Master CAM與數控教學

巴寶蓮

(蘭州職業技術學院,蘭州 730070)

Master CAM與數控教學

巴寶蓮

(蘭州職業技術學院,蘭州 730070)

Master CAM是美國 CNC Software公司研發的基于 PC平臺的 CAD/CAM套裝系統軟件,是目前我國機械加工行業中廣泛使用的軟件之一,具有良好的圖形設計與數控加工仿真等功能,應用于數控教學中,有效改善了數控技術課程的教學效果,同時提高了學生數控編程及數控技術綜合應用的能力。

Master CAM;數控技術;數控教學;數控加工

1 數控教學引入 CAD/CAM軟件的必要性

新世紀機械制造業的競爭,其實就是數控技術的競爭。隨著 CAD/CAM技術的飛速發展,其在現代制造企業中的應用非常普及。CAD/CAM軟件的使用已成為工科院校機械類專業學生必須掌握的一種工具。并且高職院校機械類專業都相繼開設了“CAD/CAM技術及應用”這門校本課程,該課程綜合性強、實踐性強,是彌補規劃教材不足,主動適應社會需求,形成專業特色,提高學生職業能力的有效途徑。但由于教學條件的限制,許多院校只能傳授理論知識,卻不能將理論完全付諸于實踐。同時由于課時少,課堂上老師講得多,學生參與少,導致最后的教學效果并不理想,很多學生到工作崗位之后反映在學校學得太少、太淺,不會解決實際問題,不能很快地獨立完成在數控技術應用方面的工作任務,這樣培養出來的學生不能適應培養高技能人才的需要。因此,怎樣提高數控技術課程的教學質量顯得尤為重要。在數控技術的應用方面,學生獲取這種能力必然需要有一個良好的教學實驗環境,而這個實驗環境需要學校購買數控設備來創造,但此類設備價格昂貴,無論從數量、成本還是安全性方面考慮,都不能完全實現學生的普及性教學和實驗。因此,如何改善和提高數控技術課程的實驗環境,培養學生利用CAD/CAM技術進行輔助創新設計和制造是數控技術教學工作中面臨的一個非常大的難題。

Master CAM作為基于 PC平臺的 CAD/CAM軟件,有Design(造型 )、Mill(銑削加工 )、Lathe(車削加工 )和 W ire(線切割)4個功能模塊,集設計與制造于一體,通過對零件工藝分析,幾何建模,以合理的加工工序生成刀具路徑,通過程序的后置處理生成數控加工指令代碼,進而傳輸給數控機床即可完成加工。它具有二維幾何圖形構建、三維曲面、實體設計功能,并能動態和逼真地模擬刀具路徑和進行實體切削加工,且對硬件要求不高,操作靈活,易學易用和具有良好的性價比,并與數控機床有良好數據接口,上述問題便迎刃而解。

2 Master CAM在數控教學中的應用

2.1 零件的加工工藝分析和幾何建模

運用Master CAM軟件對零件進行數控加工自動編程前,首先要對零件進行加工工藝分析。工藝分析是生產加工中重要的環節,它直接決定生產加工的合理性,有效的工藝分析可提高生產效率,降低生產成本。工藝分析主要體現在以下方面:確定合理的加工順序時,在保證零件的表面粗糙度和加工精度的同時,要盡量減少換刀次數,提高加工效率,并充分考慮零件的形狀、尺寸和加工精度,以及零件剛度和變形等因素,做到先粗加工后精加工;先加工主要表面后加工次要表面;先加工基準面后加工其他表面。

建立零件的幾何模型是實現數控加工的基礎,Master CAM四大模塊中的任何一個模塊都具有進行二維三維的設計功能,具有較強的 CAD繪圖功能。可以運用 Design模塊建模,也可以根據加工要求使用 Mill模塊和 Mire模塊直接建模。在Master CAM中提供三維線框、三維曲面及實體建模三種基本方式,這三種方式緊密結合,可以完成對復雜零件的幾何圖形設計。另外還可利用系統提供的數據接口將其他類型的圖形文件如 AutoCAD,UG,Pro/E等軟件上構建的圖形轉換至Master CAM系統上使用,更加快捷方便。

2.2 刀具路徑編制、模擬及實體切削仿真

零件建模后,根據加工工藝的安排,選用相應工序所使用的刀具,根據零件的要求設置加工毛坯,同時選擇工件坐標原點,建立工件坐標系統,確定工件坐標系與機床坐標系的相對尺寸,設定各種工藝參數,從而進行刀具路徑的編制。刀具路徑編制是Master CAM的核心內容,它主要是借助幾何模型,進行刀位點的運動方式控制,從而生成刀具的運動軌跡,即刀具路徑。在Master CAM中幾何模型引用相對靈活,可以根據刀具路徑生成需求,選擇必要的參考 (點、線、面),這樣提高了刀具路徑編制效率,同時由于引用的參考較少,降低了刀具路徑生成的運算量,節省了計算機預算時間。另外在刀具路徑編制中還要設置加工信息,如進刀量、主軸轉速、冷卻液控制指令等。最終刀具路徑以工藝數據文件NCI的形式存在。

Master CAM具有刀具路徑模擬及實體切削仿真的功能,且整個過程體現得非常逼真形象。刀具沿著預先定義的加工軌跡進行動態模擬加工時,學生可以判斷刀具軌跡的連續性、合理性,是否存在刀具干涉、空走刀、撞刀,設備的運行動作是否正確,加工零件是否符合設計要求等情況,進而非常直觀地掌握數控加工的過程。同時系統會給出相關加工過程的報告,這樣利于學生加深對加工工藝的理解和對刀具路徑的認識。并且通過加工結果的比對,學生很容易就能理解刀具軌跡定義的合理與否,直接影響加工結果。不同的刀具路徑,其加工結果不同。另外每個學生都有很多機會,通過反復操作練習可以激發他們的創造力和求學欲望,設計圖形、建模和編制刀具路徑,實現虛擬設計與虛擬加工,進一步提高獨立操作軟件的水平、分析解決實際問題和綜合應用的能力,同時強化了運用Master CAM系統在數控教學中的應用效果。

2.3 刀具路徑自動轉換成數控加工程序 (NC程序)及程序傳輸

生成刀具路徑后,通過計算機模擬數控加工,確認符合實際加工要求時,就可以利用Master CAM的后置處理程序將 NCI文件轉換成數控機床 CNC控制器可以解讀的 NC數控代碼,再由介質傳送給數控機床就可以加工出所需的零件。Master CAM系統本身提供了多種后置處理程序,對于具體的數控設備,應選用對應的后置處理程序,后置處理生成的 NC代碼經適當編修后,如能符合所用數控設備的要求,通過數據接口就可傳送到數控機床中進行實際加工。這樣 NC程序和實際的加工緊密聯系起來,整個過程又將數控編程、制造工藝、刀具、數控機床、數控加工等課程有機地結合起來,讓學生感到以前所學的知識不再孤立、枯燥,有助于提高學習興趣,并掌握該軟件的工作流程,很好理解其在數控加工中應用的意義,同時深刻認知數控專業學習該軟件的必要性,對他們樹立積極正確的學習態度也有很好的幫助。另外要加強學生實際應用能力的訓練環節,通過使用該軟件進行虛擬設計和虛擬加工,讓學生將利用 Master CAM軟件生成的 NC程序通過數據接口傳至數控機床,在這個過程中,學生還可進一步學習掌握數控機床的操作、NC程序的傳送、工件夾具的使用等技能,并對熟練掌握數控編程、數控加工等各專業基礎知識有一定幫助,最終使他們能夠解決實際的設計問題,并具有一定的工程實踐能力。

2.4 利用Master CAM可對手工編制的程序進行校驗

對于同一零件的編程,學生們往往會編寫出很多種,只要將NC代碼導入該系統,通過加工軌跡校驗,NC程序的結果就通過刀具路徑直觀顯示出來了,從而根據需要對程序進行再編輯修改。這樣學生們自己編寫的程序能馬上得到驗證,對提高他們的學習效果有很大幫助,同時也很好地鞏固了對數控編程及NC程序的掌握。

3 結語

從學生的切身利益和教學目標出發,數控教學中不斷提高使用 CAD/CAM軟件的成效是我們要做的。采用Master CAM軟件能方便地建立零件的幾何模型,特別對復雜零件的數控程序編制,能迅速自動生成數控代碼,縮短編程時間,可大大提高程序的正確性和安全性,降低生產成本,提高工作效率。并為學生建立創新意識、創新能力打下堅實的基礎。從教學本身出發,結合實際情況努力改善教學條件,提高教學效果。不斷提升教師自身的業務水平,并鼓勵參加或進行一些項目研究。同時從長遠發展來看,可積極開展校企合作,進一步為學生創造有利的實訓條件,還可對外進行技術培訓和技術服務,或承接加工任務等,從中獲得一定的經濟效益,用以改善教學實驗環境,促進正常的教學科研活動,推動教學改革與課程的建設。

[1]梁旭坤.CAD/CAM應用——Master CAM 9.0[M].長沙:中南大學出版社,2004.

[2]何偉編.Master CAM基礎與應用教程 [M].北京:機械工業出版社,2006.

[3]張導成.三維 CAD/CAM——Master CAM應用 [M].北京:機械工業出版社,2005.

G642.0

A

1674-6341(2010)01-0103-02

2009-12-09

巴寶蓮 (1980-),女,甘肅蘭州人,教師。

責任編輯:柴造坡