基于MasterCAM的數(shù)控加工及研究摘要由美國公司設計出來的MasterCAM軟件，是一種可以模擬機床的加工過程并能自動生產(chǎn)NC加工程序，且生產(chǎn)的NC程序可以導入到機床用來實現(xiàn)零部件加工的仿真軟件，給機械產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)和制造提供了良好的平臺。同別的繪圖軟件一樣，MasterCAM也可以用來繪制二維圖、三維圖，而且無論是二維圖還是三維圖都可以直接用作仿真。MasterCAM提供了車、銑、線切割等功能的仿真，可以顯示刀具加工軌跡和動態(tài)加工效果。本文利用MasterCAM軟件對糖果盒蓋凹模零件進行數(shù)控模擬仿真加工操作，通過MasterCAM軟件生成糖果盒蓋凹模的走刀路徑和程序編制，從而得到相應的程序指令。關(guān)鍵字：MasterCAM；數(shù)控；加工1.引言在當今的社會，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，人們的生活水平、生活質(zhì)量和生活要求越來越高。為了滿足人們的發(fā)展，工業(yè)技術(shù)也得到了快速的發(fā)展，特別是數(shù)控技術(shù)在近幾年發(fā)展很快。數(shù)控是數(shù)字控制的簡稱,數(shù)控技術(shù)是利用數(shù)字化信息對機械運動及加工過程進行控制的一種方法。數(shù)控加工技術(shù)已經(jīng)廣泛的應用于我們的生活之中。比如我們?nèi)粘Ｓ玫碾娨暀C殼的外形、我們的手機等是通過數(shù)控加工技術(shù)完成的，因此現(xiàn)在基本上可以說我們的生活已經(jīng)離不開數(shù)控技術(shù)。數(shù)控技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)逐漸取代傳統(tǒng)制造業(yè)，相信不過多久將完全取代。數(shù)控加工技術(shù)在各方面促進性的突破性帶來了革命性變化，使現(xiàn)代生活中制造業(yè)已成為意義上貼近實際化工業(yè)化的象征，并且伴隨著現(xiàn)代化技術(shù)的日新月異，數(shù)控加工技術(shù)也影響著我們生活的各個方面。在軍事行業(yè)和一些重工業(yè)也非常重要，比如我們的國防、我們汽車制造行業(yè)等的發(fā)展也開始發(fā)揮著越來越重要的作用。數(shù)控仿真加工就是以計算機為平臺在數(shù)控仿真加工軟件的支持下進行數(shù)控加工。逼真的再現(xiàn)實際生產(chǎn)過程中的數(shù)控機床的操作，模擬數(shù)控機床從程序編制到完成加工的整個過程，使整個過程進行動態(tài)的呈現(xiàn)，讓操作者能清楚的觀察加工效果。這使初學數(shù)控加工技術(shù)的人對數(shù)控加工有了較為真切的認識。在全面培養(yǎng)熟練數(shù)控加工技術(shù)的實用型技術(shù)人才方面發(fā)揮著非常重要作用，同時為實際生產(chǎn)也帶來了極大地幫助，模擬加工能夠及早的發(fā)現(xiàn)實際生產(chǎn)工程中將要發(fā)生的問題，避免在實際生產(chǎn)過程中會造成的巨大損失，提高生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)效率。時代的進步必然推動經(jīng)濟的發(fā)展，在全世界經(jīng)濟飛速發(fā)展的今天，我國的數(shù)控技術(shù)跟其他發(fā)達國家還是有一定差距的，這就需要我們不斷去研發(fā)新工藝或者借鑒那些成功的數(shù)控加工工藝。而在今天這個處處充滿著競爭和機遇的大環(huán)境下，只有持續(xù)改進我們的數(shù)控加工工藝才會不斷提高我國的綜合制造業(yè)的地位和制造能力。就眼下而言，我們國家在數(shù)控加工工藝和加工自動化這塊，往往都是在智能化LAD或LAM的基礎上運行的，所以嚴格意義上來說還屬于半自動化，即，加工時我們依舊需要人工輸入諸如刀具類型、換刀點位置、每刀切削深度等，所以生產(chǎn)出來的零部件在一定程度上還是會因人而異。即，操作水平越高加工出來的零件質(zhì)量就越高;反之，質(zhì)量就越低。所以，在這樣一個大背景下，MasterCAM的數(shù)控加工及機床的仿真研究在某種意義上講，還是有積極的一面的?，F(xiàn)在世界上的很多產(chǎn)品都是中國制造，但是不代表中國是一個制造業(yè)強國。中國的數(shù)控技術(shù)、自動化技術(shù)等一些工業(yè)技術(shù)和美國、日本、和德國等一些發(fā)達國家還是有一些差距。因此我們要向一些工業(yè)強國學習，學習他們的先進技術(shù)和一些經(jīng)驗，來彌補自己的一些不足，多創(chuàng)新，研發(fā)一些新技術(shù)，使我國成為一個工業(yè)強國，向中國制造走向中國創(chuàng)造邁進。2.MasterCAM的簡介由美國公司設計出來的MasterCAM軟件，是一種可以模擬機床的加工過程并能自動生產(chǎn)NC加工程序，且生產(chǎn)的NC程序可以導入到機床用來實現(xiàn)零部件加工的仿真軟件，給機械產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)和制造提供了良好的平臺。同別的繪圖軟件一樣，MasterCAM也可以用來繪制二維圖、三維圖，而且無論是二維圖還是三維圖都可以直接用作仿真。MasterCAM提供了車、銑、線切割等功能的仿真，可以顯示刀具加工軌跡和動態(tài)加工效果。作為數(shù)控加工仿真軟件，其優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下的幾個方面：首先，MasterCAM軟件可以識別多種繪圖軟件的文件，如UG,Solidworks,Inventor等。而且它自身除了具備圖形繪制的功能外，還可進行圖形分析、材料選擇等實現(xiàn)著色顯示和線架構(gòu)顯示等特點。同時可以仿真加工更多不同類型的零件，就像增加機床一樣。降低了加工零件的時間成本，也縮短了零件產(chǎn)品向機械市場的推進的步伐。其次，能夠節(jié)約資金。因為不需要進行試加工，所以不會存在浪費材料的問題，節(jié)約成本顯著。第三，可以進行各類零件的加工仿真，如可以進行車削仿真、銑削仿真、加工中心仿真、線切割仿真、雕刻仿真等。而且MasterCAM使用方面，簡單易學，所以給工業(yè)生產(chǎn)帶來了極大的便利。最后，對于復雜零件的加工，利用生成的NC程序代碼可大幅度提高生產(chǎn)速度、提高加工質(zhì)量，也不會受操作人員手動編程能力的影響。3.糖果盒蓋凹模零件數(shù)控加工工藝分析根據(jù)糖果盒蓋凹模零件的數(shù)控加工工藝與編程分析。根據(jù)糖果盒蓋凹模零件的數(shù)控加工工藝與編程要求，并且對圖形在pro/E軟件中進行三維建模，讓零件外形結(jié)構(gòu)更加直觀，以便于分析零件加工方案，確定零件加工路徑。1、首先繪畫長50mm，寬50mm的正方形，如圖2.1所示。圖2.2.1糖果盒蓋的繪制2、將這個正方形拉伸30mm。如圖2.2所示。圖2.2.2糖果盒蓋的拉伸3、在正方體上繪畫出心形圖形，如圖2.3所示。圖2.2.3心形圖形的繪制4、向下拉伸切除20mm，如圖2.4.圖2.2.4心形圖形的拉伸切除3.1加工步驟的分析設置根據(jù)數(shù)控加工工藝時對零件的分析，由于零件為塊狀零件所以采用數(shù)控銑削仿真加工，我們可以考慮制定工件的加工工藝流程為：采用直徑20mm的1號刀進行粗加工平面，再精加工上平面；接下來換直徑10mm的2號刀進行凹面挖槽心形圖案，再精加工凹面。加工要求保證零件精度、表面粗糙度等。3.2工件的裝夾與定位根據(jù)工件的外形為正方體實體，因此我就采用平口鉗定位與裝夾來安裝零件進行模擬。另外平口我們可以在百分表里去查找我們需要的平口合適的正確形式，再然后把基準鉗口與機床X軸調(diào)為一致確保在所需要保證位置上并固定于工作臺面上，而且要與加工毛坯裝在同一平口上。然后我們?yōu)榱瞬檎颐鱔和Y方向中心點在機床坐標系中的坐標值可以選擇采用尋邊器來查找，以此來作為工件坐標系原點，最后我們選擇在我們加工毛坯的表面設置為Z軸坐標的原點位置，工件坐標系設置于G54。3.3機床的選擇數(shù)控銑床在加工性能方面等方面都是很好的機床，一般進行零件普通外形的輪廓銑削、平面或者曲面的銑削以及三維復雜面的銑削都是使用數(shù)控銑床。所以我們大部分是采用三軸的立式數(shù)控銑床加工中心進行加工操作。根據(jù)這次論文的加工要求，綜合各個因素的考慮，我將使用數(shù)控銑床。3.4數(shù)控加工刀具的選擇工件材料擬用低碳鋼，刀具材料選用高速鋼。選擇兩把刀，一把是銑削外平面，選用直徑為20mm的面銑刀。一把是挖槽凹面。刀具選擇如下表3.4.1所示。表3.4.1刀具參數(shù)表刀具編號銑刀刀具尺寸(mm)刀具材料用途1面銑刀Φ20高速鋼粗精加工零件上平面2面銑刀Φ10高速鋼粗精加工零件上平面3.5刀具路徑根據(jù)工藝我們將需要確定加工路徑：第一必須保證零件的表面精度和尺寸精度等要求，第二要考慮走刀路線盡量短和走刀路線合理、計算數(shù)值趨向于合理、高效率等各方面。對于銑削平面加工，特別是我們在加工圓弧類的時候，就尤其的應當要注意刀具的切入和切出，這樣就可以極大限度的避免交接處的重復加工，要不然我們就可以很明顯的發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)的明顯的痕跡。3.6對刀及刀補值便于簡化編程和數(shù)字處理，便于檢查，加工引起的誤差小便是我們應該注意到的對刀點的確定原則。對型腔采取手動對刀的方式確定對刀點，對刀方法就是應該把刀具移動到待加工的表面上，當?shù)都饨佑|到工件表面時就停止移動。由刀具參數(shù)我們就可以得到刀經(jīng)補正、刀補值、刀長補正值等我們需要的數(shù)值等。如表3.6.1所示表3.6.1刀補值，刀長補正、刀經(jīng)補正刀具名稱刀補號刀長補正(mm)刀經(jīng)補正(mm)是否基準刀平底刀111否平底刀222是3.7數(shù)控加工工序表和工藝表根據(jù)對工序的分析，編制數(shù)控加工工序表如表3.8.1所示。表3.7.1數(shù)控加工工序表工序號碼工序內(nèi)容刀具號碼刀具規(guī)格號碼(mm)1粗加工銑削平面T1直徑202精加工銑削平面T1直徑203粗加工挖槽凹面心形圖形T2直徑104精加工挖槽凹面心形圖形T2直徑10根據(jù)對工序的分析，編制數(shù)控加工工藝表如表3.8.2所示。表3.7.2數(shù)控加工工藝表工步號碼工步銑削的內(nèi)容刀具號碼刀具規(guī)格號碼(mm)主軸速度進給速度（mm/min）1粗加工銑削平面T1直徑20800r/min2002精加工銑削平面T1直徑20125.6m/min503粗加工挖槽凹面心形圖形T2直徑10800r/min2004精加工挖槽凹面心形圖形T2直徑1062.8m/min503.8工件原點工件原點即是工件坐標系上的原點，工件坐標系原點的設置方法便是對刀，將毛坯準確定位裝夾在工作臺上后，將銑刀移動靠近X正方向被側(cè)邊，并使銑刀輕微觸碰被測邊，記錄數(shù)值，接著是銑刀接觸被測邊的對邊X負方向，記錄負方向數(shù)值。然后進行計算X=(X1+X2)/2,找到X方向工件原點。同理確定Y方向原點和Z方向。如圖3.8.1所示。圖3.8.1工件原點的確定本章小節(jié)：對糖果盒蓋凹模零件加工步驟、工件的裝夾與定位、機床的選擇、刀具的選擇、刀具路徑、切削用量、對刀及刀補等的分析。4基于MasterCAM的糖果盒蓋凹模零件的數(shù)控編程4.1零件的導入將Pro/E圖以igs或stp文件類型保存，雙擊MasterCAM進入系統(tǒng)軟件導入Pro/E圖紙打開。進入MsterCAM軟件，選擇保存好的igs或stp文件類型，打開非圓曲線零件以曲面形式保存的文件，得到如圖4.1.1所示的效果圖進行仿真操作。圖4.1.1糖果盒蓋效果圖4.2糖果盒蓋凹模數(shù)控加工路徑生成4.2.1機床和工件設置根據(jù)這次加工工藝的分析，操作軟件選擇這次加工所需的加工機床。在操作管理對話框中單擊材料設置圖標的按鈕，在彈出的對話框中選擇材料設置選項，設置工件參數(shù)長50mm寬50mm高30mm。而得到圖4.2.1所示加材料設置后的效果圖。圖4.2.1材料參數(shù)4.2.2上平面加工參數(shù)設置根據(jù)數(shù)控加工工藝分析，選擇用直徑20mm的刀粗加工上平面去除大部分余量，預留0.1mm精加工余量，選擇用直徑10mm的刀粗加工心形圖形去除大部分余量，預留0.1mm精加工余量。（1）選擇刀具路徑后一次選擇面粗加工命令，并且在軟件彈出的選取工件的形狀的對話框中選擇凸按鈕命令，再選擇確定選項后，在選取加工曲面的提示下，去選取我們要加工曲面的部分，然后按Enter鍵后，在彈出刀具路徑的曲面選取對話框，選擇確定按鈕命令單擊。（2）在彈出的曲面粗加工的對話框，單擊刀具參數(shù)選項卡，粗銑上平面按照如圖4.2.2所示設置刀具一號刀參數(shù)，。一號刀，刀具直徑?20mm,刀長補正1，刀座編號-1，刀徑補正1，進給速率200mm/min，主軸旋轉(zhuǎn)方向為順時針方向，主軸轉(zhuǎn)速800r/min。圖4.2.2上平面粗加工刀具參數(shù)設置（3）精銑上平面，如圖4.2.3設置刀具一號刀參數(shù)。一號刀，刀具直徑?20mm,刀長補正1，刀座編號-1，刀徑補正1，進給速率50mm/min，主軸旋轉(zhuǎn)方向為順時針方向，主軸轉(zhuǎn)速2000r/min。圖4.2.3上平面精加工刀具參數(shù)設置切削參數(shù)中，切削類型為雙向，校刀位置為刀尖，最大橫向超出量50%，最大縱向超出量110%，進刀延伸長度和退刀延伸長度為0，最大步進量為75%。如圖4.2.4所示。圖4.2.4切削參數(shù)最后設置零件中間輪廓加工深度,在MasterCAM軟件中，編輯好刀具路徑對話框，設置刀具路徑對話框中的參數(shù)，則可生成該加工部分刀具路徑。刀具路徑確定好之后就可進行實體模擬，觀察確定后的刀具路徑加工效果，如圖4.2.5所示。圖4.2.5上平面加工4.2.3挖槽加工參數(shù)設置1、根據(jù)數(shù)控加工工藝分析，粗挖心形如圖4.2.6所示設置二號刀參數(shù)。二號刀，刀具直徑10mm,刀長補正2，刀座編號-1，刀徑補正2，進給速率200mm/min，主軸旋轉(zhuǎn)方向為順時針方向，主軸轉(zhuǎn)速800r/min。圖4.2.6挖槽粗加工刀具參數(shù)2、精加工心形圖形，如圖4.2.7設置刀具二號刀參數(shù)。刀具直徑10mm,刀長補正2，刀座編號-1，刀徑補正2，進給速率50mm/min，主軸轉(zhuǎn)速2000r/min。圖4.2.7挖槽精加工刀具參數(shù)切削參數(shù)中，粗加工切削方式是依外形環(huán)切，由內(nèi)而外環(huán)切，切削間距7.5mm。如圖4.2.8。圖4.2.8切削參數(shù)中粗加工參數(shù)設置切削參數(shù)進刀模式中，是螺旋形進刀，以圓弧進給，如果所有進刀方法失敗時，則選用鉆削式。如圖4.2.9。圖4.2.9切削參數(shù)中進刀模式設置切削參數(shù)精加工模式中，精加工一次，間距2.5mm，精修外邊界，不提刀，只在最后深度才執(zhí)行一次精修，主軸轉(zhuǎn)速2000r/min.如圖4.2.10。圖4.2.10切削參數(shù)中精加工參數(shù)設置零件加工深度為20mm,刀具參數(shù)編輯好后生成的刀具路徑如圖4.2.11所示，零件該部分加工效果如圖4.2.12所示。圖4.2.11生成的刀具路徑圖4.2.12零件加工效果圖4.2.4程序的生成MstercCAM系統(tǒng)主要由兩部分文件組成：可機床特性文件和執(zhí)行文件。執(zhí)行后處理操作，在所有路徑確認準確無誤后即可生成的NC程序如圖4.2.13所示并傳入數(shù)控機床，可以在MasterCAM軟件中進行模擬路徑實體加工操作進行檢測和驗證，以方便提前發(fā)現(xiàn)后續(xù)加工中將會發(fā)生的錯誤。圖4.2.13后置處理參數(shù)程序生成后，對程序進行檢查，對錯誤的程序指令進行適當?shù)男薷模员ＷC程序能夠在仿真數(shù)控加工中得以正確的運行。修改后的程序如下：O0001;N100G21N102G0G17G40G49G80G90N103G91G28Z0;N104T1M6N106G0G90G54X-24.998Y-37.S800M3N108G43H1Z100.N110Z10.N112G1Z-.8F50.N114Y37