[摘要] 实际数控加工中，经常会碰到只需对加工对象（通常为三维实体或曲面模型）的部分区域实施加工的情况。采用合理、有效的控制方式来实施加工对象的区域加工是提高数控加工效率、保证数控加工质量的关键之一。在利用Mastercam系统进行数控加工编程时，可以采用限制刀具边界（tool containment boundaries）、设置干涉面（check surfaces也称保护面）、添加“辅助面”等控制方式来实现加工对象的区域加工。

[关键词]  Mastercam   数控加工   区域加工   控制方法

一、引言

Mastercam是美国CNC公司开发的基于PC平台的CAD/CAM系统。自推出以来，一直以其界面亲切、易学易用、功能强大而深受广大用户的青睐，是当今数控加工领域应用最为广泛的CAD/CAM系统之一。以下笔者以一实际的模具加工为例，具体介绍一下采用Mastercam系统实施区域加工时的几种常用控制方法。

如图一所示为一塑料模的上模图形，该图形主要由产品型腔、分型面和滑块槽三部分组成。实际加工中，考虑到产品型腔部分的底部圆角尺寸值较小，难以由数控加工直接到位，所以采用电火花加工作为整个型腔部分的最后精加工。也就是说，整个上模在经过了粗加工和半精加工（留一定加工余量）之后，只需对分型面及滑块槽部分进行精加工就可以了，而产品型腔部分就不必要再进行数控精加工了（型腔部分所留的余量用电火花加工最后去除）。这就牵涉到了区域加工的问题。（限于篇幅关系，下面只介绍采用Mastercam的45°平行精加工走刀方式来实现分型面精加工时的区域控制方法。）

图一  上模图形

二、区域加工的控制方法 

方法一：限制刀具边界（tool  containment  boundaries）

刀具边界（tool containment boundaries）是Mastercam系统用来限制数控加工过程中刀具运行轨迹范围的界线。Mastercam系统通常采用一个或几个无相互干涉的封闭串连（chain）来定义刀具的切削范围，而刀具的切削范围又可以设置为在所选取封闭串连的内部（Inside）、外部(Outside)、或仅在封闭串连上(Center)三种情况。

1、制作刀具边界（tool containment boundaries）

在Mastercam系统中，刀具边界（tool containment boundaries）可以是二维或三维的封闭串连（chain）。为了观察和选择的方便，通常可以把刀具边界（tool containment boundaries）作在一定Z值的TOP面上。在这里，由于只需对分型面部分进行精加工，故可以把整个分型面的边界线作为刀具边界（tool containment boundaries）。如图二所示是在Z=100的TOP面上作出整个分型面的边界线作为刀具边界（tool containment boundaries）的情形。

图二  刀具边界制作

2、限制刀具边界（tool containment boundaries）的设置

在加工参数设置框的第二页即Surface  parameters (曲面参数)页（如图三所示）中的Tool containment(刀具边界设置)栏，按Select(选择)选择上面所作的刀具边界线（tool containment boundaries）。

图三

 选择所有曲面作为加工对象（Drive surfaces），选用Ø10R5的球刀作为加工刀具，并适当设置其他各加工参数。经过Mastercam系统的刀路计算，可以很快生成如图四所示的分型面45°平行式精加工刀路轨迹。可见，采用限制刀具边界（tool  boundaries）的方法达到了针对分型面实施区域精加工的目的。

图四  采用限制刀具边界方法的刀路轨迹

方法二：设置干涉面（check  surfaces）

干涉面（check  surfaces）是由用户在所有加工对象面中选定的不需要进行本工序加工的面。 Mastercam系统在进行刀具路径计算时，自动按用户预先设置的预留量（stock  to  leave）对干涉面（check  surfaces）进行干涉检查，以保证在整个数控加工过程中对干涉面（check  surfaces）加以保护，避免发生过切现象。

1、干涉面（check  surfaces）的设置

在加工参数设置框的Surface parameters(曲面参数)页（如图五所示）的Check  surfaces/solid(干涉面设置)栏，按Select(选择)选择干涉面，并在Stock to leave(设置预留量)处输入适当的预留量数值（≥0）。预留量数值越大，则表示数控加工过程中刀具离干涉面的距离越大。

图五  干涉面的设置

        2、干涉面（check  surfaces）的选取

    利用Mastercam系统多种灵活的对象选取方式，选取除分型面之外的所有对象面作为干涉面（check  surfaces）。如图六所示图形的中间部分均为选取的干涉面（check  surfaces）。

图六  选取干涉面

    选择所有的曲面作为加工对象（Drive surfaces），选用Ø10R5的球刀作为加工刀具，并合理设置其他各项加工参数。经过Mastercam系统的刀路计算，可以很快生成如图七所示的分型面45°平行式精加工刀路轨迹。可见，采用干涉面（check  surfaces）设置的方法同样达到了针对分型面实施区域精加工的目的。

 图七  采用设置干涉面方法的刀路轨迹

    方法三：添加“辅助面”

所谓“辅助面”是指加工对象中本来不存在的，为了实际加工的需要，由编程者自己创建的，并在Mastercam系统生成刀具路径时加以计算的面。

如图八所示，在Z=100的TOP面上，以分型面内侧边界线向内Offset(偏距)5mm（采用Ø10R5的刀具加工，偏距的距离为刀具直径的一半）作一新的边界，连接A、B二点，组成一封闭串连（如图八所示），以此封闭串连创建一平面作为“辅助面”（如图九所示）。

 图八  “辅助面”的创建

图九  完成的“辅助面”

    同样，选择所有曲面作为加工对象（Drive surfaces），选用Ø10R5的球刀作为加工刀具，并合理设置其他各项加工参数。这里需要特别注意的是：为了防止Mastercam系统对“辅助面”进行空切加工，必须进行加工深度范围（Z的上、下限值）的限制（如图十所示）。其中，Z的上限值必须小于辅助面的高度以保证把“辅助面”彻底排除在实际加工范围之外（本例中“辅助面”的高度Z=100，所设的Z的上限值为2），而Z的下限值必须小于分型面的最低点的Z值以确保所有的分型面都包括在加工范围之内（本例中分型面的最低点的Z值为-57，所设的Z的下限值为-100）。经过Mastercam系统的刀路计算，可以很快生成如图十一所示的分型面45°平行式精加工刀路轨迹。可见，采用添加“辅助面”的方法也同样达到了针对分型面实施区域精加工的目的。

图十  加工深度控制

图十一  采用辅助面方法的刀路轨迹

三、结束语

以上具体介绍了采用Mastercam系统实施区域加工的几种常用的控制方法。同时，不得不指出，在实际数控加工中，区域加工的控制方法是相当灵活的。如上述例子中，我们还可以采用把图九所作的辅助面直接作为干涉面或者采用辅助面结合刀具边界的双重控制方法，同样可以达到分型面区域精加工的目的。总之，只有通过不断地尝试，才能逐渐积累经验，切实提高实际应用水平