利用MasterCAM軟件實現(xiàn)典型零件數(shù)控車自動編程

崔立群

（中國電子科技集團(tuán)公司 第二十研究所，陜西 西安 710068）

MasterCAM是集計算機(jī)輔助設(shè)計和計算機(jī)輔助制造一體的軟件，利用其CAD功能繪制工程圖紙，CAM功能設(shè)計刀具路徑 （NCI），然后通過各種不同類型的后置處理程序（PST）產(chǎn)生不同CNC機(jī)床所需的NC程序，輸入數(shù)控機(jī)床后對零件加工成型，從而達(dá)到數(shù)控自動加工的目的。MasterCAM軟件在機(jī)械加工行業(yè)普遍使用，可應(yīng)用于數(shù)控車（鏜）床、數(shù)控銑床、加工中心、數(shù)控線切割機(jī)床等。

由于數(shù)控系統(tǒng)的繁雜和功能區(qū)別較大，并且數(shù)控車床編程在根本上依賴于循環(huán)功能的使用，因此在計算機(jī)中，MasterCAM軟件CAM編程效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于手工編程，并且CAM可以做出用循環(huán)做不出的內(nèi)凹異形件。

1 車削加工的典型零件

車削加工主要對象是回轉(zhuǎn)零件，基本的車削內(nèi)容有車外圓、車端面、切斷、和車槽、鉆孔、鏜孔、車錐面、車成形面，車螺紋等。其實，每個二維刀具軌跡都是由一條直線、圓弧、聚合線等串聯(lián)而成的曲線。圖1為數(shù)控車削加工的典型零件。從圖1可以看出，該典型零件的車削加工內(nèi)容包括：車端面、車外圓、車螺紋、車槽、車錐面、車橢圓面，鉆孔、鉸孔、切斷。

圖1 數(shù)控車典型零件圖

如果采用手工自動編程，需要計算各元素基點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)和刀位點(diǎn)軌跡的坐標(biāo)。特別是對于參數(shù)曲線（橢圓曲線），其刀位點(diǎn)軌跡是通過插補(bǔ)方式計算的，即在確定的編程允許誤差內(nèi)，用直線或圓弧、拋物線逼近非圓曲線，非圓曲線精度要求越高，逼近的直線或圓弧段越短，節(jié)點(diǎn)越多，計算越復(fù)雜。而對于MasterCAM軟件，利用其CAD功能繪制圖紙，用其CAM功能設(shè)計刀具路徑，通過后置處理程序產(chǎn)生NC程序，由計算機(jī)自動計算刀位點(diǎn)軌跡，從而實現(xiàn)該零件的數(shù)控車自動編程，簡單高效。

2 加工工藝分析

MasterCAM自動編程是建立在數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)上的。加工工藝的主要內(nèi)容有：分析圖紙，選擇毛坯并確定裝夾方式，確定各表面的加工順序和加工次數(shù)、選擇合適刀具和切削參數(shù)。

2.1 毛坯和裝夾方式選擇

根據(jù)零件形狀、最大外圓尺寸，選擇毛坯為：棒料Φ45×L（L≤500），裝夾方式如圖2所示。

2.2 加工工藝路線確定

圖2 毛坯裝夾圖

零件車削加工工藝流程為：

2.3 刀具和切削參數(shù)選擇

根據(jù)零件特征和材料（鋁 2A12），選擇的刀具和加工參數(shù)如表1所示。

表1 典型零件加工用刀具表

3 MasterCAM自動編程

3.1 加工圖形繪制

在MasterCAM軟件做CAM處理之前，必須繪制零件的加工圖形。MasterCAM軟件中零件圖不等同于加工圖，加工圖形只繪制圖紙的一半，螺紋部位和退刀槽部位不作出，對于特殊部位，必須作出加工輔助線。該典型零件的加工圖如圖3所示。

圖3 典型零件加工圖

由于該零件各圖素公差要求不同，加工時無法利用刀補(bǔ)保證公差要求，因此次該典型零件加工圖按各圖素公差中線繪制，如Φ400－0.2加工圖實際繪制尺寸為 Φ39.9。

3.2 編程前準(zhǔn)備

在數(shù)控車床CAM編程前，必須先設(shè)置好加工工件的毛坯尺寸和形狀

3.2.1 加工毛坯設(shè)置

在主菜單中依次選擇“Toolpath—Job Seteup”打開車窗CAM毛坯對話框，選擇左裝夾（left spindle），然后選擇“Parameters(參數(shù))”設(shè)置毛坯尺寸：直徑（OD）設(shè)為 45；長度設(shè)為 102（85+15+2），基點(diǎn)值設(shè)為 2，該零件加工毛坯圖如圖4所示。

圖4 典型零件加工毛坯圖

3.2.2 公共切削參數(shù)的設(shè)置

數(shù)控車大部分加工采用了公共的參數(shù)設(shè)置，包括刀具參數(shù)的設(shè)置、切削狀態(tài)的參數(shù)設(shè)置和補(bǔ)償方式的使用等。MasterCAM軟件中數(shù)控車參數(shù)設(shè)置如圖5所示。

圖5 數(shù)控車公共切削參數(shù)設(shè)置

3.3 CAM編程加工

根據(jù)加工工藝流程，進(jìn)行零件CAM自動編程設(shè)計。

3.3.1 平端面

點(diǎn)擊“菜單—Toolpath-Face”，系統(tǒng)彈出圖5所示刀具切削參數(shù)對話框，選擇刀具（35°外圓偏刀），設(shè)置主軸轉(zhuǎn)速（3000r/min）和切削速度（0.25mm/r）,返回點(diǎn)（D:250，Z:250），然后設(shè)置平端面參數(shù)，如圖 6 所示。

3.3.2 粗、精加工外輪廓

點(diǎn)擊“菜單—Toolpath-Rough”，選擇輪廓串聯(lián)線后，系統(tǒng)彈出刀具參數(shù)對話框，刀具與參數(shù)選擇與平端面相同。然后設(shè)置粗加工輪廓參數(shù)，如圖7所示。

點(diǎn)擊“菜單—Toolpath-Finish”，選擇輪廓串聯(lián)線后，系統(tǒng)彈出刀具參數(shù)對話框，刀具與參數(shù)選擇與平端面相同。然后設(shè)置精加工輪廓參數(shù)，如圖8所示。

圖6 平端面參數(shù)設(shè)置圖

圖7 粗加工參數(shù)設(shè)置圖

圖8 精加工參數(shù)設(shè)置圖

3.3.3 切槽加工

點(diǎn)擊“菜單—Toolpath-Rough”，選擇切槽方式（1點(diǎn)定位）。然后系統(tǒng)彈出圖5所示刀具切削參數(shù)對話框，選擇刀具（4mm切槽刀），設(shè)置主軸轉(zhuǎn)速（2000r/min）和切削速度（0.05mm/r）,返回點(diǎn)（D:250，Z:250），然后設(shè)置切槽形狀和加工參數(shù)（如圖9所示）。

3.3.4 螺紋加工

點(diǎn)擊“菜單—Toolpath-Thread”，系統(tǒng)彈出刀具切削參數(shù)對話框，選擇刀具（60°外螺紋刀），設(shè)置主軸轉(zhuǎn)速（2000r/min）和切削速度（2mm/r）,返回點(diǎn)（D:250，Z:250），然后設(shè)置螺紋形狀和螺紋切削參數(shù)，如圖10所示。

3.3.5 鉆孔加工

點(diǎn)擊“菜單—Operation-Drill”系統(tǒng)彈出刀具參數(shù)對話框,按表1設(shè)置中心鉆、鉆頭（Φ11.8）、鉸刀切削參數(shù)，然后設(shè)置鉆削加工參數(shù)，圖11為Φ11.8鉆頭鉆削加工設(shè)置圖。

3.5.6 切斷

切斷加工與切槽加工相似，選擇刀具與參數(shù)設(shè)置相同。

3.4 加工仿真

在CAM模塊中自動編程后，可以利用MasterCAM軟件中仿真功能對設(shè)計的加工軌跡進(jìn)行實體仿真，點(diǎn)擊 “Toolpath—Operation-Verify”,根據(jù)需求設(shè)置仿真參數(shù)，該典型零件刀路軌跡仿真結(jié)果如圖12所示。

圖9 切槽形狀與加工參數(shù)設(shè)置圖

圖10 螺紋形狀與切削參數(shù)設(shè)置圖

圖11 鉆削參數(shù)設(shè)置圖

圖12 典型零件刀路軌跡仿真圖

4 結(jié)束語

從本文典型零件的加工可以看出，隨著數(shù)控加工中計算機(jī)輔助制造技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的手工編程模式已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)的要求，而利用MasterCAM軟件，可以輔助使用者完成零件的“設(shè)計—工藝規(guī)劃—制造”全過程中最核心分問題，而且整個自動編程過程輕松、準(zhǔn)確、高效、直觀。

［1］陳宇.數(shù)控機(jī)床CAM編程[M].北京:中國廣播電視大學(xué)出版社,2005.

［2］王麗杰.數(shù)控加工工藝與裝備[M].北京:清華大學(xué)出版社,2006.

［3］解金榜.利用 MasterCAM X3軟件實現(xiàn)數(shù)控車快速自動編程[J].煤礦機(jī)械,2010,03(04).