數(shù)控專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)正文

MastercamX外形銑削加工工藝與設(shè)計(jì)XXXXX【摘要】本設(shè)計(jì)是對MastercamX平面外形銑削加工的設(shè)計(jì)，通過對零件圖尺寸的分析，電腦模擬加工的刀具路徑與被加工的零件的幾何模型一致，可以準(zhǔn)確速度的模擬出零件。詳細(xì)介紹了Mastercam的基礎(chǔ)知識(shí)、Mastercam的數(shù)控編程、刀具路徑管理、刀具路徑的模擬與驗(yàn)證、強(qiáng)大的二維繪圖和三維造型功能加工智能化、并對零件模擬做出了說明。通過本設(shè)計(jì)可以對MastercamX有一個(gè)初步的了解，注意到設(shè)計(jì)中某些設(shè)計(jì)要求，了解MastercamX的強(qiáng)大的繪圖功能和平面外形銑削的智能化?！娟P(guān)鍵詞】∶MastercamX的基礎(chǔ)知識(shí)平面外形外形銑削1MastercamX基礎(chǔ)知識(shí)2005年7月，CNCSoftware公司在中國隆重推出MastercamX版。X版本是CNCSoftware公司經(jīng)過多年精心打造，重裝推出的白金版本。軟件以全新的Windows界面風(fēng)格展現(xiàn)，以適應(yīng)廣闊用戶習(xí)慣。更為重要的是X版新的軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和內(nèi)核。使Mastercam有了質(zhì)的飛躍，計(jì)算速度大幅提高。MastercamX功能及特點(diǎn)1.二維繪圖和三維造型功能強(qiáng)大的二維繪圖功能∶使用MastercamX可以快速高效地繪制、編輯復(fù)雜的二維圖形，并能夠方便地二維圖形進(jìn)行尺寸標(biāo)注、圖形注釋和圖案填充等操作，還可以打印工程圖樣。完整的曲線設(shè)計(jì)功能∶在MastercamX中，不僅可以設(shè)計(jì)和編輯二維、三維空間曲線，還可以靈活方便地創(chuàng)建曲面曲線，包括相交線、分模線、迫切曲線、動(dòng)態(tài)繪制曲面等。曲面造型手段豐富∶在MastercamX中，可以非常直觀地用多種方法創(chuàng)建規(guī)則曲面，也可以創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)曲面、掃掠曲面、舉升曲面等多種不規(guī)則的光滑曲面，而且可以對曲面或多個(gè)曲面進(jìn)行等半徑〔或不等半徑〕的圓角過渡，還具有曲面倒角、偏置、自動(dòng)修剪、填補(bǔ)孔洞等曲面編輯功能。先進(jìn)的實(shí)體建模功能∶以Parasolid為內(nèi)核的實(shí)體造型功能，具有特征造型和參數(shù)化設(shè)計(jì)功能，可以對實(shí)體進(jìn)行布爾運(yùn)算、圓角、倒角、抽殼等處理，操作簡單，適合零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。實(shí)體與曲面的綜合造型功能∶通常綜合使用實(shí)體造型和曲面造型功能來創(chuàng)建模型。在實(shí)體模型上再構(gòu)建所需的曲面模型，這樣可以通過曲面設(shè)計(jì)工具來完成零件外形的設(shè)計(jì)，可用于設(shè)計(jì)具有復(fù)雜外形的零件。如果需要還可以將曲面轉(zhuǎn)換為實(shí)體模型。著色曲面模型和實(shí)體模型∶可以對創(chuàng)建的曲面模型和實(shí)體模型進(jìn)行著色處理。可以使用模型本身的顏色，也可以指定統(tǒng)一的顏色，甚至可以給模型賦予材質(zhì)，并可以設(shè)置光照效果，產(chǎn)生非常逼真的效果。通過對模型進(jìn)行移動(dòng)和任意角度的旋轉(zhuǎn)操作來觀察模型。1.1.2加工方式多樣化∶在型腔銑削、輪廓銑削以及點(diǎn)位加工中，MastercamX提供了多種走刀方式。各種進(jìn)退刀方法豐富實(shí)用，能過迅速加工非常復(fù)雜的外表。在外表的粗、精加工中，MastercamX提供了8種先進(jìn)的粗加工方式和10種先進(jìn)的精加工方式，如粗加工中的速降鉆式加工(Pluge)方式，仿造鉆削的方法可以快速去除毛坯上的較大余量，大大提高了加工效率。加工智能化∶加工的刀具路徑與被加工零件的幾何模型一致。當(dāng)零件幾何模型或加工參數(shù)被修改后，可以迅速準(zhǔn)確地更新相應(yīng)的刀具路徑。在《操作管理器》中，可以綜合管理實(shí)體模型、刀具參數(shù)及加工參數(shù)、刀具路徑等，修改和編輯上述參數(shù)都十分方便。1.1.3MastercamX的主要功能是對設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行加工。利用MastercamX生成的刀具路徑，不僅可以再PC機(jī)上模擬加工過程，而且能夠產(chǎn)生在數(shù)控機(jī)床上真實(shí)加工所需要的加工程序清單。刀具路徑的圖形編輯∶可以直觀地在屏幕上編輯單個(gè)到位點(diǎn)，也可以方便地修改、增加或刪除某一刀具路徑。加工參數(shù)管理及優(yōu)化工具∶在數(shù)控程序中，通常在刀具路徑中會(huì)有較多極短的直線走刀指令或重復(fù)的直線走刀指令。在保證編程精度的前提下，Mastercam的程序優(yōu)化器會(huì)自動(dòng)把這些指令轉(zhuǎn)化為一條直線指令或一條圓弧指令，從而大大減少了加工程序的長度。可靠的刀具路徑校驗(yàn)功能∶MastercamX內(nèi)置了一個(gè)功能齊全的模擬器，可以真實(shí)、準(zhǔn)確地模擬切削零件的整個(gè)過程。不僅能顯示刀具和刀架，而且能迅速檢查刀具、夾具與被加工模型之間的干預(yù)、過切和碰撞現(xiàn)象，模擬過程真實(shí)可信。這樣就省去了試切工序，節(jié)省了加工時(shí)間，降低了材料消耗，提高了加工效率。對刀路徑的操作方便∶Mastercam能自動(dòng)生成加工程序清單，清單的格式可以根據(jù)用戶的要求修改。還可以對刀具路徑進(jìn)行平移、旋轉(zhuǎn)以及鏡像等多種變換操作，也可以對刀具路徑進(jìn)行復(fù)制、剪切、粘貼以及合并等操作，極大提高了數(shù)控編程的速度。自定義刀具庫和材料庫∶在MastercamX中，用戶可以自定義刀具庫和材料庫，并可以根據(jù)刀具庫和材料庫中的數(shù)據(jù)自動(dòng)計(jì)算進(jìn)給速度和主軸轉(zhuǎn)速，也可以根據(jù)需要修改刀具庫和材料庫中的數(shù)據(jù)。1.1.4提供強(qiáng)大的格式轉(zhuǎn)換器∶Mastercam支持IGES、ACIS、DXF、DWG等流行文件格式的相互轉(zhuǎn)換，進(jìn)行企業(yè)間可靠的數(shù)據(jù)交換。開放的C-HOOK接口∶用戶可以將自編的工作模塊與Mastercam無縫的鏈接。與數(shù)控機(jī)床直接進(jìn)行通信∶將生成的G代碼文件直接傳入數(shù)控機(jī)床，為FMS〔柔性制造系統(tǒng)〕和CIMS〔電腦集成制造系統(tǒng)〕的集成提供了支持MastercamX的特點(diǎn)MastercamX對軟件的核心進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，采用了全新技術(shù)并與Windows技術(shù)緊密集合，使程序運(yùn)行更流暢、設(shè)計(jì)更高效。(1)無縫連接在MastercamX中，將Design〔設(shè)計(jì)〕、Mill〔銑削加工〕、Lathe〔車削加工〕、Wire〔線形加工〕四個(gè)模塊集成到一個(gè)平臺(tái)上，使用戶操作更加方便。由于四個(gè)模塊的集成，MastercamX主菜單中增加了《機(jī)床類型》菜單供用戶選擇。在MastercamX中，Wire模塊被更名為雕刻(Router)。(2)新型設(shè)計(jì)操作窗口MastercamX的設(shè)計(jì)界面有了較大的調(diào)整和變化是一個(gè)完全可以自定義的模塊，并加強(qiáng)了對“歷史記錄的操作”的功能，可以使用戶更高效地進(jìn)行操作。(3)更強(qiáng)的CAD設(shè)計(jì)功能MastercamX的CAD設(shè)計(jì)在新版本中使模型化的過程變得更高效靈活。通過在工具條中執(zhí)行命令進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，使用更加方便。另外，在三維造型方面，MastercamX新增了創(chuàng)建圍欄曲面、實(shí)體非關(guān)聯(lián)布爾運(yùn)算、實(shí)體外表-外表圓角等命令，造型功能更加強(qiáng)大。(4)高速的產(chǎn)品開發(fā)功能產(chǎn)品開發(fā)性能是設(shè)計(jì)者最關(guān)心的，在MmastercamX中的importantZ-leveltoolpaths執(zhí)行效果比以往最高的執(zhí)行效果可提高400%。另外，MastercamX的新增功能EnhancedMachiningModel可以加快程序設(shè)計(jì)并保證設(shè)計(jì)的精度。MastercamX在多軸加工中新增了一種加工方法∶5-aixsmulti-surfacetoolpath〔5軸多面加工〕，在曲面加工中新增了一種加工方法∶Blendtoolpath〔混合式精加工〕。(5)增強(qiáng)的操作管理器操作管理器被固定放置在左側(cè)〔通過《視圖》丨《切換》下的命令來控制操作管理器打開與關(guān)閉〕。增強(qiáng)了參數(shù)化造型和刀具路徑的功能。1.2MastercamX工作模塊Mastercam軟件包括設(shè)計(jì)〔CAD〕和制造〔CAM〕兩大部分。軟件的CAD部分可以構(gòu)建2D或3D圖形，構(gòu)架自由曲面的功能遠(yuǎn)勝與其他同類軟件，在CAM方面更加直觀和方便，可直接在點(diǎn)、線、面和實(shí)體上產(chǎn)生刀路。其中CAM又包括了銑削模塊〔Mill〕、車削模塊〔Lathe〕、線切割模塊〔Wire〕和雕刻模塊〔Router〕，每一個(gè)是模塊都各有其特點(diǎn)，加工出來的形狀也略有不同。1.2.1設(shè)計(jì)模塊主要用于加工產(chǎn)品的形狀設(shè)計(jì)。它包括二維繪圖功能、三維造型和圖形編輯功能，通過這些功能可以更方便完成各種二維平面繪圖和復(fù)雜的三維產(chǎn)品造型，還可以用于模具設(shè)計(jì)等繪圖工作，并能方便地對它們進(jìn)行尺寸標(biāo)注、圖案填充等工作。同時(shí)也提供了多種方法創(chuàng)建規(guī)則曲面和復(fù)雜曲面。在三維實(shí)體造型中，MastercamX對實(shí)體的功能進(jìn)行了全面的修改，功能更強(qiáng)大，易于操作。1.2.2制造模板是將設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品圖形進(jìn)行加工制造。加工時(shí)需要設(shè)置好使用的刀具，只要材料和運(yùn)動(dòng)中的刀具接觸就會(huì)被切除掉，從而產(chǎn)品的形狀就決定了刀具的運(yùn)動(dòng)路徑。其制造模塊的功能如下∶銑削模塊∶主要用于銑削加工刀具路徑生成。銑削模塊中擁有多重曲面的粗加工、自動(dòng)清角、去除殘料、2～5軸的聯(lián)動(dòng)加工等多種加工方式，還內(nèi)置了HSM高速機(jī)械加工模塊，緊跟現(xiàn)代加工技術(shù)的發(fā)展。車削模塊∶主要用于車削加工刀具路徑生成。它包括了粗車、精車、鉆孔、螺紋及各種切削循環(huán)指令等功能，其實(shí)體切削仿真模擬功能迅速排除加工能力中所出現(xiàn)的失誤，從刀具管理器可以快速選擇好相應(yīng)的加工刀具，還可以進(jìn)行C軸加工。線切割模塊∶主要用于線切割加工刀具路徑生成。它為編程員提供了一個(gè)強(qiáng)大的線切割編程方案，更加容易完成編輯各種加工零件的加工程序。還擁有支持鐳射加工機(jī)床功能和4軸上下面異形零件的切割加工功能。雕刻模塊∶主要用于雕刻?？梢蕴峁┖唵蔚亩S藝術(shù)圖形快速生成復(fù)雜雕刻曲面.2MastercamX 銑削加工圖2-1零件圖設(shè)置構(gòu)圖環(huán)境(1)單擊創(chuàng)建一個(gè)新的繪圖文件?！?〕在狀態(tài)欄構(gòu)圖面中選取【俯視圖〔t〕〔WCS〕】。繪制輔助線〔1〕在狀態(tài)欄線型圖標(biāo)中設(shè)置中心線的線型?！?〕在狀態(tài)顏色塊中采用默認(rèn)顏色。〔3〕在狀態(tài)欄線寬圖標(biāo)中設(shè)置線寬為第一種線寬?！?〕輔助中心線的繪制。在草圖設(shè)計(jì)工具欄中單擊【直線】按鈕，坐標(biāo)設(shè)置欄里輸入第一點(diǎn)〔-〕，接著輸入第二點(diǎn)〔22.0.0〕，這時(shí)水平中心線生成。這時(shí)繪圖區(qū)中系統(tǒng)提示輸入第一點(diǎn)，同理，在坐標(biāo)設(shè)置欄里輸入〔0.-22.0〕，接著輸入第二點(diǎn)〔0.22.0〕，生成垂直中心線，如圖2-2所示圖2-2輔助中心線的繪制〔5〕輔助定位線的繪制。在草圖設(shè)計(jì)工具欄中單擊【直線】按鈕，繪圖區(qū)中系統(tǒng)提示輸入第一點(diǎn)。捕捉如圖1所示中心點(diǎn)O點(diǎn)位第一點(diǎn)，然后再Ribbon工具欄中的【極坐標(biāo)】設(shè)置欄中輸入【極坐標(biāo)長度》為22，【角度】為30，按Enter鍵完成一條輔助線的創(chuàng)建。同意地，利用極坐標(biāo)的方法畫另外三條線，以O(shè)點(diǎn)位第一點(diǎn)，【極坐標(biāo)長度】都為22，【角度】分別135、225、315，按Enter鍵完成輔助線的創(chuàng)建，如圖2-3所示圖2-3輔助定位線的創(chuàng)建〔6〕圓心點(diǎn)的定位線的繪制。在草圖工具設(shè)計(jì)欄中單擊【繪圓】按鈕，繪制去中系統(tǒng)提示輸入圓心點(diǎn)，以如圖2所示的O點(diǎn)位圓心，在Ribbon工具欄的【半徑】文本框中輸入15，按Enter鍵確定。如圖2-4所示。圖2-4輔助定位線的創(chuàng)建繪制輪廓線?！?〕在狀態(tài)欄線型圖標(biāo)中設(shè)置線型為實(shí)線。〔2〕在狀態(tài)欄顏色塊中采用黑色。〔3〕在狀態(tài)欄的線寬設(shè)置欄中設(shè)為第二種線寬?！?〕在狀態(tài)欄的圖形層中設(shè)為第二層別?！?〕繪圓。在草圖設(shè)計(jì)工具欄中單擊【繪圓】按鈕，繪圖區(qū)中系統(tǒng)提示輸入圓心點(diǎn)，以如圖3所示的A點(diǎn)為圓心，在Ribbon工具欄的【半徑】文本框中輸入5，按Enter鍵確定。同樣以B、C、D為圓心，半徑都為5畫圓。如圖2-5所示圖2-5圓的繪制〔6〕繪制相切圓。在草圖設(shè)計(jì)欄中單擊【繪圓】按鈕，并單擊，選取相鄰兩個(gè)圓的切點(diǎn)，半徑為15，做出四個(gè)圓，如圖2-6所示圖2-6圓的繪制〔7〕修剪打斷。單擊圖形修剪工具欄中的【在交點(diǎn)處打斷】按鈕，選取如圖5所示圖形，按Enter打斷。保留下來的如圖2-7所示圖2-7修剪后的圖形2.2設(shè)置視角和構(gòu)圖平面從狀態(tài)欄中的屏幕視角中改為等視角。構(gòu)圖面乃為俯視圖，如圖2-8所示。圖2-8等角視圖下的圖形在主菜單中選擇【機(jī)床類型】丨【銑削】丨【默認(rèn)】命令。在主菜單中選擇【刀具路徑】丨【外形銑削】命令，打開【串連選項(xiàng)】對話框，選取如圖2-8所示的外形曲線。單擊確定，彈出如圖2-9所示的【刀具參數(shù)】標(biāo)簽頁，在如圖8所示對話框的【選取刀庫】中選取8mm的平端銑刀?！具M(jìn)給率】設(shè)為30mm/min，【主軸轉(zhuǎn)速】設(shè)為600rpm，【下刀速率】設(shè)為10mm/min，【提刀速率】設(shè)為20mm/min，如圖2-9所示。圖2-9【刀具參數(shù)】標(biāo)簽頁在如圖2-10所示的對話框中單擊【外形銑削參數(shù)】標(biāo)簽，在如圖2-10所示的【外形〔2D〕】-----【外形銑削參數(shù)】標(biāo)簽頁中設(shè)置外形銑削參數(shù)。將【參考高度】設(shè)為50cm，【進(jìn)給下刀位置】設(shè)為10cm，【深度】設(shè)為-4cm，并設(shè)【補(bǔ)正形式】為電腦，【補(bǔ)正方向】為右，如圖2-10所示.圖2-10【外形銑削參數(shù)】標(biāo)簽頁選中如圖2-10所示對話框中的【平面多次銑削】復(fù)選框，并單擊【平面多次銑削】按鈕，打開如圖10所示的【XY平面多次切削設(shè)置】對話框。設(shè)置【次數(shù)】為10，間距，【次數(shù)】為1，間距為，【執(zhí)行精修的時(shí)機(jī)】為【所有深度】，如圖2-11所示。圖2-11【XY平面多次切削設(shè)置】對話框如圖2-10所示對話框的【分層銑深】復(fù)選框，并單擊【分層銑深】按鈕，打開如圖2-12所示的【深度分層銑削設(shè)置】對話框。設(shè)置【最大粗切步進(jìn)量】為2mm，【精修次數(shù)】為1，【精修步進(jìn)量】為1mm，【分層切削的順序】為《按輪廓》，如圖2-12所示。圖2-12【深度分層切削設(shè)置】對話框設(shè)置完畢后，單擊確定，生成如圖2-13所示的刀具路徑。

圖2-13生成銑削刀具路徑2.4模擬并驗(yàn)證刀具路徑在上面設(shè)置了零件的刀具路徑。在操作管理器中生成的刀具路徑如圖2-14所示。模擬刀具路徑。單擊如圖2-14所示的操作管理器中的【刀具路徑模擬】按鈕，模擬刀具路徑。打開如圖2-15的【刀路模擬】對話框。選擇如圖2-15所示的【顯示刀具】按鈕、【顯示刀頭】按鈕【顯示快速進(jìn)給】按鈕、【顯示端點(diǎn)】按鈕、【快速校驗(yàn)】按鈕。當(dāng)全選時(shí)，加工模擬的刀具路徑如圖2-16所示。圖2-14操作管理器中生成的銑削刀具路徑圖2-15【刀路模擬】對話框圖2-16模擬銑削刀具路徑在彈出的“機(jī)械群組屬性”對話框中的“材料設(shè)置”選項(xiàng)卡，設(shè)置“工件材料的形狀”為“立方體”，工件長度為40，寬40，高12，勾選“顯示”復(fù)選框，如圖2-17所示。單擊“確定”按鈕。圖2-17材料設(shè)置單擊加工操作管理器中的“實(shí)體加工模擬”按鈕，系統(tǒng)彈出“實(shí)體切削驗(yàn)證”對話框，單擊“模擬執(zhí)行”按鈕，加工前和加工后的效果如圖2-18所示。2.18a加工前

圖2.18b加工后%O0000N100GN102GN104T1N106G0G90G54N108G43H1N110Z10.N112G1ZN114YFN116G2N118R11.N120R11.N122R11.N124R11.N126G1N128N130G3N132N134G1N136N138G2N140N142R11.N144G1N146G2N148R11.N150R11.N152G1N154N156G3N158N160G1N162N164G2N166R11.N168R11.N170R11.N172R11.N174N176G1N178N180G3N182N184R9.N186G1N188N190G2N192R11.N194R11.N196G1N198G2N200N202R11.N204G1N206N208G3N210R9.N212N214G1N216N218G2N220N222R11.N224R8.N226G1N228N230Z-3.F10.N232YFN234G2N236R11.N238R11.N240R11.N242R11.N244G1N246N248G3N250N252G1N254N256G2N258N260R11.N262G1N264G2N266R11.N268R11.N270G1N272N274G3N276N278G1N280N282G2N284R11.N286R11.N288R11.N290R11.N292N294G1N296N298G3N300N302R9.N304G1N306N308G2N310R11.N312R11.N314G1N316G2N318N320R11.N322G1N324N326G3N328R9.N330N332G1N334N336G2N338N340R11.N342R8.N344G1N346N348Z-4.F10.N350YFN352G2N354R11.N356R11.N358R11.N360R11.N362G1N364N366G3N368N370G1N372N374G2N376N378R11.N380G1N382G2N384R11.N386R11.N388G1N390N392G3N394N396G1N398N400G2N402R11.N404R11.N406R11.N408R11.N410N412G1N414N416G3N418N420R9.N422G1N42