摘要：基于MasterCAM软件，通过采用三轴数控铣床加工简单手板模型，分析如何运用最简单的方式校准工件，提高工作效率与加工质量。...

基于MasterCAM软件，通过采用三轴数控铣床加工简单手板模型，分析如何运用最简单的方式校准工件，提高工作效率与加工质量。
0.引言
手板是港台企业的说法，亦称首板，它是产品的第一个模型， 因为当初主要靠手工制作，所以称为手板。内地传统称模型，现在 沿海企业称手板模型，但英文名称是一致的，本文统称手板模型。
现代工业设计采用的是三维设计软件，可以直观地在屏幕上 表现产品的三维造型，进行模拟装配加工及运动仿真，但屏幕毕竟 是平面，而且尺寸有限，无法和实际制作环境相比较，各种各样的 设计错误依然可能发生。本文主要就样板模在三轴数控铣床加工 中常见的问题及装夹方案进行研宄。
1.工件外形及工艺分析
1.1产品外形分析
如图1所示产品为一需要双面加工的产品，产品两面均对称， 尺寸大小为160 mm x 105 mmx 65 mm，面部凸起及凹陷部位高度 均为2mm，产品锐边均倒钝，脚底部为平面，并倒R5圆角。
1.2产品工艺分析
（1）产品材料:铝合金。
（2）加工设备及夹具:平口虎钳，三轴数控铣床。
（3）主要特征要求粗糙度:3.2。
⑷产品毛还尺寸：145 mm x 190 mm x 70 mm。
因为产品需要多次装夹，而且外轮廓需要用来校对基准，所以 需留有外框，如图2所示，大小为143 mm x 188 mm x 65 mm，厚度 5mm。加强筋起到支撑产品的作用，并且需要留有下刀位置，所以 设定为底面半径R为3 mm、长度大于10 mm的圆柱体。

2.加工产品、正面加工及装夹工艺
第一次装夹考虑到工件大小为143 mm x 188x 65 mm，并且箱体外框只起着支撑与对刀作用，所以无需考虑第二次装夹对刀痕迹对产品外观会产生影响。考虑毛坯余量并不多，所以工件采 用四面分中对刀，工件上表面为Z轴0点，以方便编写程序。
2.1面铣粗加工及精加工
虽然产品外框只是产品生成前的支撑结构，但装夹时需要用 来对刀，所以结合加工经验为了保证校表准确，采用主偏角为 75°、直径为40 mm的面铣刀进行平面粗加工，留0.2 mm的余量， 选择进给速度F为400 mm/min，主轴转速S为3 000r/min，干切 削。精加工时采用F为300mm/min，主轴转速S为3 500r/min，干 切削。
2.2外形轮廓加工粗精工与精加工
用12mm四刃平底刀对零件外轮廓采用轮廓铣削加工，考虑 到反面对刀效率，所以四面余量尽可能少，设置最大加工深度为 45 mm。为了获得更好的加工质量，粗加工时选择进给速度F为 800 mm/min，主轴转速S为2 000 r/min，每层切深为1 mm，加工余 量为0.2。精加工时选择进给速度F为400 mm/min，主轴转速S为
500 r/min,XY方向每层0.1分层直接进行精加工。
2.3产品粗加工
用12 mm平底刀进行曲面挖槽粗加工，加工区域为箱体内轮廓， 采用由内而外环切加工，所以注意采用螺旋下刀方式，余量0.2mm， 进给速度为600 mm/min，主轴转速为2 000 r/min，每层切削深度 0.5 mm。
2.4产品半精加工
如图3所示，由于产品主要区域为弧形面，浅平面部分用Z分层 开粗方法无法加工到位，所以采用XY轴分层加工命令(平行铣削） 进行半精加工，加工时注意刀具轮廓，以免与箱体轮廓发生撞刀；并 且，如图4所示，半精加工时无需把底面作为干涉面，让刀具略微踩 下去，这样为了反面加工能与正面更好的衔接，选用A=4mm球刀， 余量0.2 mm，进给速度F为800 mm/min，转速S为3 000 r/min。

2.5产品精加工
考虑到表面突起于凹陷处圆角，采用R1球刀进行精加工，设 置与半精加工相类似，切削间距为0.12 mm，进给速度F为800 mm/min，转速 S 为 3 500 r/min。
3.产品反面装夹及工艺
反面装夹注意垫块需要突出产品地表面，对刀时如图5所示， 垫块上表面为Z轴基准位置，上移65 mm为产品反面最高位置，X 轴与Y轴同样采用四面分中对刀，只要把毛坯余量铣削掉，并且 向内铣一定深度，此意在于对刀时用正面已经铣削好的轮廓面进 行碰数，提高加工精度。
反面由于形状与正面完全相同，所以加工方式也基本一致，主 要应注意以下2个方面：
反面开粗。注意：反面开粗到后期，底面加强筋受力问题， 所以开粗时每刀下刀量为0.4 mm，以免出现加强筋断裂。
挖槽精加工。在半精加工前，用直径6 mm的平底刀，对产 品腔体底面内轮廓进行挖槽加工，铣削深度为0.2〜0.5 mm，此意 在于铣削掉两面相交处大部分残料，使上下面相通。
4.实际加工后产品主要问题与解决方案

4.1实际加工后产品存在问题
由于产品只进行了正面与反面加工，所以产品在如图6所示 的位置(分模线位置），会留有明显的分模凸起边缘。

4.2解决方案
第一种方案:对产品进行人手抛光，但缺点是抛光效率低， 表面质量无法保证，劳动强度大。
第二种方案：变换角度进行再加工（平行铣削），去除大部 分分模线，留下小部分区域进行人手抛光。
经过实践证明，第二种方案比第一种方案所需时间少，表面加 工质量高，所以产品采用第二套方案来解决分模线问题。
5.变换角度装夹问题与解决方案
通常变换角度装夹有多种方案，这里主要采用2种装夹方式 进行对比。
5.1通过计算三角函数的方法进行角度装夹
如图7所示，此产品由于外框的限制，所以转角不宜过大，以 免发生撞刀，并且考虑到选取角度应采用较好计算的度数，因此本 产品以Y轴为旋转轴，分别以顺时针和逆时针变换30°转角，进行 2次加工。
产品装夹方式:在已知tan30°=姨3/3 mm，约等于1.732/3mm，

由于数值过小测量不方便，所以把数值扩大10倍进行计算，也就 是Z/X=17.32/30 mm。用百分表进行碰数，首先碰箱体框表面某一 位置，如图8所示，在加工中心面板中输入X0、F0、Z0，并且记录百 分表度数，之后平移X轴到坐标点X30、：Y0、Z0位置，再移动Z轴 到坐标点X30、F0、Z-17.32位置，如百分表度数与第一次度数不相 吻合，则调整工件，在X与Z值一定的情况下，直到百分表2次数值吻合为止。
产品装夹方式:此种装夹只需保证切削面水平即可，便可达到角度 装夹的效果。
装夹时进行箱体角度加工，如图9所示，注意切削部位不宜过多， 以免过切加强筋部分。

5.2直接铣削箱体30°夹的效果。
5.3对比2种角度装夹方式
2种方式均可达到角度要求的情况下：
第一种方式：校表方式复杂，用时较第二种方式长很多，并且 加工时箱体边缘面容易发生过切现象。
第二种方式：校表简单，精准度较第一种高，并且加工时箱体 边缘面不容易发生过切现象。
所以选择第二种装夹方式。
6.结语
数控加工中特别是对多面加工的零件，编程人员必须充分考 虑零件的结构、现场的机床加工情况，与操作者的习惯相协调，建 立正确的工件坐标系和采用合适的装夹与对刀方法，使整个加工 过程变得简洁，保证零件加工质量。