MasterCAM在數控實習中的應用

張中海

摘 要：MasierCAM是我國目前機械加工自動化中使用最普遍的軟件之一，利用它的圖形設計與仿真切削功能，在數控實驗中加以應用，能改善目前數控技術課程教學中實驗環節效果不理想、效率較低的現象，提高了學生數控編程能力、數控機床的操作能力及系統的維護能力。在數控實習教學中引入MaSterCAM軟件.可以簡化數控編程的數學計算，大大提高教學效率和教學質量、同時提高學生的數控加工能力。

關鍵詞：MasterCAM實習；數控實習；程序；模擬仿真

一、數控技術的發展及MasterCAM 課程的引入

目前，數字控制技術與數控機床，給機械制造業帶來了巨大的變化。數控技術已成為制造業實現自動化、柔性化、集成化生產的基礎技術，計算機輔助設計與輔助制造和計算機集成制造技術敏捷制造和智能制造等，都是建立在數控技術之上。數控技術不僅是提高產品質量、提高勞動生產率的必不可少的物質手段，也是體現一個國家綜合國力水平的重要標志。新世紀機械制造業的競爭，其實就是數控技術的競爭。基于數控技術在機械制造業的重要性，國內一些重點高等院校20世紀70年代就陸續在機械類專業開設了數控課程但由于教學條件的限制，許多院校只能傳授理論知識，而不能將理論付諸于實踐。既不能培養學生的實際應用能力，如數控編程能力、數控機床的操作能力及系統的維護能力，也不能培養學生數控技術的開發能力。這樣培養出來的學生畢業后走上工作崗位不能很快地獨立完成在數控技術的應用與開發方面的工作任務。

現在工程技術教育正處在改革時期。眾所周知，教改的目的是為了培養素質高、口徑寬、基礎厚、適應面廣、能力強的現代工程技術人才。在數控技術方面，學生獲得這種能力有幾種途徑：一是有合適的實習基地，但在目前國內的情況下很難做到這一點；二是學校用有限的資金投資購買數控機床，加工中心等建設教學實驗環境。此類設備價格昂貴，即使用大量資金買回一臺兩臺，無論從數量上、還是從成本安全性上考慮，都不大適合學生的普及性教學和實驗。這類教學實驗中心即便建成，實際應用效率和效果往往也不是很理想。因此，如何改善和提高數控技術課程的實驗環境，使學生能學有所練、學用結合，是數控技術教學工作面臨的一個非常大的難題。

綜前所述 ，數控技術課程是一門實踐性很強的課程，離開實踐，就談不上素質，實踐是知識轉化并升華為素質的根本條件。要想達到理想的教學和實踐效果，僅在課堂上實施全方位的教學是不夠的，還應具備一個良好的實踐教學環境。考慮到前面談到的數控設備價格的因素，經過多方調研，我們選定了一種能在計算機上進行手工編程和自動編程、并能動態模擬加工軌跡、與數控機床有良好數據接口的美國CNCsoftware公司研制的基于PC平臺的masterCAM

利用MasterCAM 系統中的CAD繪圖建模功能繪制生成的二維或三維零件模型，或利用該系統提供的數據接口將在其它CAD 軟件中做好的零件模型數據讀入，然后綜合運用所學過的相關知識，選擇合適的加工方法，選取要加工的對象以及刀具、切削用量、進退刀路線等參數后，該系統便自動計算出加工余量，并動態顯示出各不同加工表面的刀具路徑，隨后設定工件毛坯及機床坐標系等相關參數后進行加工仿真模擬，經仔細檢驗各切削參數及刀具路徑合理后，最終通過程序的后處理生成數控加工指令代碼，再通過計算機與機床的通訊接口（如RS232）將數控指令加工代碼輸入到數控機床既可完成零件的加工。

二、利 用MasterCAM進行手工編程，并進行程序校驗

數控程序的手工編制是計算機自動數控編程的墓礎，應用計算機進行數控加工自動編程最終也還要經過后置處理轉換成NC程序代碼。作為數控技術人才，不僅是數控技術的應用者，更應該是數控技術的開發者。因此要使學生知其然并知其所以然，手動編程是學生熟悉并掌握NC程序基本原理的一個重要途徑。但數控指令枯燥、不易記憶，編寫的程序又不能得到實現，學生學習的興趣不高，也得不到應有的實際動手的訓練。同時對同一零件編程，學生編寫的程序會有多種，老師批改作業、檢查學生掌握情況也十分困難。這一難題在masterCAM系統中就迎刃而解了：只要將NC代碼輸入該系統，通過加工軌跡校驗，NC程序的結果就非常直觀地仿真出來了。

三、設置工藝參數，定義霉件加工工藝

利用masterCAM系統中的CAD繪圖建模功能繪制生成三維零件模型，或利用該系統提供的數據接口將在其它CAD系統中做好的零件模型數據讀人，然后綜合運用所學過的如《機械制造工藝學》、《金屬切削機床》等課程的相關知識，選擇合適的加工工藝方法，安排零件的加工工序，確定粗加工、半精加工、精加工所對應的不同加工表面的刀具、切削用量、進退刀路徑、主軸轉速等參數后，該系統便自動計算出機加工余量，并動態顯示出和粗加工、半精加工、精加工所對應的不同加工表面的刀位軌跡和機床代碼，省去了人為編制NC程序的煩惱。這一過程將數控編程、制造工藝、刀具、數控機床、數控加工等課程有機地結合起來，使學生覺得以前所學的知識不再孤立、枯燥，在數控技術課程中達到了融匯貫通，并在計算機上變得生動、形象起來，鞏固了學生的加工工藝方面的知識，強化了利用mastercam系統數控教學的效果。

四、利用masterCAM 系統，對計算機計算的刀具軌跡進行模擬仿真

masterCAM特有的模擬仿真功能，可以進行三維真實感動態仿真加工，每個學生都有模擬加工的機會，省時間、省材料、省設備投人。在仿真過程中，刀具沿著所定義的加工軌跡進行動態加工，學生可以直觀地掌握數控加工的過程，判斷刀具軌跡的連續性、合理性，是否存在刀具干涉、空走刀撞刀等情況，刀位計算機是否正確，加深了學生對加工工藝的理解和對刀具軌跡的認識。通過對照加工后的結果，學生明白了不同的刀位軌跡，其加工結果有很大的差異實質上，加工刀具軌跡定義的合理與否，與學生對零件加工工藝知識掌握的熟練程度有密切的關系。學生可以發揮自己的創造性和綜合能力，對不滿意的加工結果重新進行零件建模或重新定義刀位軌跡，實現虛擬設汁與虛擬加工。

五、利用masterCAM 系統將刀具軌跡轉換成數控加工程序，通過計算機機床接口傳送，并控制數控機床進行實際加工

前面所做的工作均是在計算機上進行的，學生還很難將NC程序和實際的加工聯系起來，總的理解是停留在理論知識上，感性認識不足，實際應用能力的訓練環節很不夠。因此在條件允許的情況下，讓學生將零件的NC程序通過數據接口傳至數控機床，控制機床進行加工。在這個過程中，NC程序、數控系統、數據接口起了非常重要的作用。作為數控技術開發人才，應該熟練掌握數控編程、數據通訊、接口技術等專業基礎知識，并得到相應的動手能力的訓練。

六、小結

我們認為數控實驗室的功能應該是多方面的除滿足教學需要外，還可以進行科研項目研究，提高教師自身的業務水平，同時為生產科研服務，并積極開展對外技術培訓和技術服務，以及承接加工任務等，從中獲得一定的經濟效益，用以改善實驗室的條件、促進正常的教學科研活動，推動教學改革與課程的建設。

參考文獻

[1]吳長有，史會.MasterCAM在數控實習教學中的應用，《中國科技信息》 2006年15期

[2][美]彼得·斯密斯.著 羅學科 劉瑛 黃根隆 譯 .數控編程手冊. 北京.化學工業出版社.2005.