MasterCAM Art在工程訓練課程中的應用

劉海亮　王東輝　臧琛

【摘 要】MasterCAM Art具有位圖轉換矢量圖的功能、矢量圖生成三維模型的功能、刀具路徑生成和動態仿真加工功能以及按數控系統后處理生成NC代碼功能，軟件操作易學易懂。為了提高學生的學習積極性和實踐動手能力，在工程訓練課程中的數控銑模塊的教學上，將MasterCAM Art應用到學生的實訓學習中。

【關鍵詞】MasterCAM Art；矢量圖；浮雕模型；浮雕加工

0 引言

工程訓練是培養應用創新型工程技術人才的實踐教學內容，注重培養學生理論聯系實際的意識。學生將所學基礎知識通過實際制造工件來強化所學效果，既發揮了學生個人潛力也提升了學生的團隊意識和創新意識[1]。

隨著我國制造業的快速發展和技術的提升，數控加工技術得到了越來越多的應用。尤其是在模具設計及制造領域內，復雜型面的設計和加工，更多地使用數控加工技術[2]。

為了學生在曲面加工方面的理解和制造，我們在工程訓練課程的數控銑模塊應用MasterCAM Art軟件進行學習和浮雕工件的制作。利用MasterCAM 軟件的繪圖和實體功能可以實現一些產品的設計造型，還可以利用接口導入其他軟件的文件以滿足零件設計造型的要求。但是，對于一些圖形比較復雜的產品來說，零件的造型需要更長的時間。如果在教學過程中，學生選擇了比較復雜的型面進行造型和加工，會影響整個教學過程的順利進行，因此，為了學生能了解曲面的造型和加工制造，我們在課堂教學中引入MasterCAM Art，它具有位圖到三維曲面的轉換功能。

1 MasterCAM Art造型和加工整體流程

MasterCAM Art導入圖片后，設置對話框中的相應參數生成曲面，按照造型要求及后續的加工要求可以對曲面進行修改，得到符合最終要求的曲面。根據工藝分析得到合理刀具路徑，通過仿真后生成相應數控系統的NC程序，機床輸入程序后可加工相應工件[2]。軟件操作整體流程如圖1所示。

2 MasterCAM Art產品造型

2.1 矢量化圖片

利用MasterCAM Art的Trace Image-Raster to Vector功能可以將圖片轉換成矢量圖。轉化矢量圖的過程中可以通過參數設置的調整盡可能的使生成的矢量圖平滑[3]。圖片轉化后的矢量圖是由線段和圓弧組成，由于選擇的圖片質量的問題，矢量圖會出現缺失或形狀變化等現象，這時我們需要對矢量圖進行分析、修補等操作，否則會對后續的造型產生影響。對矢量圖進行修補時，可以先利用軟件的分析功能找到線條未串連連接處，然后利用繪圖功能命令逼近修改矢量圖形，使矢量圖連接完整。本文以學生選擇的哆啦A夢圖片為例進行操作處理，如圖2圖3所示。

2.2 產品造型

MasterCAM Art的產品造型是基于矢量圖中的圖素，控制其橫截面參數進行的膨脹處理生成的特殊曲面[4]。操作Organic Surface對話框，參照哆啦A夢的圖片或模型設置相關參數，編輯操作矢量生成三維浮雕模型。針對模型中的一些因為干涉而產生的邊緣和折痕，可以繼續通過布爾運算、光順平滑、紋理等操作來對模型進行處理。對模型的光順處理可以使得后續的加工走刀過程中，刀具過渡更加光滑，提升產品的表面質量[5]。產品的造型如圖4所示。

3 MasterCAM Art編程及加工處理

3.1 刀具路徑的生成

MasterCAM Art針對浮雕曲面加工開發了相應的刀具加工路徑供客戶選擇。它與專門的銑削加工模塊相比較，能夠大大地提升加工效率和表面質量[3]。

加工過程中，刀具和走刀方式的選擇及加工參數等對加工精度的影響非常的大，因此，我們在給同學們講清楚工藝知識后會確定出一種最優的加工分析結果從而生成刀具路徑。針對工程訓練中為學生準備的材料和配置的機床，曲面粗加工時為了快速去除毛坯獲得產品形狀，采用Ф2的立銑刀，曲面精加工時選用Ф1的球頭刀完成成形工序。曲面粗加工時走刀方式采取環切分層方式，精加工走刀采用平行截線方式。綜合分析設置好加工參數，生成的刀具路徑如圖5所示。

3.2 仿真加工及后處理

生成刀具路徑后，利用軟件可以設定出模型的毛坯尺寸等參數，然后利用軟件的仿真加工功能可以實現加工過程的仿真，進一步檢驗加工的路徑是否合理。若合理，可以根據機床所使用的數控系統自動生成加工的NC程序；若觀察到加工路徑存在錯誤，可以重新進行工藝分析進行修改，生成新的加工路徑。正確的加工NC程序就可以實現模型的加工。仿真加工如圖6所示。

4 結語

在工程訓練課程中利用MasterCAM Art軟件進行教學，因為軟件操作簡單容易掌握，學生的學習積極性很高，對工藝知識等知識的了解掌握也就更加深刻。學生了解掌握了知識并提高了實踐能力、提升了創新創造能力，我們的工程訓練課程也就達到了教學目的。

【參考文獻】

[1]戴青云，鐘潤陽，王美林，等.創新驅動環境下特色工程訓練實踐體系構建——以廣東工業大學為例[J].科技管理研究，2014，4：80-85.

[2]袁驚滔.基于MASTERCAM和ARTCAM的圖片三維造型與加工[J].航空精密制造技術，2015，51（3）：57-59.

[3]惲志東.基于MasterCAM X Art的浮雕設計與數控加工[J].工具技術，2009，43：79-82.

[4]劉偉苓，趙慶志，趙森，張輝新.基于MasterCAM的煤礦機械標牌雕刻加工[J].煤礦機械，2014，35（3）：110-112.

[5]沈長生，郭旭紅.基于ArtRTCAM軟件的浮雕設計[J].制造技術與機床，2012，2：32-35.

[責任編輯：張濤]