Master CAM与数控教学

巴宝莲

(兰州职业技术学院,兰州 730070)

Master CAM与数控教学

巴宝莲

(兰州职业技术学院,兰州 730070)

Master CAM是美国 CNC Software公司研发的基于 PC平台的 CAD/CAM套装系统软件,是目前我国机械加工行业中广泛使用的软件之一,具有良好的图形设计与数控加工仿真等功能,应用于数控教学中,有效改善了数控技术课程的教学效果,同时提高了学生数控编程及数控技术综合应用的能力。

Master CAM;数控技术;数控教学;数控加工

1 数控教学引入 CAD/CAM软件的必要性

新世纪机械制造业的竞争,其实就是数控技术的竞争。随着 CAD/CAM技术的飞速发展,其在现代制造企业中的应用非常普及。CAD/CAM软件的使用已成为工科院校机械类专业学生必须掌握的一种工具。并且高职院校机械类专业都相继开设了“CAD/CAM技术及应用”这门校本课程,该课程综合性强、实践性强,是弥补规划教材不足,主动适应社会需求,形成专业特色,提高学生职业能力的有效途径。但由于教学条件的限制,许多院校只能传授理论知识,却不能将理论完全付诸于实践。同时由于课时少,课堂上老师讲得多,学生参与少,导致最后的教学效果并不理想,很多学生到工作岗位之后反映在学校学得太少、太浅,不会解决实际问题,不能很快地独立完成在数控技术应用方面的工作任务,这样培养出来的学生不能适应培养高技能人才的需要。因此,怎样提高数控技术课程的教学质量显得尤为重要。在数控技术的应用方面,学生获取这种能力必然需要有一个良好的教学实验环境,而这个实验环境需要学校购买数控设备来创造,但此类设备价格昂贵,无论从数量、成本还是安全性方面考虑,都不能完全实现学生的普及性教学和实验。因此,如何改善和提高数控技术课程的实验环境,培养学生利用CAD/CAM技术进行辅助创新设计和制造是数控技术教学工作中面临的一个非常大的难题。

Master CAM作为基于 PC平台的 CAD/CAM软件,有Design(造型 )、Mill(铣削加工 )、Lathe(车削加工 )和 W ire(线切割)4个功能模块,集设计与制造于一体,通过对零件工艺分析,几何建模,以合理的加工工序生成刀具路径,通过程序的后置处理生成数控加工指令代码,进而传输给数控机床即可完成加工。它具有二维几何图形构建、三维曲面、实体设计功能,并能动态和逼真地模拟刀具路径和进行实体切削加工,且对硬件要求不高,操作灵活,易学易用和具有良好的性价比,并与数控机床有良好数据接口,上述问题便迎刃而解。

2 Master CAM在数控教学中的应用

2.1 零件的加工工艺分析和几何建模

运用Master CAM软件对零件进行数控加工自动编程前,首先要对零件进行加工工艺分析。工艺分析是生产加工中重要的环节,它直接决定生产加工的合理性,有效的工艺分析可提高生产效率,降低生产成本。工艺分析主要体现在以下方面:确定合理的加工顺序时,在保证零件的表面粗糙度和加工精度的同时,要尽量减少换刀次数,提高加工效率,并充分考虑零件的形状、尺寸和加工精度,以及零件刚度和变形等因素,做到先粗加工后精加工;先加工主要表面后加工次要表面;先加工基准面后加工其他表面。

建立零件的几何模型是实现数控加工的基础,Master CAM四大模块中的任何一个模块都具有进行二维三维的设计功能,具有较强的 CAD绘图功能。可以运用 Design模块建模,也可以根据加工要求使用 Mill模块和 Mire模块直接建模。在Master CAM中提供三维线框、三维曲面及实体建模三种基本方式,这三种方式紧密结合,可以完成对复杂零件的几何图形设计。另外还可利用系统提供的数据接口将其他类型的图形文件如 AutoCAD,UG,Pro/E等软件上构建的图形转换至Master CAM系统上使用,更加快捷方便。

2.2 刀具路径编制、模拟及实体切削仿真

零件建模后,根据加工工艺的安排,选用相应工序所使用的刀具,根据零件的要求设置加工毛坯,同时选择工件坐标原点,建立工件坐标系统,确定工件坐标系与机床坐标系的相对尺寸,设定各种工艺参数,从而进行刀具路径的编制。刀具路径编制是Master CAM的核心内容,它主要是借助几何模型,进行刀位点的运动方式控制,从而生成刀具的运动轨迹,即刀具路径。在Master CAM中几何模型引用相对灵活,可以根据刀具路径生成需求,选择必要的参考 (点、线、面),这样提高了刀具路径编制效率,同时由于引用的参考较少,降低了刀具路径生成的运算量,节省了计算机预算时间。另外在刀具路径编制中还要设置加工信息,如进刀量、主轴转速、冷却液控制指令等。最终刀具路径以工艺数据文件NCI的形式存在。

Master CAM具有刀具路径模拟及实体切削仿真的功能,且整个过程体现得非常逼真形象。刀具沿着预先定义的加工轨迹进行动态模拟加工时,学生可以判断刀具轨迹的连续性、合理性,是否存在刀具干涉、空走刀、撞刀,设备的运行动作是否正确,加工零件是否符合设计要求等情况,进而非常直观地掌握数控加工的过程。同时系统会给出相关加工过程的报告,这样利于学生加深对加工工艺的理解和对刀具路径的认识。并且通过加工结果的比对,学生很容易就能理解刀具轨迹定义的合理与否,直接影响加工结果。不同的刀具路径,其加工结果不同。另外每个学生都有很多机会,通过反复操作练习可以激发他们的创造力和求学欲望,设计图形、建模和编制刀具路径,实现虚拟设计与虚拟加工,进一步提高独立操作软件的水平、分析解决实际问题和综合应用的能力,同时强化了运用Master CAM系统在数控教学中的应用效果。

2.3 刀具路径自动转换成数控加工程序 (NC程序)及程序传输

生成刀具路径后,通过计算机模拟数控加工,确认符合实际加工要求时,就可以利用Master CAM的后置处理程序将 NCI文件转换成数控机床 CNC控制器可以解读的 NC数控代码,再由介质传送给数控机床就可以加工出所需的零件。Master CAM系统本身提供了多种后置处理程序,对于具体的数控设备,应选用对应的后置处理程序,后置处理生成的 NC代码经适当编修后,如能符合所用数控设备的要求,通过数据接口就可传送到数控机床中进行实际加工。这样 NC程序和实际的加工紧密联系起来,整个过程又将数控编程、制造工艺、刀具、数控机床、数控加工等课程有机地结合起来,让学生感到以前所学的知识不再孤立、枯燥,有助于提高学习兴趣,并掌握该软件的工作流程,很好理解其在数控加工中应用的意义,同时深刻认知数控专业学习该软件的必要性,对他们树立积极正确的学习态度也有很好的帮助。另外要加强学生实际应用能力的训练环节,通过使用该软件进行虚拟设计和虚拟加工,让学生将利用 Master CAM软件生成的 NC程序通过数据接口传至数控机床,在这个过程中,学生还可进一步学习掌握数控机床的操作、NC程序的传送、工件夹具的使用等技能,并对熟练掌握数控编程、数控加工等各专业基础知识有一定帮助,最终使他们能够解决实际的设计问题,并具有一定的工程实践能力。

2.4 利用Master CAM可对手工编制的程序进行校验

对于同一零件的编程,学生们往往会编写出很多种,只要将NC代码导入该系统,通过加工轨迹校验,NC程序的结果就通过刀具路径直观显示出来了,从而根据需要对程序进行再编辑修改。这样学生们自己编写的程序能马上得到验证,对提高他们的学习效果有很大帮助,同时也很好地巩固了对数控编程及NC程序的掌握。

3 结语

从学生的切身利益和教学目标出发,数控教学中不断提高使用 CAD/CAM软件的成效是我们要做的。采用Master CAM软件能方便地建立零件的几何模型,特别对复杂零件的数控程序编制,能迅速自动生成数控代码,缩短编程时间,可大大提高程序的正确性和安全性,降低生产成本,提高工作效率。并为学生建立创新意识、创新能力打下坚实的基础。从教学本身出发,结合实际情况努力改善教学条件,提高教学效果。不断提升教师自身的业务水平,并鼓励参加或进行一些项目研究。同时从长远发展来看,可积极开展校企合作,进一步为学生创造有利的实训条件,还可对外进行技术培训和技术服务,或承接加工任务等,从中获得一定的经济效益,用以改善教学实验环境,促进正常的教学科研活动,推动教学改革与课程的建设。

[1]梁旭坤.CAD/CAM应用——Master CAM 9.0[M].长沙:中南大学出版社,2004.

[2]何伟编.Master CAM基础与应用教程 [M].北京:机械工业出版社,2006.

[3]张导成.三维 CAD/CAM——Master CAM应用 [M].北京:机械工业出版社,2005.

G642.0

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1674-6341(2010)01-0103-02

2009-12-09

巴宝莲 (1980-),女,甘肃兰州人,教师。

责任编辑:柴造坡