利用MasterCAM軟件實現典型零件數控車自動編程

崔立群

（中國電子科技集團公司 第二十研究所，陜西 西安 710068）

MasterCAM是集計算機輔助設計和計算機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）產生不同CNC機床所需的NC程序，輸入數控機床后對零件加工成型，從而達到數控自動加工的目的。MasterCAM軟件在機械加工行業普遍使用，可應用于數控車（鏜）床、數控銑床、加工中心、數控線切割機床等。

由于數控系統的繁雜和功能區別較大，并且數控車床編程在根本上依賴于循環功能的使用，因此在計算機中，MasterCAM軟件CAM編程效率遠遠高于手工編程，并且CAM可以做出用循環做不出的內凹異形件。

1 車削加工的典型零件

車削加工主要對象是回轉零件，基本的車削內容有車外圓、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、聚合線等串聯而成的曲線。圖1為數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、節點和刀位點軌跡的坐標。特別是對于參數曲線（橢圓曲線），其刀位點軌跡是通過插補方式計算的，即在確定的編程允許誤差內，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，節點越多，計算越復雜。而對于MasterCAM軟件，利用其CAD功能繪制圖紙，用其CAM功能設計刀具路徑，通過后置處理程序產生NC程序，由計算機自動計算刀位點軌跡，從而實現該零件的數控車自動編程，簡單高效。

2 加工工藝分析

MasterCAM自動編程是建立在數控加工工藝基礎上的。加工工藝的主要內容有：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、選擇合適刀具和切削參數。

2.1 毛坯和裝夾方式選擇

根據零件形狀、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 刀具和切削參數選擇

根據零件特征和材料（鋁 2A12），選擇的刀具和加工參數如表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 編程前準備

在數控車床CAM編程前，必須先設置好加工工件的毛坯尺寸和形狀

3.2.1 加工毛坯設置

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)”設置毛坯尺寸：直徑（OD）設為 45；長度設為 102（85+15+2），基點值設為 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 公共切削參數的設置

數控車大部分加工采用了公共的參數設置，包括刀具參數的設置、切削狀態的參數設置和補償方式的使用等。MasterCAM軟件中數控車參數設置如圖5所示。

圖5 數控車公共切削參數設置

3.3 CAM編程加工

根據加工工藝流程，進行零件CAM自動編程設計。

3.3.1 平端面

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

3.3.2 粗、精加工外輪廓

點擊“菜單—Toolpath-Rough”，選擇輪廓串聯線后，系統彈出刀具參數對話框，刀具與參數選擇與平端面相同。然后設置粗加工輪廓參數，如圖7所示。

點擊“菜單—Toolpath-Finish”，選擇輪廓串聯線后，系統彈出刀具參數對話框，刀具與參數選擇與平端面相同。然后設置精加工輪廓參數，如圖8所示。

圖6 平端面參數設置圖

圖7 粗加工參數設置圖

圖8 精加工參數設置圖

3.3.3 切槽加工

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

3.3.4 螺紋加工

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

3.3.5 鉆孔加工

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

3.5.6 切斷

切斷加工與切槽加工相似，選擇刀具與參數設置相同。

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計的加工軌跡進行實體仿真，點擊 “Toolpath—Operation-Verify”,根據需求設置仿真參數，該典型零件刀路軌跡仿真結果如圖12所示。

圖9 切槽形狀與加工參數設置圖

圖10 螺紋形狀與切削參數設置圖

圖11 鉆削參數設置圖

圖12 典型零件刀路軌跡仿真圖

4 結束語

從本文典型零件的加工可以看出，隨著數控加工中計算機輔助制造技術的不斷發展，傳統的手工編程模式已經不能適應現代化生產技術的要求，而利用MasterCAM軟件，可以輔助使用者完成零件的“設計—工藝規劃—制造”全過程中最核心分問題，而且整個自動編程過程輕松、準確、高效、直觀。

［1］陳宇.數控機床CAM編程[M].北京:中國廣播電視大學出版社,2005.

［2］王麗杰.數控加工工藝與裝備[M].北京:清華大學出版社,2006.

［3］解金榜.利用 MasterCAM X3軟件實現數控車快速自動編程[J].煤礦機械,2010,03(04).