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1、Mastercam X外形铣削加工工艺与设计摘 要 本设计是对Mastercam X平面外形铣削加工的设计，通过对零件图尺寸的分析，计算机模拟加工的刀具路径与被加工的零件的几何模型一致，可以准确速度的模拟出零件。详细介绍了Mastercam的基础知识、Mastercam的数控编程、刀具路径管理、刀具路径的模拟与验证、强大的二维绘图和三维造型功能加工智能化、并对零件模拟做出了说明。通过本设计可以对Mastercam X有一个初步的了解，注意到设计中某些设计要求，了解Mastercam X的强大的绘图功能和平面外形铣削的智能化。关键词 Mastercam X的基础知识 平面外形 外形铣削1 Mas
2、tercam X基础知识2005年7月，CNC Software公司在中国隆重推出Mastercam X版。X版本是CNC Software公司经过多年精心打造，重装推出的白金版本。软件以全新的Windows界面风格展现，以适应广大用户习惯。更为重要的是X版新的软件设计结构和核。使Mastercam有了质的飞跃，计算速度大幅提高。1.1 Mastercam X 功能与特点 1.1.1 二维绘图和三维造型功能 强大的二维绘图功能使用Mastercam X可以快速高效地绘制、编辑复杂的二维图形，并能够方便地二维图形进行尺寸标注、图形注释和图案填充等操作，还可以打印工程图样。 完整的曲线设计功能在M
3、astercam X中，不仅可以设计和编辑二维、三维空间曲线，还可以灵活方便地创建曲面曲线，包括相交线、分模线、迫切曲线、动态绘制曲面等。 曲面造型手段丰富在Mastercam X中，可以非常直观地用多种方法创建规则曲面，也可以创建网络曲面、扫掠曲面、举升曲面等多种不规则的光滑曲面，而且可以对曲面或多个曲面进行等半径（或不等半径）的圆角过渡，还具有曲面倒角、偏置、自动修剪、填补孔洞等曲面编辑功能。 先进的实体建模功能以Parasolid为核的实体造型功能，具有特征造型和参数化设计功能，可以对实体进行布尔运算、圆角、倒角、抽壳等处理，操作简单，适合零部件的结构设计。 实体与曲面的综合造型功能通常
4、综合使用实体造型和曲面造型功能来创建模型。在实体模型上再构建所需的曲面模型，这样可以通过曲面设计工具来完成零件外形的设计，可用于设计具有复杂外形的零件。如果需要还可以将曲面转换为实体模型。 着色曲面模型和实体模型可以对创建的曲面模型和实体模型进行着色处理。可以使用模型本身的颜色，也可以指定统一的颜色，甚至可以给模型赋予材质，并可以设置光照效果，产生非常逼真的效果。通过对模型进行移动和任意角度的旋转操作来观察模型。1.1.2 Mastercam X的数控编程 加工方式多样化在型腔铣削、轮廓铣削以与点位加工中，Mastercam X提供了多种走刀方式。各种进退刀方法丰富实用，能过迅速加工非常复杂的
5、表面。在表面的粗、精加工中，Mastercam X提供了8种先进的粗加工方式和10种先进的精加工方式，如粗加工中的速降钻式加工(Pluge)方式，仿造钻削的方法可以快速去除毛坯上的较大余量，大大提高了加工效率。 加工智能化加工的刀具路径与被加工零件的几何模型一致。当零件几何模型或加工参数被修改后，可以迅速准确地更新相应的刀具路径。在操作管理器中，可以综合管理实体模型、刀具参数与加工参数、刀具路径等，修改和编辑上述参数都十分方便。1.1.3 刀具路径管理功能 Mastercam X的主要功能是对设计的产品进行加工。利用Mastercam X生成的刀具路径，不仅可以再PC机上模拟加工过程，而且能够
6、产生在数控机床上真实加工所需要的加工程序清单。 刀具路径的图形编辑可以直观地在屏幕上编辑单个到位点，也可以方便地修改、增加或删除某一刀具路径。 加工参数管理与优化工具在数控程序中，通常在刀具路径中会有较多极短的直线走刀指令或重复的直线走刀指令。在保证编程精度的前提下，Mastercam 的程序优化器会自动把这些指令转化为一条直线指令或一条圆弧指令，从而大大减少了加工程序的长度。 可靠的刀具路径校验功能Mastercam X置了一个功能齐全的模拟器，可以真实、准确地模拟切削零件的整个过程。不仅能显示刀具和刀架，而且能迅速检查刀具、夹具与被加工模型之间的干涉、过切和碰撞现象，模拟过程真实可信。这样
7、就省去了试切工序，节省了加工时间，降低了材料消耗，提高了加工效率。 对刀路径的操作方便Mastercam能自动生成加工程序清单，清单的格式可以根据用户的要求修改。还可以对刀具路径进行平移、旋转以与镜像等多种变换操作，也可以对刀具路径进行复制、剪切、粘贴以与合并等操作，极大提高了数控编程的速度。自定义刀具库和材料库在Mastercam X中，用户可以自定义刀具库和材料库，并可以根据刀具库和材料库中的数据自动计算进给速度和主轴转速，也可以根据需要修改刀具库和材料库中的数据。1.1.4 数据交换与通信功能 提供强大的格式转换器Mastercam支持IGES、ACIS、DXF、DWG等流行文件格式的相
8、互转换，进行企业间可靠的数据交换。 开放的C-HOOK接口用户可以将自编的工作模块与Mastercam无缝的。 与数控机床直接进行通信将生成的G代码文件直接传入数控机床，为FMS（柔性制造系统）和CIMS（计算机集成制造系统）的集成提供了支持1.1.5 Mastercam X的特点 Mastercam X对软件的核心进行了重新设计，采用了全新技术并与Windows技术紧密集合，使程序运行更流畅、设计更高效。 (1) 无缝连接 在Mastercam X中，将Design（设计）、Mill（铣削加工）、Lathe（车削加工）、Wire（线形加工）四个模块集成到一个平台上，使用户操作更加方便。由于四
9、个模块的集成，Mastercam X主菜单中增加了机床类型菜单供用户选择。在Mastercam X中，Wire模块被更名为雕刻(Router)。 (2) 新型设计操作窗口 Mastercam X的设计界面有了较大的调整和变化是一个完全可以自定义的模块，并加强了对“历史记录的操作”的功能 ，可以使用户更高效地进行操作。 (3) 更强的CAD设计功能 Mastercam X的CAD设计在新版本中使模型化的过程变得更高效灵活。通过在工具条中执行命令进行参数设置，使用更加方便。另外，在三维造型方面，Mastercam X新增了创建围栏曲面、实体非关联布尔运算、实体表面-表面圆角等命令，造型功能更加强大
10、。 (4) 高速的产品开发功能 产品开发性能是设计者最关心的，在Mmastercam X中的important Z-level toolpaths执行效果比以往最高的执行效果可提高400%。另外，Mastercam X的新增功能Enhanced Machining Model可以加快程序设计并保证设计的精度。 Mastercam X在多轴加工中新增了一种加工方法5-aixs multi-surface toolpath（5轴多面加工），在曲面加工中新增了一种加工方法Blend toolpath（混合式精加工）。 (5) 增强的操作管理器 操作管理器被固定放置在左侧（通过视图丨切换下的命令来控制
11、操作管理器打开与关闭）。增强了参数化造型和刀具路径的功能。1.2 Mastercam X工作模块Mastercam软件包括设计（CAD）和制造（CAM）两大部分。软件的CAD部分可以构建2D或3D图形，构架自由曲面的功能远胜与其他同类软件，在CAM方面更加直观和方便，可直接在点、线、面和实体上产生刀路。其中CAM又包括了铣削模块（Mill）、车削模块（Lathe）、线切割模块（Wire）和雕刻模块（Router），每一个是模块都各有其特点，加工出来的形状也略有不同。1.2.1 设计模块（CAD）设计模块主要用于加工产品的形状设计。它包括二维绘图功能、三维造型和图形编辑功能，通过这些功能可以更方
12、便完成各种二维平面绘图和复杂的三维产品造型，还可以用于模具设计等绘图工作，并能方便地对它们进行尺寸标注、图案填充等工作。同时也提供了多种方法创建规则曲面和复杂曲面。在三维实体造型中，Mastercam X对实体的功能进行了全面的修改，功能更强大，易于操作。1.2.2 制造模块（CAM）制造模板是将设计出来的产品图形进行加工制造。加工时需要设置好使用的刀具，只要材料和运动中的刀具接触就会被切除掉，从而产品的形状就决定了刀具的运动路径。其制造模块的功能如下铣削模块主要用于铣削加工刀具路径生成。铣削模块中拥有多重曲面的粗加工、自动清角、去除残料、25轴的联动加工等多种加工方式，还置了HSM高速机械加
13、工模块，紧跟现代加工技术的发展。车削模块主要用于车削加工刀具路径生成。它包括了粗车、精车、钻孔、螺纹与各种切削循环指令等功能，其实体切削仿真模拟功能迅速排除加工能力中所出现的失误，从刀具管理器可以快速选择好相应的加工刀具，还可以进行C轴加工。线切割模块主要用于线切割加工刀具路径生成。它为编程员提供了一个强大的线切割编程方案，更加容易完成编辑各种加工零件的加工程序。还拥有支持镭射加工机床功能和4轴上下面异形零件的切割加工功能。 雕刻模块主要用于雕刻。可以提供简单的二维艺术图形快速生成复杂雕刻曲面.2 Mastercam X铣削加工 图2-1 零件图2.1创建实体2.1.1设置构图环境( 1) 单
14、击创建一个新的绘图文件。 （2）在状态栏构图面中选取俯视图（t）（WCS）。2.1.2绘制辅助线（1）在状态栏线型图标中设置中心线的线型。（2）在状态颜色块中采用默认颜色。（3）在状态栏线宽图标中设置线宽为第一种线宽。（4）辅助中心线的绘制。在草图设计工具栏中单击直线按钮，坐标设置栏里输入第一点（-22.0.0），接着输入第二点（22.0.0），这时水平中心线生成。这时绘图区中系统提示输入第一点，同理，在坐标设置栏里输入（0.-22.0），接着输入第二点（0.22.0），生成垂直中心线，如图2-2所示图2-2 辅助中心线的绘制 （5）辅助定位线的绘制。在草图设计工具栏中单击直线按钮，绘图区中系
15、统提示输入第一点。捕捉如图1所示中心点O点位第一点，然后再Ribbon工具栏中的极坐标设置栏中输入极坐标长度为22，角度为30，按Enter键完成一条辅助线的创建。同意地，利用极坐标的方法画另外三条线，以O点位第一点，极坐标长度都为22，角度分别135、225、315，按Enter键完成辅助线的创建，如图2-3所示图2-3 辅助定位线的创建 （6）圆心点的定位线的绘制。在草图工具设计栏中单击绘圆按钮，绘制去中系统提示输入圆心点，以如图2所示的O点位圆心，在 Ribbon工具栏的半径文本框中输入15，按Enter键确定。如图2-4所示。图2-4 辅助定位线的创建2.1.3绘制轮廓线。 （1）在状
16、态栏线型图标中设置线型为实线 。 （2）在状态栏颜色块中采用黑色。（3）在状态栏的线宽设置栏中设为第二种线宽。（4）在状态栏的图形层中设为第二层别。（5）绘圆。在草图设计工具栏中单击绘圆按钮，绘图区中系统提示输入圆心点，以如图3所示的A点为圆心，在Ribbon工具栏的半径文本框中输入5，按Enter键确定。同样以B、C、D为圆心，半径都为5画圆。如图2-5所示图2-5 圆的绘制 （6）绘制相切圆。在草图设计栏中单击绘圆按钮，并单击，选取相邻两个圆的切点，半径为15，做出四个圆，如图2-6所示图2-6 圆的绘制 （7）修剪打断。单击图形修剪工具栏中的在交点处打断按钮，选取如图5所示图形，按Ent
17、er打断。保留下来的如图2-7所示图2-7 修剪后的图形2.2 设置视角和构图平面2.2.1 从状态栏中的屏幕视角中改为等视角。2.2.2 构图面乃为俯视图，如图2-8所示。图2-8 等角视图下的图形2.3编制零件外形铣削的刀具路径2.3.1在主菜单中选择机床类型丨铣削丨默认命令。2.3.2在主菜单中选择刀具路径丨外形铣削命令，打开串连选项对话框，选取如图2-8所示的外形曲线。2.3.3单击确定，弹出如图2-9所示的刀具参数标签页，在如图8所示对话框的选取刀库中选取8mm的平端铣刀。进给率设为30mm/min，主轴转速设为600rpm，下刀速率设为10mm/min，提刀速率设为20mm/min
18、，如图2-9所示。图2-9 刀具参数标签页2.3.4在如图2-10所示的对话框中单击外形铣削参数标签，在如图2-10所示的外形（2D）-外形铣削参数标签页中设置外形铣削参数。将参考高度设为50cm，进给下刀位置设为10cm，深度设为-4cm，并设补正形式为电脑，补正方向为右，如图2-10所示. 图2-10 外形铣削参数标签页2.3.5选中如图2-10所示对话框中的平面多次铣削复选框，并单击平面多次铣削按钮，打开如图10所示的XY平面多次切削设置对话框。设置次数为10，间距0.1mm，次数为1，间距为0.2mm，执行精修的时机为所有深度，如图2-11所示。图2-11 XY平面多次切削设置对话框2
19、.3.6如图2-10所示对话框的分层铣深复选框，并单击分层铣深按钮，打开如图2-12所示的深度分层铣削设置对话框。设置最大粗切步进量为2mm，精修次数为1，精修步进量为1mm，分层切削的顺序为按轮廓，如图2-12所示。图2-12 深度分层切削设置对话框2.3.7设置完毕后，单击确定，生成如图2-13所示的刀具路径。图2-13 生成铣削刀具路径2.4 模拟并验证刀具路径2.4.1在上面设置了零件的刀具路径。在操作管理器中生成的刀具路径如图2-14所示。2.4.2模拟刀具路径。单击如图2-14所示的操作管理器中的刀具路径模拟按钮，模拟刀具路径。打开如图2-15的刀路模拟对话框。选择如图2-15所示
20、的显示刀具按钮、显示刀头按钮显示快速进给按钮、显示端点按钮、快速校验按钮。当全选时，加工模拟的刀具路径如图2-16所示。 图2-14操作管理器中生成的铣削刀具路径 图2-15 刀路模拟对话框图2-16 模拟铣削刀具路径2.4.3在弹出的“机械群组属性”对话框中的“材料设置”选项卡，设置“工件材料的形状”为“立方体”，工件长度为40，宽40，高12，勾选“显示”复选框，如图2-17所示。单击“确定”按钮。图2-17 材料设置2.4.4单击加工操作管理器中的“实体加工模拟”按钮，系统弹出“实体切削验证”对话框，单击“模拟执行”按钮，加工前和加工后的效果如图2-18所示。2.18 a 加工前 图 2
21、.18 b 加工后2.5导出程序%O0000N100 G20N102 G0G17G40G49G80G90N104 T1M6N106 G0G90G54X6.7632Y33.9672A0.S600M3N108 G43 H1 Z100.N110 Z10.N112 G1Z-1.5F10.N114 X8.433Y26.1434F30.N116 G2X2.279Y16.6498R8.N118 X-.0045Y16.4075R11.N120 X-4.4839Y17.3553R11.N122 X-5.2352Y17.724R11.N124 X-6.5023Y18.5227R11.N126 G1X-6.9475
22、Y18.8476N128 X-7.4639Y19.0401N130 G3X-16.9706Y16.9706R9.N132 X-19.0401Y7.464R9.0001N134 G1X-18.8443Y6.9384N136 X-18.5114Y6.487N138 G2X-17.6944Y5.2009R11.N140 X-17.338Y4.482R10.9999N142 X-16.3652Y-.0109R11.N144 G1Y-.0407N146 G2X-17.3246Y-4.5336R11.N148 X-17.6265Y-5.1552R11.N150 X-18.5518Y-6.6228R11.N
23、152 G1X-18.9354Y-7.1364N154 X-19.1392Y-7.7441N156 G3X-16.9706Y-16.9706R9.N158 X-7.4639Y-19.0401R9.0001N160 G1X-6.9475Y-18.8476N162 X-6.5023Y-18.5227N164 G2X-5.2352Y-17.724R10.9999N166 X-4.4839Y-17.3553R11.N168 X-.0045Y-16.4075R11.N170 X4.4624Y-17.3609R11.N172 X5.259Y-17.7553R11.N174 X6.441Y-18.5028R
24、11.0001N176 G1X6.857Y-18.8044N178 X7.3356Y-18.9912N180 G3X16.9706Y-16.9706R9.0001N182 X19.6066Y-10.6066R9.0001N184 X19.247Y-8.0879R9.N186 G1X19.0353Y-7.3617N188 X18.573Y-6.7629N190 G2X17.4837Y-5.044R11.N192 X17.2705Y-4.6025R11.N194 X16.28Y-.0407R11.N196 G1Y-.0109N198 G2X17.2842Y4.5509R11.N200 X17.54
25、19Y5.0749R10.9999N202 X18.5425Y6.6418R11.N204 G1X18.9608Y7.1887N206 X19.1721Y7.844N208 G3X19.6066Y10.6066R9.N210 X16.9706Y16.9706R9.N212 X7.3356Y18.9912R9.0001N214 G1X6.857Y18.8044N216 X6.441Y18.5028N218 G2X5.259Y17.7553R11.N220 X4.4624Y17.3609R11.0001N222 X2.279Y16.6498R11.N224 X-7.2146Y22.8038R8.N
26、226 G1X-8.8844Y30.6276N228 X6.7632Y33.9672N230 Z-3.F10.N232 X8.433Y26.1434F30.N234 G2X2.279Y16.6498R8.N236 X-.0045Y16.4075R11.N238 X-4.4839Y17.3553R11.N240 X-5.2352Y17.724R11.N242 X-6.5023Y18.5227R11.N244 G1X-6.9475Y18.8476N246 X-7.4639Y19.0401N248 G3X-16.9706Y16.9706R9.N250 X-19.0401Y7.464R9.0001N2
27、52 G1X-18.8443Y6.9384N254 X-18.5114Y6.487N256 G2X-17.6944Y5.2009R11.N258 X-17.338Y4.482R10.9999N260 X-16.3652Y-.0109R11.N262 G1Y-.0407N264 G2X-17.3246Y-4.5336R11.N266 X-17.6265Y-5.1552R11.N268 X-18.5518Y-6.6228R11.N270 G1X-18.9354Y-7.1364N272 X-19.1392Y-7.7441N274 G3X-16.9706Y-16.9706R9.N276 X-7.463
28、9Y-19.0401R9.0001N278 G1X-6.9475Y-18.8476N280 X-6.5023Y-18.5227N282 G2X-5.2352Y-17.724R10.9999N284 X-4.4839Y-17.3553R11.N286 X-.0045Y-16.4075R11.N288 X4.4624Y-17.3609R11.N290 X5.259Y-17.7553R11.N292 X6.441Y-18.5028R11.0001N294 G1X6.857Y-18.8044N296 X7.3356Y-18.9912N298 G3X16.9706Y-16.9706R9.0001N300
29、 X19.6066Y-10.6066R9.0001N302 X19.247Y-8.0879R9.N304 G1X19.0353Y-7.3617N306 X18.573Y-6.7629N308 G2X17.4837Y-5.044R11.N310 X17.2705Y-4.6025R11.N312 X16.28Y-.0407R11.N314 G1Y-.0109N316 G2X17.2842Y4.5509R11.N318 X17.5419Y5.0749R10.9999N320 X18.5425Y6.6418R11.N322 G1X18.9608Y7.1887N324 X19.1721Y7.844N32
30、6 G3X19.6066Y10.6066R9.N328 X16.9706Y16.9706R9.N330 X7.3356Y18.9912R9.0001N332 G1X6.857Y18.8044N334 X6.441Y18.5028N336 G2X5.259Y17.7553R11.N338 X4.4624Y17.3609R11.0001N340 X2.279Y16.6498R11.N342 X-7.2146Y22.8038R8.N344 G1X-8.8844Y30.6276N346 X6.7632Y33.9672N348 Z-4.F10.N350 X8.433Y26.1434F30.N352 G2
31、X2.279Y16.6498R8.N354 X-.0045Y16.4075R11.N356 X-4.4839Y17.3553R11.N358 X-5.2352Y17.724R11.N360 X-6.5023Y18.5227R11.N362 G1X-6.9475Y18.8476N364 X-7.4639Y19.0401N366 G3X-16.9706Y16.9706R9.N368 X-19.0401Y7.464R9.0001N370 G1X-18.8443Y6.9384N372 X-18.5114Y6.487N374 G2X-17.6944Y5.2009R11.N376 X-17.338Y4.4
32、82R10.9999N378 X-16.3652Y-.0109R11.N380 G1Y-.0407N382 G2X-17.3246Y-4.5336R11.N384 X-17.6265Y-5.1552R11.N386 X-18.5518Y-6.6228R11.N388 G1X-18.9354Y-7.1364N390 X-19.1392Y-7.7441N392 G3X-16.9706Y-16.9706R9.N394 X-7.4639Y-19.0401R9.0001N396 G1X-6.9475Y-18.8476N398 X-6.5023Y-18.5227N400 G2X-5.2352Y-17.72
33、4R10.9999N402 X-4.4839Y-17.3553R11.N404 X-.0045Y-16.4075R11.N406 X4.4624Y-17.3609R11.N408 X5.259Y-17.7553R11.N410 X6.441Y-18.5028R11.0001N412 G1X6.857Y-18.8044N414 X7.3356Y-18.9912N416 G3X16.9706Y-16.9706R9.0001N418 X19.6066Y-10.6066R9.0001N420 X19.247Y-8.0879R9.N422 G1X19.0353Y-7.3617N424 X18.573Y-
34、6.7629N426 G2X17.4837Y-5.044R11.N428 X17.2705Y-4.6025R11.N430 X16.28Y-.0407R11.N432 G1Y-.0109N434 G2X17.2842Y4.5509R11.N436 X17.5419Y5.0749R10.9999N438 X18.5425Y6.6418R11.N440 G1X18.9608Y7.1887N442 X19.1721Y7.844N444 G3X19.6066Y10.6066R9.N446 X16.9706Y16.9706R9.N448 X7.3356Y18.9912R9.0001N450 G1X6.8
35、57Y18.8044N452 X6.441Y18.5028N454 G2X5.259Y17.7553R11.N456 X4.4624Y17.3609R11.0001N458 X2.279Y16.6498R11.N460 X-7.2146Y22.8038R8.N462 G1X-8.8844Y30.6276N464 Z6.F20.N466 G0Z100.N468 M5N470 G91G28Z0.N472 G28X0.Y0.A0.N474 M30%2.6保存 （1）选择文件丨保存文件命令，将文件保存为SUNYULIANG参考文献1红江 庄文玮Mastercam X使用教程，人民邮电，2008版，第3
36、页 2文Msdtercama X3数控加工技术宝典，清华大学，2010版，第9页 3许承东Mastercam X数控加工应用 技术实用教程，清华大学，2007版，第5页 4于文强 振辉Mastercam X中文版 基础教程与上机指导，清华大学，2007版，第8页5老记 马英 机械制图，机械工业，2010版，第7页 致本课题在选题与研究过程中得到老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。她严肃的教学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向老师致以诚挚的意和崇高的敬意，并向那些帮助我的同学表示诚挚的意.30 / 30