mastercam在铣削中的应用1.doc

修改意见：1、论文没有采用学校的模板2、论文中采用的图形能够体现软件的优点，但是论文内容不够，没有叶轮的三维绘图过程。mastercam的发展史1984年美国CNC Software Inc.公司推出第一代Mastercam产品，这一软件就以其强大的加工功能闻名于世。多年来该软件在功能上不断更新与完善，已被工业界及学校广泛采用。2008年，CIMdata公司对CAM软件行业的分析排名表明：Mastercam销量再次排名世界第一，是CAD/CAM软件行业持续11年销量第一软件巨头。Mastercam后续发行的版本对三轴和多轴功能做了大幅度的提升，包括三轴曲面加工和多轴刀具路径。2010年11月，推出Mastercam X5版本。-Mastercam系统软件简介 Mastercam是美国CNC Software Inc.公司开发的基于PC平台的CAD/CAM软件。它集二维绘图、三维实体造型、曲面设计、体素拼合、数控编程、刀具路径摸拟及真实感摸拟等到功能于一身。它具有方便直观的几何造型 Mastercam提供了设计零件外形所需的理想环境，其强大稳定的造型功能可设计出复杂的曲线、曲面零件。 Mastercam9.0以上版本还有支持中文环境，而且价位适中，对广大的中小企业来说是理想的选择，是经济有效的全方位的软件系统，是工业界及学校广泛采用的CAD/CAM系统 Mastercam不但具有强大稳定的造型功能，可设计出复杂的曲线、曲面零件，而且具有强大的曲面粗加工及灵活的曲面精加工功能。其可靠刀具路径效验功能使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，还能检查出刀具和夹具与被加工零件的干涉、碰撞情况，真实反映加工过程中的实际情况，不愧为一优秀的CAD/CAM软件。同时Mastercam对系统运行环境要求较低，使用户无论是在造型设计、CNC铣床、CNC车床或CNC线切割等加工操作中，都能获得最佳效果 Mastercam软件已被广泛的应用于通用机械、航空、船舶、军工等行业的设计与NC加工，从80年代末起，我国就引进了这一款著名的CAD/CAM软件，为我国的制造业迅速崛起作出了巨大贡献。编辑本段主要功能和特色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。 Mastercam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，比如常用的FANUC系统，根据机床的实际结构，编制专门的后置处理文件，编译NCI文件经后置处理后便可生成加工程序。编辑本段操作特点使用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。编辑本段曲面建模曲面种类使用曲面造型可以很好地表达和描述物体的形状，曲面造型已广泛地运用与汽车、轮船、飞机机身和各种模具的设计和制造中。曲面分三大类： 几何图形曲面：牵引曲面、旋转曲面 自由型式曲面：昆氏曲面、直纹曲面、举升曲面、扫描曲面 编辑过的曲面：补正曲面、修整延伸曲面、曲面倒圆角、曲面熔接 曲面造型方式1、举升曲面（loft）和直纹曲面（ruled） 这两种曲面构建工程都是由截断面外形的顺接来产生一个曲面（surface）。举升是用抛物线来顺接，直纹则是用直线段来顺接曲面的。 2、旋转曲面（revolved） 旋转曲面是由某一轮廓线绕某一轴线旋转而形成的曲面。 其线架结构仅由一段轮廓线和一旋转轴线组成。 曲面构建时，先要选定轮廓线，再选定旋转轴，然后还需指定旋转曲面形成的起始角度和终止角度。 3、扫描曲面（swept） 扫描曲面是将物体的断面外形沿着一个或两个轨迹曲线移动，或是把两个断面外形沿着一个轨迹曲线移动而得到的曲面。 4、昆氏曲面（coons） 是用定义一个个较小的缀面（patches）来产生的。 曲面构建时要先定义沿着主切削方向（纵向Along）各缀面系列边廓，再定义沿着横断面间歇进刀方向（Across）各缀面边廓，由此来确定缀面方向和缀面数量。MasterCAM的曲面多轴加工在三轴数控机床加工中，规则斜面和曲面可以通过插补的方法来加工，但精度和效率不高，对于一些特殊的曲面，通常需要多轴联动加工。多轴加工相对于三轴加工有许多优势，比如扩大了加工范围，提高了加工精度和效率等。目前多轴曲面加工一般都是借助各种CAM软件进行编程，MasterCAM 就是其中之一，它提供的曲线(MultiaxisCurve5ax)、钻孔(MultiaxisDrill5ax)、拔摸角面(MultiaxisSwarf5ax)、曲面流线(Multi-axisMsurf5ax)、多重曲面(Multiaxis Flow5ax)和旋转四轴(MultiaxisRotary4ax)等多轴加工方法，如图1所示。尤其是在多重曲面加工方面，MasterCAM达到了实用化的阶段：Mas-terCAM能够把CAD造型和CAM数控编程集成于一个系统环境中，完成零件的造型、刀具路径的生成、加工模拟仿真、数控程序生成以及与数控机床进行通讯，完成数据传输，最终完成零件的加工。 一、问题的提出叶轮在目前很多行业中得到了广泛的应用，如图2所示。由于叶轮属于动力元件，其成型技术往往影响到所设计产品的性能。加之所有叶片都比较薄，加工时易变形，导致最终叶片截面形状与原设计有较大误差。叶轮的曲面特点如采用普通的三轴数控加工方法，非常困难，不仅装夹次数多，而且在加工叶片底部时会在顶部存在干涉现象，因此往往要求多轴数控机床进行加工才能完成。而采用MasterCAM造型，并用曲面多轴加工方法生成走刀路径，则刀具轴线方向可以根据曲面特点自由控制，因此刀具的实际加工角度和切削条件得到改善(图3)，一次装卡就可以把叶片以及叶根同时加工出来，同时能保证加工后叶片的变形小，叶片表面的光洁度高，从而提高了叶轮的加工质量和效率。二、零件造型和零件加工工艺分析根据图2所示，分析零件的结构和特点，确定CAD造型方法，在MasterCAM 绘图区依据零件图生成零件模型：该零件为回转零件，采用旋转功能构建基体，绘制第一曲线和第二曲线，如图4所示，并生成扫描曲面构建叶片，周边叶片结构相同，采用旋转复制功能生成其余叶片。叶片槽中包含叶片的左右两面、倾斜曲线和底面，如图5所示。从叶轮的结构分析，其叶身型面部分为复杂的空间曲面，各部分的曲率和扭转变化都较大，且为动力等装置的重要部件，所以在制造过程中要保证叶轮的质量性能。型面的加工质量直接影响其工作性能，还可能影响整机性能。叶片的材料要求有很高的质量强度比，加工中难切削，切削抗力大，引起的变形也大。由于其截面形状，在叶盆和叶背方向上抵抗变形的能力也不同，进排边缘处又较薄，加工中的形变很复杂，对数控加工提出了很高的要求。叶轮的制造工艺过程大致为：确定叶轮的基本参数制作零件毛坯毛坯探伤检验CAM建模并生成程序叶轮加工检验。叶轮CAM系统数控编程流程如图6所示。三、叶轮加工实例如图7所示，该叶轮的基本参数为：叶轮直径为425.45mm，孔径为110mm，高度为106mm，叶片均匀分布12处，五轴联动铣削叶片曲面理想的加工方案如下。(1)去除余料，刀具沿轴线螺旋走刀，去除余料。(2)铣削叶片，刀具沿轴线螺旋走刀，从一端走到另一端。(3)去除残角，精铣底面和叶片，保证精度和表面光洁度。(4)铣削叶根的过渡面时，确保叶片两端的凸台不受损伤。在CAM菜单中点击“ToolPaths”“Job Setup”，设置叶轮毛坯，选择“ToolPaths”“Multiaxis”“Flow5ax”，系统显示如图8所示对话框。在“Output Format”(输出模式)选项中选择“5Aaxis”(五轴)，“Cut Pattern”(切削模式) 选项中选择“Surfaces”(曲面)，“Tool Axis Control”(刀具轴线控制方式) 选项中选择“Pattern Surfaces”(模式曲面)，“Cut Surfaces”(被切削曲面)选项中选择“Comp to Surfaces”(补偿曲面)。以上设置表示，生成刀具的路径为五轴加工刀具路径，用所选择的曲面定义刀具路径所在区域，刀具轴线与切削模式中选择的曲面法线重合，系统将刀具位置投影到所选择的被切削曲面上，并对刀具矢量进行补偿以防止过切。对于叶片铣削，可采用近似于螺旋的走刀路径。刀具相对于叶片绕轴线做旋转运动，同时沿轴线作直线运动，如图9所示。路径仿真如图10所示。 采用这种走刀路径，叶片的变形小，质量可靠，且叶背和叶盆刀痕匀布，余量均匀，减少了后续打磨和抛光等工序的工作量，可明显地提高叶片的生产效率。四、加工程序后置处理操作者点击“Operations manager”，系统弹出图11所示界面，选择“Post”选项，弹出如图12所示对话框，点击“OK”，生成加工程序，如图13所示。