方向7正过#/公装牛Delam牛面无6.3米粗加工第二面(1)平面加工，使用面铣策略，选用63mm面铣刀，转速为2,0 0 0 转/min，进给速度为1,0 0 0 mm/min，切削深度为0.5 mm，总厚度约留0.5 0.6 mm。余量测量完后，选用16mm立铣刀进行表面精加工，转速为X步迪里4,500转/min,进给速度为8 0 0 mm/min。45.02.475大两力切小草保特在10.01电脑中心0.000000图5 切削参数设置(2)对零件第二面整体开粗，使用3 D优化动态粗切策略，选用16mm立铣刀，转速为4,5 0 0 转/min，进0.5因生成力给速度为1,8 0 0 mm/min，切削深度为2 4mm。(3)对第二面未加工区域进行二粗加工，使用动态铣削策略，选用16mm立铣刀，转速为4,5 0 0 转/min,进给速度为1,8 0 0 mm/min。图4切削参数设置对话框(3)精加工第一面各轮廓，并控制零件各部位尺寸，使用外形铣削策略，选用10立铣刀，转速为5,000转/min,进给速度为1,0 0 0 mm/min。(4)倒角。对第一面各轮廓进行倒角处理,使用“模型倒角策略，选用6mm45倒角刀，转速为5,000转/min，进给速度为1,0 0 0 mm/min，切削深度为0.5mm。模型倒角策略具体操作如下：使用刀路选项卡2D组别中的“模型倒角”策略。单击“模型倒角”弹出“串联图形”对话框，首先，点击“串联图形”进入“实体串联”,在3 D模式中框选所加工实体表面。其次，点击“刀具”设置选项，创建倒角刀具。第三，点击“切削参数”，补正类型选择为电脑，补正方向选择为左，刀尖补正选择为中心，倒角宽度设置为0.5 mm，底面偏移设置为0.5 mm；点击“切削参数 的子项“进/退刀”设置，长度设置为0.5 mm，半径设置为R0.5mm，参数设置如图5 所示，其余为默认设置，单击确定按钮。模具制造2 0 2 3 年第1 0 期(4)螺纹加工,使用螺纹铣削策略,选用螺纹铣刀进行M27螺纹加工,转速为1,2 0 0 转/min，进给速度为100mm/min,切削深度为1 9mm。螺纹铣削策略具体操作如下：使用刀路选项卡2 D组别孔加工中的“螺纹铣削”策略,单击“螺纹铣削”图标，在弹出的参数设置对话框中单击“选择孔尺寸”选择完毕点击“切削参数 设置如图6 所示的参数,其中活动齿数为1 4,螺距1.5 mm，其余为默认参数设置。分补正方式内招入令快速直香识盟2051002开图6 螺纹铣削参数设置对话框000.0电脑加工方间O由上M下0 AO由下商上切期55模具制造技术(5)拆下零件进行静置，使工件应力释放。内应6.7实操加工力去除后重新装夹拉表分中对刀，注意夹紧力度。通过确定合理的加工工艺、设置高效的加工参6.4半精加工、精加工第二面数、严谨认真的仿真模拟，将自动生成的程序传输至（1)把底板零件翻转掉头装夹，为保证工件装正，数控铣床进行加工，结果如图8 和图9所示。装夹时可用压板压住上表面,并重新打表对刀。(2)采用剩余毛坏加工方式去除残留工艺台，并进行各轮廓清角，选用16mm立铣刀，转速为5,0 0 0 转/min，进给速度为1 0 0 0 mm/min，仿真结果如图1 2 所示。(3)半精加工底面各轮廓，采用磨损补偿方式进行半精加工，选用10粗铣刀，余量预留0.1 mm，转速为5,0 0 0 转/min,进给速度为1,0 0 0 mm/min。(4)对零件底面进行精修，使用2 D区域加工策略，选用10立铣刀，转速为5,0 0 0 转/min，进给速度为 1,0 0 0 mm/min。(5)轮廓精修,使用外形加工策略,并控制零件尺寸精度，选用10mm立铣刀，转速为5,0 0 0 转/min，进给速度为1,0 0 0 mm/min。(6)倒角，采用模型倒角策略，选用6mm倒角刀，转速为5,0 0 0 转/min，进给速度为1,0 0 0 mm/min。6.5粗加工侧面（1)精密平口钳钳口装夹零件，打表、分中对刀。(2)对零件侧整体开粗，使用动态铣削策略,深度16mm，选用10mm立铣刀，转速为5,0 0 0 转/min，进给速度为2,0 0 0 mm/min。(3对零件侧面二次开粗，使用动态铣削策略，深度3 2 mm，并进行清角,选用16mm立铣刀，转速为4,500转/min,进给速度为1,8 0 0 mm/min。6.6精加工侧面(1)侧面轮廓精修,使用2 D区域加工策略,选用10mm立铣刀，转速为5,0 0 0 转/min，进给速度为1,000mm/min(2)倒角,采用模型倒角策略，选用6mm倒角刀，转速为5,0 0 0 转/min，进给速度为1,0 0 0 mm/min。仿真结果如图7 所示。图7 仿真结果56图8 底板零件第一面图9 底板零件第二面7结语本文以2 0 2 3 年全国职业院校技能大赛现代加工技术赛项底板零件加工为例，分析了底板的形状特征、技术要求及加工难点，制定了合理的加工工艺,设置了高效的加工参数，并运用MasterCAM2022多种高效加工策略，配合数控机床的现代高效机械加工技术，极大地提高了零件的加工精度、表面质量和生产效率，节约了生产时间，降低了生产成本,取得了良好的加工效果，对广大参赛师生提供了一种参考。参考文献1杨龙.基于MasterCAM复杂零件工艺分析及高效数控加工.模具制造,2 0 2 2,2 2(0 8):5 8 6 22】陈甫基于MasterCAM的复杂部件数控多轴联动加工技术赛项赛题工艺解析 J.中国科技信息，2 0 2 2，（1 9）：95 973】张立场,马国峰,邢志东.技能大赛全员化视角下中职“三教 改革探析 J.教育与职业，2 0 2 2,1 0 1 0（1 0)：6 6 6 94唐坤,刘波.MasterCAM在数控铣竞赛的应用 J.内燃机与配件,2 0 2 2,(1 5):1 2 4 1 2 6作者简介：张立场，男，1 98 1 年1 0 月生，河南睢县人，高级讲师，研究方向：数控加工技术，职业教育教学研究。（收稿日期：2 0 2 3-0 6-2 0）0 MM模具制造2 0 2 3 年第1 0 期