利用MasterCAM软件实现典型零件数控车自动编程

崔立群

（中国电子科技集团公司 第二十研究所，陕西 西安 710068）

MasterCAM是集计算机辅助设计和计算机辅助制造一体的软件，利用其CAD功能绘制工程图纸，CAM功能设计刀具路径 （NCI），然后通过各种不同类型的后置处理程序（PST）产生不同CNC机床所需的NC程序，输入数控机床后对零件加工成型，从而达到数控自动加工的目的。MasterCAM软件在机械加工行业普遍使用，可应用于数控车（镗）床、数控铣床、加工中心、数控线切割机床等。

由于数控系统的繁杂和功能区别较大，并且数控车床编程在根本上依赖于循环功能的使用，因此在计算机中，MasterCAM软件CAM编程效率远远高于手工编程，并且CAM可以做出用循环做不出的内凹异形件。

1 车削加工的典型零件

车削加工主要对象是回转零件，基本的车削内容有车外圆、车端面、切断、和车槽、钻孔、镗孔、车锥面、车成形面，车螺纹等。其实，每个二维刀具轨迹都是由一条直线、圆弧、聚合线等串联而成的曲线。图1为数控车削加工的典型零件。从图1可以看出，该典型零件的车削加工内容包括：车端面、车外圆、车螺纹、车槽、车锥面、车椭圆面，钻孔、铰孔、切断。

图1 数控车典型零件图

如果采用手工自动编程，需要计算各元素基点、节点和刀位点轨迹的坐标。特别是对于参数曲线（椭圆曲线），其刀位点轨迹是通过插补方式计算的，即在确定的编程允许误差内，用直线或圆弧、抛物线逼近非圆曲线，非圆曲线精度要求越高，逼近的直线或圆弧段越短，节点越多，计算越复杂。而对于MasterCAM软件，利用其CAD功能绘制图纸，用其CAM功能设计刀具路径，通过后置处理程序产生NC程序，由计算机自动计算刀位点轨迹，从而实现该零件的数控车自动编程，简单高效。

2 加工工艺分析

MasterCAM自动编程是建立在数控加工工艺基础上的。加工工艺的主要内容有：分析图纸，选择毛坯并确定装夹方式，确定各表面的加工顺序和加工次数、选择合适刀具和切削参数。

2.1 毛坯和装夹方式选择

根据零件形状、最大外圆尺寸，选择毛坯为：棒料Φ45×L（L≤500），装夹方式如图2所示。

2.2 加工工艺路线确定

图2 毛坯装夹图

零件车削加工工艺流程为：

2.3 刀具和切削参数选择

根据零件特征和材料（铝 2A12），选择的刀具和加工参数如表1所示。

表1 典型零件加工用刀具表

3 MasterCAM自动编程

3.1 加工图形绘制

在MasterCAM软件做CAM处理之前，必须绘制零件的加工图形。MasterCAM软件中零件图不等同于加工图，加工图形只绘制图纸的一半，螺纹部位和退刀槽部位不作出，对于特殊部位，必须作出加工辅助线。该典型零件的加工图如图3所示。

图3 典型零件加工图

由于该零件各图素公差要求不同，加工时无法利用刀补保证公差要求，因此次该典型零件加工图按各图素公差中线绘制，如Φ400－0.2加工图实际绘制尺寸为 Φ39.9。

3.2 编程前准备

在数控车床CAM编程前，必须先设置好加工工件的毛坯尺寸和形状

3.2.1 加工毛坯设置

在主菜单中依次选择“Toolpath—Job Seteup”打开车窗CAM毛坯对话框，选择左装夹（left spindle），然后选择“Parameters(参数)”设置毛坯尺寸：直径（OD）设为 45；长度设为 102（85+15+2），基点值设为 2，该零件加工毛坯图如图4所示。

图4 典型零件加工毛坯图

3.2.2 公共切削参数的设置

数控车大部分加工采用了公共的参数设置，包括刀具参数的设置、切削状态的参数设置和补偿方式的使用等。MasterCAM软件中数控车参数设置如图5所示。

图5 数控车公共切削参数设置

3.3 CAM编程加工

根据加工工艺流程，进行零件CAM自动编程设计。

3.3.1 平端面

点击“菜单—Toolpath-Face”，系统弹出图5所示刀具切削参数对话框，选择刀具（35°外圆偏刀），设置主轴转速（3000r/min）和切削速度（0.25mm/r）,返回点（D:250，Z:250），然后设置平端面参数，如图 6 所示。

3.3.2 粗、精加工外轮廓

点击“菜单—Toolpath-Rough”，选择轮廓串联线后，系统弹出刀具参数对话框，刀具与参数选择与平端面相同。然后设置粗加工轮廓参数，如图7所示。

点击“菜单—Toolpath-Finish”，选择轮廓串联线后，系统弹出刀具参数对话框，刀具与参数选择与平端面相同。然后设置精加工轮廓参数，如图8所示。

图6 平端面参数设置图

图7 粗加工参数设置图

图8 精加工参数设置图

3.3.3 切槽加工

点击“菜单—Toolpath-Rough”，选择切槽方式（1点定位）。然后系统弹出图5所示刀具切削参数对话框，选择刀具（4mm切槽刀），设置主轴转速（2000r/min）和切削速度（0.05mm/r）,返回点（D:250，Z:250），然后设置切槽形状和加工参数（如图9所示）。

3.3.4 螺纹加工

点击“菜单—Toolpath-Thread”，系统弹出刀具切削参数对话框，选择刀具（60°外螺纹刀），设置主轴转速（2000r/min）和切削速度（2mm/r）,返回点（D:250，Z:250），然后设置螺纹形状和螺纹切削参数，如图10所示。

3.3.5 钻孔加工

点击“菜单—Operation-Drill”系统弹出刀具参数对话框,按表1设置中心钻、钻头（Φ11.8）、铰刀切削参数，然后设置钻削加工参数，图11为Φ11.8钻头钻削加工设置图。

3.5.6 切断

切断加工与切槽加工相似，选择刀具与参数设置相同。

3.4 加工仿真

在CAM模块中自动编程后，可以利用MasterCAM软件中仿真功能对设计的加工轨迹进行实体仿真，点击 “Toolpath—Operation-Verify”,根据需求设置仿真参数，该典型零件刀路轨迹仿真结果如图12所示。

图9 切槽形状与加工参数设置图

图10 螺纹形状与切削参数设置图

图11 钻削参数设置图

图12 典型零件刀路轨迹仿真图

4 结束语

从本文典型零件的加工可以看出，随着数控加工中计算机辅助制造技术的不断发展，传统的手工编程模式已经不能适应现代化生产技术的要求，而利用MasterCAM软件，可以辅助使用者完成零件的“设计—工艺规划—制造”全过程中最核心分问题，而且整个自动编程过程轻松、准确、高效、直观。

［1］陈宇.数控机床CAM编程[M].北京:中国广播电视大学出版社,2005.

［2］王丽杰.数控加工工艺与装备[M].北京:清华大学出版社,2006.

［3］解金榜.利用 MasterCAM X3软件实现数控车快速自动编程[J].煤矿机械,2010,03(04).