MasterCAM軟件在數(shù)控銑削加工中的應用

1、MasterCAM軟件在數(shù)控銑削加工中的應用摘要：通過MasterCAM軟件在數(shù)控加工中的一個應用實例，介紹了MasterCAM軟件銑削加工模塊強大的刀具路徑設置、零件的刀具路徑模擬和實體切削驗證、生成數(shù)控程序等功能及其應用方法，較為詳盡地講述了運用CAD/CAM軟件進行零件數(shù)控加工的工藝和步驟；關鍵詞：MasterCAM; 數(shù)控加工; 應用；CAD/CAM；工藝Abstract:Key words: MasterCAM; CNC Machining; application; CAD/CAM; process1、 引言MasterCAM軟件是美國CNC Software公司開發(fā)的基于PC平臺

2、的CAD/CAM系統(tǒng)，廣泛應用于機械加工、模具制、汽車工業(yè)和航天工業(yè)等領域，它具有二維幾何圖形設計、三維曲面設計、生成刀具路徑、模擬加工實體等功能，并提供友好的人機交互介面，從而實現(xiàn)了從產(chǎn)品的幾何設計到加工制造的CAD/CAM一體化，是目前世界上應用最廣泛的CAD/CAM軟件之一。運用CAD/CAM技術進行數(shù)控加工，是先進制造技術的重要組成部分，它可以使企業(yè)提高設計質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，降低產(chǎn)品成本，提高經(jīng)濟效益。2、 MasterCAM軟件的功能介紹MasterCAM 9.2由Mill(銑削)、Lathe(車削)、Wire(線切割)和Design(造型)4個模塊組成。其中Mill、Lathe、

3、Wire 3大模塊都具有完整的三維造型功能，它們既可以和Design模塊配合使用，也可單獨使用。MasterCAM的主要功能有：2.1、CAD繪圖功能MasterCAM可設計、編輯復雜的三維、三維空間曲線，還能生成方和曲線。并具有強大的曲面造型功能和實體造型功能，可用于零件表面局部開關的詳細設計，實現(xiàn)精確建模。2.2、模擬加工功能MasterCAM軟件實現(xiàn)銑削、車削、線切割的仿真加工，并可承受時修改零件幾何模型及加工參數(shù)。同時提供相關的加工情況報告，檢測加工過程中可能出現(xiàn)的碰撞、干涉、過切等問題，避免實際加工時錯誤的走刀軌跡給零件加工帶來的損失。2.3、數(shù)控編程功能采用MasterCAM軟件的

4、后處理程序可自動生成NCI刀具文件或NC數(shù)控代碼。MasterCAM系統(tǒng)本身提供了一百多種后處理PST程序，對于不同的數(shù)控設備，可根據(jù)相應的數(shù)控系統(tǒng)選用對應的后處理程序，后置處理生成的NC數(shù)控代碼可以直接輸出到數(shù)控設備，進行數(shù)控加工使用。如果MasterCAM系統(tǒng)本身的后處理PST程序不適合的數(shù)控系統(tǒng)，也可以對后處理PST程序進行編輯，使它處理生成的NC數(shù)控代碼符合您的數(shù)控系統(tǒng)。2.4、文件管理和數(shù)據(jù)交換功能MasterCAM軟件設置了許多數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，如ASCII、SAT、IGES、STP等，還有針對AutoCAD、Pro/E等軟件的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。用戶可以將多種數(shù)年型的文件與MasterCAM軟

5、件數(shù)據(jù)庫進行轉(zhuǎn)換。MasterCAM軟件還帶有刀具庫和材料庫等，使實際加工變得非常方便。3、 MasterCAM軟件數(shù)控編程工藝特點3.1、工藝原則數(shù)控加工時不公要使工作的外形和尺寸達到圖紙的要求，還要達到好的經(jīng)濟效益，但數(shù)控程序編制的方法不同，將直接影響工件的加工質(zhì)量、效率和經(jīng)濟性。加工路線合理與否，關系到零件的加工質(zhì)量與生產(chǎn)效率。在確定加工路線時，應綜合考慮保證加工精度和縮短加工路線，力求“兩全其美”。就粗加工而言，在不影響精度的前提下，最大限度地縮短加工路線，即“先短后精”的原則；而對于精加工，應在保證加工精度的基礎上，盡可能縮短加工數(shù)線，即“先精后短”的原則：應將保證零件的加工精度和表

6、面粗糙度值要求放在首位；力求加工路線最短，并盡量減少空行程時間，提高加工效率；在滿足零件加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率等條件下，盡量簡化數(shù)學處理的數(shù)值計算工作量，以簡化編程工作。此處，確定加工路線中，還要綜合考慮零件的形狀與剛度、加工余量、機床與刀具的剛度等，確定是一次進給還是多次進給，以及設計刀具的切入點與切出點、切入方向與切出方向，在銑削加工中，是采用順銑還是逆銑等。3.2、編程特點MasterCAM數(shù)控編程方式分為兩類；二維加工和三維加工。二維加工有面銑，輪廓銑削、挖槽加工、鉆孔和全圓加工。三維加工有平行銑削、陡斜面銑削、投影加工、等高外形加工、殘料清角、筆式清角、等距環(huán)切。二維加工編程，快捷是首選

7、，如輪廓銑削在實際應用中，主要用于一些由二維圖形組成的且側(cè)面為直角面或者具有一定拔模角的工件，如凸輪廓銑削、簡單形狀的凸模等。無論采用二維還是三維加工，都要安排好加工序，以獲得好的加工效果。如采用二維的輪廓銑削，挖槽加工時要，要注意設置好刀具進刀與退刀的相關參數(shù)，分清什么時候采用圓弧切線、直線垂直進刀、螺旋進刀或斜線進刀。如三維加工開粗時，常采用“傻瓜”式三維挖槽生成刀具路徑，以較好的去除加工余。在數(shù)控編程中常常要作一些修補的曲面和線，利用作圖技巧來輔助構(gòu)建刀具路徑，有利于快速生成好的刀具路徑，提高加工效果。如一些封閉區(qū)域的槽，往往采用分區(qū)域加工，如細分深度、細分加工范圍、細分加工方法、細分進

8、退刀等，在數(shù)控編程時分區(qū)域加工的控制方法是相當?shù)?。在清角過程中除了用到MasterCAM自帶的加工方式，如殘料清角和筆式加工外，還經(jīng)常在原有的曲面上生成一些線，以輔助加工路線的生成，可避免空走刀，達到刀路的簡化作用。當工件很復雜時，為避免粗精加工編程時顧此失彼，可先做好工序安排卡或?qū)Ω鞑煌瑓^(qū)域部分做好工序安排后，理清思路再總體考慮整合各工序順序，使每一步工序都能緊密地聯(lián)系在一起，達到一個好的加工效果。4、 MasterCAM軟件在銑削加工中的實際應用4.1、導入零件三維圖形利用MasterCAM軟件的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器導入待加工零件的三維圖形（如圖1），然后根據(jù)實際零件的擺放位置確定加工坐標系。（圖1

9、：零件三維圖形）4.2、構(gòu)建曲面粗加工刀具路徑4.2.1、設置毛坯依次選取“Main MenuToolpathsJob setup”命令，設置長300mm,寬140mm,高80mm的長方體（見圖2）。高度80mm為該零件的Z向尺寸和模板厚度尺寸之和。（圖2：毛坯設置）4.2.2、曲面挖槽粗加工刀具路徑規(guī)劃該零件的曲面粗加工刀具路徑，目的是粗切除大部分的工件材料。首先在TOP的視圖下取零件的最大輪廓并向外偏移15mm，作為粗加工刀具路徑的切削范圍。（如圖3）（圖3：圖形的最大輪廓）依次選取“Main MenuToolpathsSurfaceRoughPocket”命令，進行曲面挖槽粗加工。選用一

10、把Ø25R5的鑲硬質(zhì)合金刀片的機夾刀，設置機床的主軸轉(zhuǎn)速、進給速度、緩降速度等參數(shù)（如圖4）。在Surface parameters選項（圖4：粗加工刀具參數(shù)設置）卡中，設置下刀加工余量為0.5mm、Z軸安全高度Z10mm、Z軸緩降高度Z=0.2mm（如圖5）。在Rough pocket parameters選項卡中，設置每刀最大切削深度為（圖5：曲面參數(shù)設置）0.5mm，最大切削深度為Z-4.016mm,單步刀距為15mm，采用螺旋、斜線的下刀方式（見圖6）。設置完各種參數(shù)后，單擊“確定”按鈕后，選擇偏置后的外輪廓為加工邊界，選擇“DONE”命令后，系統(tǒng)計算出曲面粗加工刀具路徑。（

11、見圖7）（圖6：切削參數(shù)設置）（圖7：粗加工刀具路徑）4.3、曲面二次挖槽粗加工刀具路徑由于粗加工選用的刀具是Ø25R5，無法加工到零件較狹窄的區(qū)域，需要用一把較小的刀具進行局部二次粗加工，保證整個零件留有相對均勻的余量作下一步加工。依次選取“Main MenuToolpathsSurfaceRoughRest mill”命令，進行曲面二次粗加工。選取所有曲面，并以粗加工刀具路徑為基準，選取一把Ø8R1的圓角刀，設置進給速度，主軸轉(zhuǎn)速、層降高度等一系列參數(shù)后生產(chǎn)二次粗加工刀具路徑。（見圖8）（圖8：二次粗加工刀具路徑）4.4、曲面半精加工刀具路徑曲面的半精加工的目的是對粗加

12、工后的殘料進行進一步加工，保證留有均勻的加工余量作精加工的準備，從而保證零件的最終加工精度。此零件的內(nèi)部型腔是重要面，需進行半精加工。依次選取“Main menuToolpathsSurfaceFinishParallel”平行銑削命令對零件的凹槽進行半精加工。選擇零件需進行半精加工曲面，其它曲面作為干涉面。（如圖9） 選取一把Ø10R5球刀，設置好相應的刀具參數(shù)和曲面參數(shù)后，還需要在Finish parallel parameters設置好刀路參數(shù)，設置步距為0.5mm，加工角度與Y軸平行。（如圖10）（圖9：半精加工曲面和干涉曲面）(圖10：平行銑削加工參數(shù)設置)設置完所有的參數(shù)

13、后選“Done”，系統(tǒng)計算出半精加工刀具路徑。（如圖11）（圖11：半精加工刀具路徑）4.5、曲面精加工與局部清角刀具路徑曲面精加工是對待加工零件進行最終加工，完成對曲面進行精修，從而達到圖紙的要求。4.5.1、分型面精加工對該零件的分型面進行精加工，根據(jù)圖形可以看到，分開型面由曲面和平面組成，為了保證加工精度，需要分別用球刀與平刀加工，球刀采用平行銑削的加工方式。依次選取“Main menuToolpathsSurfaceFinishParallel”平行銑削命令對零件的分型面局部進行精加工。選擇零件需進行精加工分型曲面。（如圖12） 選取一把Ø10R5新球刀，設置好相應的刀具參數(shù)

14、和曲面參數(shù)后，還需要在Finish parallel parameters設置好刀路參數(shù)，設置步距為0.15mm，加工角度與Y軸平行。（圖12：精加工曲面刀具）設置完所有的參數(shù)后選“Done”，系統(tǒng)計算出精加工刀具路徑。（如圖13）（圖13：分型面精加工刀具路徑）提取該零件的兩頭的平面的周邊輪廓線，采用2D挖槽的加工方式加工，（如圖14）依次選取“Main menuToolpathsPocket”，選擇輪廓線，采用Ø12R0平底銑刀，設置好相應的參數(shù)后選“Done”，系統(tǒng)計算出精加工刀具路徑。（如圖15）（圖15：2D挖槽加工路徑）（圖14：兩側(cè)平面的輪廓線）4.5.2、型腔精加工型

15、腔精加工采用與半精加工相同的加工方式即平行加工方式。選用一把新的Ø8R4球刀，設置步距為0.15mm，加工余量為0。從而保證加工后型腔內(nèi)的表面粗糙度與精度。（見圖16）（圖16：型腔內(nèi)精加工刀具路徑）4.5.3、型腔內(nèi)局部清角加工由于型腔內(nèi)局部的圓角是R2，（如圖17）在精加工時無法加工到位，需采用清角加工方式進行局部加工，以保證圖紙要求。依次選取“Main menuToolpathsSurfaceFinishLeftover”,為了保證不發(fā)生過切現(xiàn)象，選取所有曲面作為加工面，確定清角的加工范圍，選用Ø4R2球刀進行加工。（如圖18） （圖17：型腔內(nèi)局部圓角） （圖18：

16、清角加工范圍）設置清角加工參數(shù)，采用3D環(huán)繞的清角加工方式，最大步距為0.15mm，加工角度從0到90度。（如圖19） 同時還需要在“Leftover material parameters”中設置好清角的前一把精加工的刀具為Ø8R4球刀。（圖19：清角加工參數(shù)）設置好相應的參數(shù)后選“Done”，系統(tǒng)計算出局部清角加工刀具路徑（如圖20）。（圖20：清角加工路徑）4.5.4、型腔局部精加工型腔的一側(cè)有一組陡斜面沒有進行精加工（如圖21），通過對圖形分析，采用等加工方式進行對其精加工。依次選取“Main menuToolpathsSurfaceFinishContour”, 框選陡斜面

17、及周邊的曲面（見圖22），采用Ø8R0.5的圓角刀，設置好相應的參數(shù)后選“Done”，系統(tǒng)計算出局部精加工刀具路徑（如圖23）。（圖21：待精加工陡斜面） （圖22：選擇計算的曲面）（圖23：局部精加工刀具路徑）4.6、實體加工模擬能過對實體加工路徑的模擬演示，可以發(fā)現(xiàn)加工設計中存在的一些問題，及時的給予改正，避免了在實際生產(chǎn)中造成損失。首先選取“Main MenuToolpathsOperations”，依次點擊“Select All”按鈕、Verify”按鈕，再接著單擊執(zhí)行按鈕后，將依次模擬演示所有規(guī)劃的刀具加工路徑。（如圖24）（圖24：模擬結(jié)果）4.7、生成NC加工代碼利用MasterCAM系統(tǒng)的post后處理功能，自動生成加工該零件的所需要的NC代碼。首先選取“Main MenuToolpathsOperations”，依次點擊“Select All”按鈕、“Post”按鈕，再接著選擇“Save Nc File”和“Edit”選項后，單擊OK按鈕，輸入NC文件名保存，系統(tǒng)將會彈出NC