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江苏省徐州机电工程高等职业学校2011届毕业论文
基于Master CAM的自动编程与加工
06高职数控2班
摘要：通过典型零件分析MasterCAM在零件造型，设计方法和编辑技巧。讨论二维轮廓刀具路径的生成方法。MasterCAM作为高端CAD/CAM软件在实际加工中有着广泛应用。
关键词：MasterCAM 刀具路径
数控加工
自动编程
加工工艺
一、自动编程的特点
使用Mastercam 实现DNC加工, DNC（直接数控）是指用一台计算机直接控制多台数控机床，其技术是实现CAD/CAM的关键技术之一。由于本工件较大，处理的数据多，所生成的程序长，数控机床的磁泡存储器已不能满足程序量的要求，这样就必须采用DNC加工方式，利用RS-232串行接口，将计算机和数控机床连接起来。利用Mastercam的Communic功能进行通讯，而不必考虑机床的内存不足问题,经大量的实践，用Mastercam软件编制复杂零件的加工程序极为方便，而且能对加工过程进行实时仿真，真实反映加工过程中的实际情况。
1.基本特点：(1)数学处理能力强
对轮廓形状不是由简单的直线、圆弧组成的复杂零件，特别是空间曲面零件，以及几何要素虽不复杂，但程序量很大的零件，计算工作相当繁琐，采用手工编制程序的方法是难以完成的。例如，对一般二次曲线廓形，手工编程必须采取直线或圆弧逼近的方法，算出各节点的坐标值，其中列算式、解方程，虽说能借助计算器进行计算，但工作量之大是难以想象的。而自动编程借助于系统软件强大的数学处理能力，计算机能自动计算出加工该曲线的刀具轨迹，快速而又准确。自动编程系统还能处理手工编程难以胜任的二次曲面和特殊曲面。
(2)快速、自动生成数控程序
对非圆曲线的轮廓加工，手工编程即使解决了节点坐标的计算，也往往因为节点数过多，程序段很大而使编程工作又慢又容易出错。自动编程的优点之一，就是在完成计算刀具运动轨迹之后，后置处理程序能在极短的时间内自动生成数控加工程序，且该数控加工程序不会出现语法错误。当然自动生成数控加工程序的速度还取决于计算机硬件的档次，档次越高，速度越快。
(3)后置处理程序灵活多变
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由于数控系统的指令形式不尽相同，机床的辅助功能也不一样，伺服系统的特性也有差别。因此，同一个零件在不同的数控机床上加工，数控加工程序也应该是不一样的。但在前置处理过程中，大量的数学处理，轨迹计算却是一致的。这就是说，前置处理可以通用化，只要稍微改变一下后置处理程序，就能自动生成适用于不同数控机床的数控程序来。后置处理相比前置处理，工作量要小得多，程序简单得多，因而它灵活多变。对于不同的数控机床，取用不同的后置处理程序，等于完成了一个新的自动编程系统，极大地扩展了自动编程系统的使用范围。
(4)程序自检、纠错能力强、复杂零件的数控加工程序往往很长，要一次编程成功，不出一点错误是不现实的。手工编程时，可能出现书写有错误，算式有问题，也可能程序格式出错，靠人工检查一个个的错误是困难的，费时又费力。采用自动编程，程序有错主要是原始数据不正确而导致刀具运动轨迹有误，或刀具与工件干涉，或刀具与机床相撞，等等。自动编程能够通过系统先进的、完善的诊断功能，在计算机屏幕上对数控加工程序进行动态模拟，连续、逼真地显示刀具加工轨迹和零件加工轮廓，发现问题能及时对数控加工程序中产生错误的位置及类型进行修改，快速又方便。现在，往往在前置处理阶段计算出刀具运动轨迹以后立即进行动态模拟检查，确定无误以后再进入后置处理阶段，生成正确的数控加工程序来。
(5)便于实现与数控系统的通讯
二、自动编程的应用场合1.自动编程特点：编程工作的大部分或全部由计算机完成的过程称自动编程。编程人员只要根据零件图纸和工艺要求，用规定的语言编写一个源程序或者将图形信息输入到计算机中，由计算机自动地进行处理，计算出刀具中心的轨迹，编写出加工程序清单，并自动制成所需控制介质。由于走刀轨迹可由计算机自动绘出，所以可方便地对编程错误及时修正。
2.适用场合：但对于形状复杂或轮廓不是由直线、圆弧组成非圆曲线零件;或者是空但程序量很大，因计算相当繁琐，手工编程困难且易出错，必须采用自动编程的方法。
三、手动编程的应用场合1.手动编程特点：从零件图样分析及工艺处理、数值计算、书写程序单、制穿孔纸带直至程序的校验等各个步骤，均由人工完成，则属手工编程。
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2.适用场合：对于点位加工或几何形状不太复杂的零件来说，编程计算较简单，程序量不大，手工编程即可实现。但对于形状复杂或轮廓不是由直线、圆弧组成非圆曲线零件
3.自动编程和手动编程相比较
1）手动编程没有自动编程应用广泛、手动编程只适合零件比较简单、程序单比较短的工件。而自动编程对轮廓形状不是由简单的直线、圆弧组成的复杂零件，特别是空间曲面零件，以及几何要素虽不复杂，但数控机床程序量很大的零件，计算则相当繁琐，采用手工程序编制是难以完成的工件。
2）手动编程没有自动编程效率高、准确度高
3）手动编程容易出错数字容易出错
四、常见的自动编程方法
数控编程有很多软件最常用的有常见自动编程的方法主要有ug，pro-E，mastercam，caxa等，ug应用最广。自动编程实际上是进行一系列设置后进行刀具模拟，然后在把刀位数据用某一处理器生成G代码。它有不同的加工类型，比如说轮廓铣削，曲面铣削，刻模.....，主要用在加工中心，线切割等，车床基本不用，除非是不规则曲线，加工中心上也主要是加工不规则曲面，或者是复杂的轮廓
（1）PRO / E软件
1）铸造模具厂金属模具和压铸模具的加工企业现在使用PRO/E软件进行设计，利用其实体参数化的功能。PRO/E的开发比较早目前在机加工和模具制造方面使用比较多（特别是日企和台企），其特点在于参数化设计和曲面建模方面的专长，但缺点是其操作不怎么人性化
（2）UG软件
1）UG的功能比较强大，既有强大的绘图功能，又有很强的编程后处理功能，还有电极拆分，分模等扩展模块，所以被很多人用到。
（3）CIMATRON/DELCAM等软件
1）而数控编程软件则使用CIMATRON和DELCAM,在实际工作中使用的效果比较好。
（4）Mastercam软件
五、国内外Master CAM技术发展状况
CAD/CAM(计算机辅助设计及制造)技术产生于19世纪50年代后期发达国家的航空和军事工业中，随着计算机软硬件技术和计算机图形学技术的发展而迅
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速成长起来。1989年美国国家工学院将CAD/CAM技术评为当代（1964~1989）十项最杰出的工程技术成就之一。30多年来CAD技术和系统有了飞速的发展，CAD/CAM技术的应用已迅速成军事工业向民用工业扩展，由大型企业向中型小企业推广，由高技术领域的应用向日用家电、轻工产品的设计和制造中普及，对设计和制造业产生了革命性的影响，而且这一技术正在从发达国家“流向”发展中国家。
六、选择Mastercam作为课题的原因
Mastercam具有强劲的曲面粗加工及灵活的曲面精加工功能。
Mastercam提供了多种先进的粗加工技术，以提高零件加工的效率和质量。Mastercam还具有丰富的曲面精加工功能，可以从中选择最好的方法，加工最复杂的零件。Mastercam的多轴加工功能，为零件的加工提供了更多的灵活性。可靠的刀具路径校验功能 Mastercam可模拟零件加工的整个过程，模拟中不但能显示刀具和夹具，还能检查刀具和夹具与被加工零件的干涉、碰撞情况。它提供400种以上的后置处理文件以适用于各种类型的数控系统，我厂采用的是FANUC系统，机床为四轴联动卧式铣床。根据机床的实际结构，我们编制了专门的后置处理文件，绳槽曲面加工刀具路径NCI文件经后置处理后生成加工程序。
七、利用Mastercam仿真加工
1.主要分为五个步骤：
（1）零件模型建立，首先在Solidworks环境下建立零件CAD三维模型，利用IGES、STEP、STL等文件格式输出到MasterCAM环境中，或者在MasterCAM系统的零件模型建模模块中直接建立零件三维模型；
（2）零件工艺规划，在MasterCAM的ToolPath菜单下的JobSetup模块设置毛坯尺寸、边界、刀具尺寸、刀具基准点、进给率、快进路径和切削加工方式等内容；前两项工作为图形化数控编程的前置处理；
（3）刀位轨迹的计算与生成，选择刀位轨迹生成命令，系统自动计算节点数据，并将其转换为刀位文件；
（4）刀位轨迹的仿真验证，验证刀位轨迹的成形正确性和刀具工件间的干涉情况，保证加工零件形状的正确性和避免刀具运动碰撞；如果发现程序错误，则重新设置工艺规划参数；
（5）后置处理，将刀位文件转换具体加工中心能支持的数控程序代码。2.所选零件图及分析
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该零件比较简单，主要部分为铣削，四个等直径通孔为钻削。由于毛坯余量较小，无需进行粗加工，直接精加工。
3.实验报告
（1）给出在数控编程全过程的详细流程，表达出关键环节、参数。1）铣削上表面：铣削深度3mm。
2）铣削外平面：铣削深度2mm。
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3）铣中心孔：铣削深度2mm。
4）钻角上四个孔：通孔。
（2）给出零件CAD模型三维图界面，说明零件结构要求。如果是在江苏省徐州机电工程高等职业学校2011届毕业论文
Solidworks下建立的模型，给出模型转换文件格式及其特点。
在Solidworks中，将零件图保存为IGS的格式，然后在Mastercam中打开。打开以后，以曲面的形式出现，还要用solid from surfaces命令将面转化为实体。Slidworks软件建模效率高且简单易学，导入Mastercam接口技术成熟，很方便。
（3）给出工艺规划界面，说明刀具、材料、加工参数。
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选用直径6.0mm的铣刀。
选用直径为4.0mm的钻头。材料选为45号钢。
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（4）截取部分刀位文件、数控文件（文件头、部分主体、文件尾）； 文件头： % O0000(PROGRAM NAME25-11-10 TIME=HH:MM1 DIA.OFF.1 DIA.0 DIA.OFF.0 DIA.-4.)N2640 T0 M6 N2642 G0 G90 G54 X-20.Y-20.A0.S5729 M3 N2644 G43 H0 Z30.N2646 G99 G83 Z-2.R30.Q2.F1375.N2648 X20.N2650 Y20.N2652 X-20.N2654 G80 N2656 M5 N2658 G91 G28 Z0.N2660 G28 X0.Y0.A0.N2662 M30 % 加工，迅速生成NC代码。特别对一些造型复杂的零件，更是大大地缩短了编程时间，提高了程序的正确性和安全性，降低了生产成本，提高了工作、生产效率。
注意：
江苏省徐州机电工程高等职业学校2011届毕业论文
1、根据数控设备系统的不同，应选择不同的系统作后处理，或将后处理的NC代码做人为修改后再应用到对应的数控设备。
2、以上程序完全由MasterCAM软件后处理编辑器生成，论文中对其格式未作修改。
八、结束语
使用MasterCAM软件可以方便快捷地设计出各种零件、模具的几何模型，并进行模拟
九、参考文献
[1]刘立.数控车床编程与操作.北京：北京理工大学出版社.2006.8 [3] 胡素云，孙中柏《MasterCAMX2数控加工实例精解》 机械工业出版社，2008年
[4] 翟肖墨《数控机床加工技术》 机械工业出版社，2002年
