论文部分内容阅读
【摘要】MasterCAM-X是机械加工自动化中使用最广泛软件Mastercam的最新版本，它在原有版本基础上使四大功能模块集合到一个窗口界面，利用它的图形设计与仿真功能，应用到数控实习中，改善了目前数控技术教学中没有普通机床直观、好理解、效果不理想、效率较低的现象，提高了数控编程能力、操作能力，对机械加工的素质教育和创新能力的培养起着重要作用。
【关键词】Mastercam-X；CAD/CAM；数控车削；零件加工
【中图分类号】 TH14【文献标识码】A
【文章编号】1671-5969（2007）21-0197-02
数控技术课程是一门实践性很强的课程，要想达到理想的教学和实践效果，仅课堂上实施全方位的教学是不够的，还应具备一个良好的实习教学环境。我们应用masterCAM-X和数控机床结合就能把问题迎刃而解，它能在计算机上进行手工编程和自动编程、并能动态模拟加工轨迹、并与数控机床有良好数据接口，它对硬件要求不高，并且操作灵活、易学易用。
Matercam-X是Matercam的最新版本，在原有版本的基础上又增加了新的功能和模块。Matercam-X对软件的核心进行了重新设计，采用全新技术并与windows窗口技术紧密地结合，使程序运行更流畅、设计更高效。Mastercam-X以前的版本中，Design(造型)，Mill(铣削加工)、Lathe(车削加工)和Wire(线切割)4个功能模块是分开的，分别由4个应用程序来运行。在Mastercam-X中这4个功能模块被集成到一个平台上。使用户在操作环境和操作方式上作了突破性的改進，去掉了原有的瀑布式层级菜单，取而代之的目前流行的“窗口式操作”及“以对象为中心”的操作方法（图1），这大大减少了鼠标的单击次数，提高了设计效率。
NC程序的编制是计算机自动数控编程的基础功能，应用计算机进行数控加工编程最终也经过后置处理转换成NC程序代码。只要将NC代码输入该系统，通过加工轨迹校验，NC程序的结果就非常直观地仿真出来了。
下面结合实例介绍软件MasterCAM-X软件在数控车削加工自动编程中的的使用。
一、车削加工零件
（1）对零件进行工艺分析。图2所示是数控车削加工的零件，在运用Mastercam-X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，确定合理的加工顺序，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，提高加工效率和精度，并充分考虑零件的形状、尺寸精度，以及零件刚性和变形等因素，做到先粗加工后精加工；先“近”后“远”；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。
（2）图2所示零件加工的工艺流程为:1.轮廓粗、精加工2.切螺纹退刀槽3.螺纹加工4.截断。所用刀具有啄式外圆车刀、3mm宽切断刀、螺纹刀。
二、零件的几何建模
运用Mastercam-X中CAD功能绘图或将图形文件在AutoCAD、CADKEY、Mi-CAD等软件上绘制后转换至MasterCAM系统上使用。
在进行零件的建模时，无需画出整个零件的轮廓，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-X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。
图2所示加工的零件，在建模绘图的过程中不需要把零件图全部画出来，只需要画出零件的轮廓即可，如图3粗线所示：
三、零件加工工艺参数、刀具路径的确定
综合运用所学过的如《机械制造工艺学》、《数控编程实用技术》等课程的相关知识，选择合适的加工工艺方法，合理安排零件的加工工序，确定粗加工、半精加工、精加工所对应的不同加工表面的刀具、切削用量、进退刀路径、主轴转速等工艺参数，如车外圆（图4）、车螺纹（图5），该系统便自动计算出加工余量，并动态显示出和粗加工、半精加工、精加工所对应的不同加工表面的刀位轨迹和机床代码，省去了人为编制NC程序的麻烦。
这一过程将数控编程、制造工艺、刀具、数控机床、数控加工等课程有机地结合起来，使学者觉得以前所学的知识不再孤立、枯燥，在数控技术课程中达到了融汇贯通，并在计算机上变得生动、形象起来，巩固了学者的加工工艺方面的知识，巧妙的利用mastercam-X软件界面进行数控车教学，提高了学习数控车的热情，强化了学者数控实习效果。
四、零件的模拟数控加工利用masterCAM-X 系统软件，对计算机计算的刀具轨迹进行模拟仿真
设置好刀具加工路径后，利用MasterCAM系统提供的零件加工模拟功能，能够观察切削加工的过程，图（6）是车削外圆模拟，图（1）是螺纹模拟，最后模拟加工出如图零件1所示。可用来检测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。同时在数控模拟加工中，系统会给出有关加工过程的报告。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。
前面所做的工作均是在计算机上进行的，学者还很难将NC程序和实际的加工联系起来，总的理解是停留在理论知识上，感性认识不足，实际应用能力的训练环节很不够。因此我问通过实践操作，让学者将零件的NC程序如图（7）所示通过数据接口传至数控机床，用所传程序在机床进行加工。在这个过程中，NC程序、数控系统、数据接口起了非常重要的作用。把学者作为数控技术开发创新人才培养，应该熟练掌握数控编程、数据通讯、接口技术等专业基础知识，并得到相应的动手能力的训练。
MasterCAM-X特有的模拟仿真功能，可以进行三维真实感动态仿真加工，每个学者都有模拟加工的机会，省时间、省材料、省设备投入。在仿真过程中，刀具沿着所定义的加工轨迹进行动态加工，学者可以直观地掌握数控加工的过程，判断刀具轨迹的连续性、合理性，是否存在刀具干涉、空走刀撞刀等情况，刀位计算是否正确，加深了学者对加工工艺的理解和对刀具轨迹的认识。通过对照加工后的结果，学者明白了不同的刀位轨迹，其加工结果有很大的实质上差异，加工刀具轨迹定义的合理与否，与学者对零件加工工艺知识掌握的熟练程度有密切的关系。学者可以发挥自己的创造性和综合能力，对不满意的加工结果重新进行零件建模或重新定义刀位轨迹，实现虚拟设计与虚拟加工。
采用 Mastercam-X软件能方便的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，缩短编程人员的编程时间，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。并为学者建立创新意识、创新能力打下坚实的基础。
【参考文献】
[1]高磊.数控编程及加工技术[M].北京大学出版社．
[2]张灶法，陆斐，尚洪光.Mstercam-X实用教[M].清华大学出版社．
【关键词】Mastercam-X；CAD/CAM；数控车削；零件加工
【中图分类号】 TH14【文献标识码】A
【文章编号】1671-5969（2007）21-0197-02
数控技术课程是一门实践性很强的课程，要想达到理想的教学和实践效果，仅课堂上实施全方位的教学是不够的，还应具备一个良好的实习教学环境。我们应用masterCAM-X和数控机床结合就能把问题迎刃而解，它能在计算机上进行手工编程和自动编程、并能动态模拟加工轨迹、并与数控机床有良好数据接口，它对硬件要求不高，并且操作灵活、易学易用。
Matercam-X是Matercam的最新版本，在原有版本的基础上又增加了新的功能和模块。Matercam-X对软件的核心进行了重新设计，采用全新技术并与windows窗口技术紧密地结合，使程序运行更流畅、设计更高效。Mastercam-X以前的版本中，Design(造型)，Mill(铣削加工)、Lathe(车削加工)和Wire(线切割)4个功能模块是分开的，分别由4个应用程序来运行。在Mastercam-X中这4个功能模块被集成到一个平台上。使用户在操作环境和操作方式上作了突破性的改進，去掉了原有的瀑布式层级菜单，取而代之的目前流行的“窗口式操作”及“以对象为中心”的操作方法（图1），这大大减少了鼠标的单击次数，提高了设计效率。
NC程序的编制是计算机自动数控编程的基础功能，应用计算机进行数控加工编程最终也经过后置处理转换成NC程序代码。只要将NC代码输入该系统，通过加工轨迹校验，NC程序的结果就非常直观地仿真出来了。
下面结合实例介绍软件MasterCAM-X软件在数控车削加工自动编程中的的使用。
一、车削加工零件
（1）对零件进行工艺分析。图2所示是数控车削加工的零件，在运用Mastercam-X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，确定合理的加工顺序，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，提高加工效率和精度，并充分考虑零件的形状、尺寸精度，以及零件刚性和变形等因素，做到先粗加工后精加工；先“近”后“远”；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。
（2）图2所示零件加工的工艺流程为:1.轮廓粗、精加工2.切螺纹退刀槽3.螺纹加工4.截断。所用刀具有啄式外圆车刀、3mm宽切断刀、螺纹刀。
二、零件的几何建模
运用Mastercam-X中CAD功能绘图或将图形文件在AutoCAD、CADKEY、Mi-CAD等软件上绘制后转换至MasterCAM系统上使用。
在进行零件的建模时，无需画出整个零件的轮廓，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-X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。
图2所示加工的零件，在建模绘图的过程中不需要把零件图全部画出来，只需要画出零件的轮廓即可，如图3粗线所示：
三、零件加工工艺参数、刀具路径的确定
综合运用所学过的如《机械制造工艺学》、《数控编程实用技术》等课程的相关知识，选择合适的加工工艺方法，合理安排零件的加工工序，确定粗加工、半精加工、精加工所对应的不同加工表面的刀具、切削用量、进退刀路径、主轴转速等工艺参数，如车外圆（图4）、车螺纹（图5），该系统便自动计算出加工余量，并动态显示出和粗加工、半精加工、精加工所对应的不同加工表面的刀位轨迹和机床代码，省去了人为编制NC程序的麻烦。
这一过程将数控编程、制造工艺、刀具、数控机床、数控加工等课程有机地结合起来，使学者觉得以前所学的知识不再孤立、枯燥，在数控技术课程中达到了融汇贯通，并在计算机上变得生动、形象起来，巩固了学者的加工工艺方面的知识，巧妙的利用mastercam-X软件界面进行数控车教学，提高了学习数控车的热情，强化了学者数控实习效果。
四、零件的模拟数控加工利用masterCAM-X 系统软件，对计算机计算的刀具轨迹进行模拟仿真
设置好刀具加工路径后，利用MasterCAM系统提供的零件加工模拟功能，能够观察切削加工的过程，图（6）是车削外圆模拟，图（1）是螺纹模拟，最后模拟加工出如图零件1所示。可用来检测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。同时在数控模拟加工中，系统会给出有关加工过程的报告。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。
前面所做的工作均是在计算机上进行的，学者还很难将NC程序和实际的加工联系起来，总的理解是停留在理论知识上，感性认识不足，实际应用能力的训练环节很不够。因此我问通过实践操作，让学者将零件的NC程序如图（7）所示通过数据接口传至数控机床，用所传程序在机床进行加工。在这个过程中，NC程序、数控系统、数据接口起了非常重要的作用。把学者作为数控技术开发创新人才培养，应该熟练掌握数控编程、数据通讯、接口技术等专业基础知识，并得到相应的动手能力的训练。
MasterCAM-X特有的模拟仿真功能，可以进行三维真实感动态仿真加工，每个学者都有模拟加工的机会，省时间、省材料、省设备投入。在仿真过程中，刀具沿着所定义的加工轨迹进行动态加工，学者可以直观地掌握数控加工的过程，判断刀具轨迹的连续性、合理性，是否存在刀具干涉、空走刀撞刀等情况，刀位计算是否正确，加深了学者对加工工艺的理解和对刀具轨迹的认识。通过对照加工后的结果，学者明白了不同的刀位轨迹，其加工结果有很大的实质上差异，加工刀具轨迹定义的合理与否，与学者对零件加工工艺知识掌握的熟练程度有密切的关系。学者可以发挥自己的创造性和综合能力，对不满意的加工结果重新进行零件建模或重新定义刀位轨迹，实现虚拟设计与虚拟加工。
采用 Mastercam-X软件能方便的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，缩短编程人员的编程时间，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。并为学者建立创新意识、创新能力打下坚实的基础。
【参考文献】
[1]高磊.数控编程及加工技术[M].北京大学出版社．
[2]张灶法，陆斐，尚洪光.Mstercam-X实用教[M].清华大学出版社．