基于MasterCAM在数控加工中的应用

仝朝记　乔娟

摘要：本文介绍了MasterCAM软件的特点和功能，并结合实例分析MasterCAM在数控加工中应用，从MsterCAM软件绘图到零件加工成型的一体化过程，强调了该软件在工业中的重要地位，以及给现代化产业带来的方便，本文就结合MasterCAM软件在数控加工中运用进行研究。

关键词：FAUNC 加工中心；数控加工；MasterCAM；CAD/CAM；对刀

随着计算机软件的不断更新，现代工业的持续发展，计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）已显示出巨大的潜力，并广泛应用于产品设计和数控加工中，使用CAD/CAM系统产生的NC程序代码可以替代传统的手工编程，缩短生产周期，降低产品成本，提高加工质量，为企业创造良好的经济效益。

1、特点

MasterCAM软件是美国的CNC Software公司开发的，该软件易学易用，操作方便，因而深受广大企业用户和工程技术人员的欢迎，广泛应用于机械加工、模具制造、汽车工业和航天工业等领域，它不但具有二维几何图形设计；三维实体、曲面设计；而且还有刀具路径模拟、加工实体模拟等功能，同时提供友好的人机交互界面，从而实现了从产品的几何设计到加工制造的CAD/CAM一体化。是目前世界上应用最广泛的CAD/CAM软件之一，近两年全国性的数控技能竞赛都体现了这一点。

2、功能

MasterCAM是一种功能强大CAD/CAM软件， 由CAD和CAM两大部分组成，分成实体造型、铣削加工、车削加工和线切割4个功能模块。通过对所设计的零件进行加工工艺分析，并绘制几何图形及建模，编制刀具路径，通过程序的后处理生成数控加工NC指令代码，输人到数控机床既可完成加工。Mastercam具有强劲的曲面粗加工及灵活的曲面精加工功能，以提高零件加工的效率和质量。可以从中选择最合理、最好的加工方法，加工最复杂的零件。Mastercam的多轴加工功能，为零件的加工提供了更多的灵活性。Mastercam还具有可靠的刀具路径校验功能，可模拟零件加工的整个过程，模拟中不但能显示刀具和夹具，还能检查刀具和夹具与被加工零件的干涉、碰撞问题。尤其在数控加工中心加工一些复杂的零件，手工编程难度大，MasterCAM优势更为明显。

3、举例：如下图是发动机连杆的零件图

3.1加工工艺分析

1）根据零件图形，确定合理的加工顺序。2）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。3）选择合理刀具及切削用量。4）充分考虑零件的形状、尺寸和加工精度。做到先粗后精；先主后次；基面先行；互为基准。

3.2 刀具选用

要完成该零件的铣削加工， 所用刀具有：1）选用直径为径为Φ20mm的立铣刀进行面铣和外轮廓的粗、精加工。2）选用直径为Φ19.8mm与Φ9.8mm的钻头粗加工孔，再选用直再选用直径为Φ20mm与Φ10mm的铰刀精铰孔。3）选用直径为Φ6mm立铣刀加工内轮廓至尺寸。由于零件为对称图形，完成一半加工后，；加工中心自动停止，松开夹具，调转工件，夹紧加工另一半，程序不变。

3.3零件的几何建模

根据以上视图运用MasterCAM建立几何模型， MasterCAM四大模块中的任何一个模块都具有进行二维或三维的设计功能，具有较强（CAD）绘图功能，故可以根据加工要求将各种类型的图形文件通过软件上的图形转换至MasterCAM系统上使用，在进行零件的建模时，无需画出整个零件的模型，只需要画出其加工部分的轮廓线即可，加工尺寸、形位公差及配合公差可以不标出，这样既节省建模时间，又能满足数控加工的需要。建模时，应根据零件的实际尺寸来绘制，以保证计算生成的刀具路径坐标的正确性；并可将不同的加工工序分别绘制于不同的图层内，利用MasterCAM中图层的功能，在确定刀具路径时，加以调用或隐藏，以选择加工需要的轮廓线。

3.4设置刀具路径

零件的建模后，根据加工工艺的安排，选用相应工序所使用的刀具，根据零件的要求选择加工毛坯。确定工件坐标系与机床坐标系的相对尺寸，并进行各种工艺参数设定，从而得到零件加工的刀具路径。如面铣（上表面）——外轮廓加工——钻孔（Φ10mm和Φ20mm的孔）——铰孔——实体加工（内轮廓）。设置好的刀具运动轨迹和加工信息，通过计算功能生成刀具路径。

3.5 的模拟加工

刀具加工路径生成后，利用MasterCAM系统提供的零件加工模拟功能，可以真实观察实体切削加工的过程，可以看出工艺参数的设置是否合理，零件在数控实际加工中是否存在干涉，设备的运行动作是否正确，实际零件是否符合设计要求。这样可以在实际生产中省去试切的过程，可降低材料消耗，提高生产效率，增加经济效益。

3.6工件的装夹

由于工件为对称图形，且外轮廓为不规则曲线，一般的装夹不能满足加工要求，需分两步：第一步，用工作台面上的台虎钳口两内侧面夹少于二分之一工件的厚度，保持工件长边接触，夹紧牢固可靠，以通过两孔的轴线为基准进行装夹，加工零件的第一半；第二步，在加工中心上做一与外轮廓曲线相吻合的内槽其槽深为二分之一零件厚度，且内槽轴线处有两个与零件两孔相吻合的两中心轴，所谓专用夹具，其目的为了装夹牢靠，保证较高的加工精度。

3.7对刀

通过计算机模拟数控加工，确认符合加工要求。以FAUNC系统加工中心为例，通过手轮方式，分别找到x轴中点和y轴中点，再移动z轴让刀具接触工件设置零点，在G54坐标系输入两轴中点坐标，按复位键确认对刀错对。再对第二把刀时在刀补里输入刀差补偿即可。工件调头需重新确定刀具到工件上表面的距离。

3.8校验机床精度

针对不同的数控机床，由于使用年限及系统好坏的原因，机床的加工精度会或多或少的出现一些误差，有些零件加工完后检验尺寸大了，可以通过调整程序控制加工精度，但比较费时，影响加工效率；如果加工完后工件尺寸小了，直接导致废品，给经济带来不可估量的损失。所以在加工零件之前，先要校验数控系统本身的误差是多少，在加工之前可以通过调整程序或修改刀补来控制加工精度。其操作过程：先用端铣刀铣一刀平面，根据程序中数值与测得值比较，如两数值一样，说明机床或对刀没有出现误差，否则根据所述方法调整误差，直到达成一致为准。

3.9生成程序、传输实体加工

对完刀后确定工件定位准确，夹紧牢固，就可以利用MasterCAM的后置处理生成NC数控代码，检查程序是否有错，通过查找关键代码进行程序修改，检查无误后通过传输线将程序输入数控装置进行实体切削加工，为了节省时间也可以一边传输一边进行实体加工，但要注意的是：开始加工为确保可靠运行，校验对刀正误，将功能按键打在单段运行，进给倍率调至零，快速倍率调至25%，确认正常再按循环连续运行。加工过程中调节进给倍率，主轴转速来达到最佳切削效果。MasterCAM系统本身提供了百余种后置处理PST程序。对于不同的数控设备，应选用对应的后置处理程序。

4. 结束语

熟练的掌握MasterCAM软件的应用，对于我们机加工行业来说非常重要，掌握了这门技术，能方便的建立零件的几何模型，迅速自动生成数控代码，缩短编程人员的编程时间，减少中间烦锁的计算过程，特别对于复杂零件数控程序的编制，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。

参 考 文 献

[1]王志平，数控编程与操作[M].北京：高等教育出版社，2003.7

[2]王贵明，数控实用技术[M]机械工业出版社，2007.7

[3]杜家熙，数控机床构造与编程，职业高等教育出版社，2003.5

[4]周建强，冯晋.MasterCAM在零件设计和加工中的应用，2001.3

[5]杨伟群，数控工艺员培训教程，清华大学出版社，2004.5