MasterCAM课程设计

1 MasterCAM 在三维数控加工功能中的应用 摘要摘要 MasterCAM 集 CAD 与 CAM 于一体 是一套完整的 CAD CAM 系统 是我国目前机械加工行业使用最普遍的一种软件 它可用 于数控车床 数控铣床 数控镗床 加工中心 数控线切割机床 等 而且能适应于多种数控装置的机床 该软件使用方便 容易 掌握 被广泛用于机械制造业和模具行业中的零件二维绘图三维 设计 数控自动编程与加工 2 目录目录 1 引言 3 2 CAD CAM 技术的历程 3 3 MasterCAM 软件的功能及运用 6 4 利用 MasterCAM 软件进行加工仿真的基本步骤 7 5 实体零件的加工仿真 8 6 结论 12 7 参考文献 12 3 一 引言 随着现代机械工业的发展 计算机辅助设计 CAD 和计算机辅助制 造 CAM 已显示出巨大的潜力 并广泛应用于产品设计和机械制造中 使用 CAD CAM 系统产生的 NC 程序代码可以替代传统的手工编程 运用 CAD CAM 进行零件的设计和加工制造 可使企业提高设计质量 缩短 生产周期 降低产品成本 从而取得良好的经济效益 MasterCAM 软件是美国的 CNC Software 公司开发的基于 PC 平台 的 CAD CAM 系统 由于它对硬件要求不高 并且操作灵活 易学易用 并具有良好的价格性能比 因而深受广大企业用户和工程技术人员的 欢迎 广泛应用于机械加工 模具制造 汽车工业和航天工业等领域 它具有二维几何图形设计 三维曲面设计 刀具路径模拟 加工实体 模拟等功能 并提供友好的人机交互 从而实现了从产品的几何设计 到加工制造的 CAD CAM 一体化 是目前世界上应用最广泛的 CAD CAM 软件之一 二 CAD CAM 技术的历程 20 世纪 50 年代 美国麻省理工学院 MIT 首次研制成功了数控 机床 通过数控程序对零件进行加工 后来 MIT 又研究成功了名为 旋风 的计算机 该计算机采用阴极射线管 CRT 作为图形终端 加之后来研制成功的光笔 为交互式计算机图形学奠定了基础 也为 CAD CAM 技术的出现和发展铺平了道路 MIT 用计算机制作数控纸带 实现 NC 编程的自动化 标志着 CAM 的开始 在计算机图形终端上直接 描述零件 标志着 CAD 的开始 整个 20 世纪 50 年代 CAD CAM 技术 都处在酝酿 准备的发展初期 4 1962 年 美国学者 I E Sutherland 发表了 人机对话图形通信 系统 的论文 首次提出了计算机图形学 交互式技术等理论和概念 并研制出 SKETCHPAD 系统 第一次实现了人机交互的设计方法 使用 户可以在屏幕上进行图形的设计与修改 从而为交互式计算机图形学 理论及 CAD 技术奠定了基础 此后 随着交互式计算机图形显示技术 和 CAD CAM 技术迅速发展 美国许多大公司都认识到了这一技术的先 进性和重要性 看到了它的应用前景 纷纷投以巨资 研制和开发了 一些早期的 CAD 系统 例如 IBM 公司开发出具有绘图 数控编程和 强度分析等功能的基于大型计算机的 SLT MST 系统 1964 年美国通用 汽车公司研制了用于汽车设计的 DAC 1 系统 1965 年美国洛克希德飞 机公司推出了 CADAM 系统 贝尔电话公司也推出了 GRAPHIC 1 系统等 在制造领域 1962 年在数控技术的基础上研制成功了世界上第一台机 器人 实现了物料搬运自动化 1966 年又出现了用大型通用计算机直 接控制多台数控机床的 DNC 系统 初步形成了 CAD CAM 产业 20 世纪 70 年代 交互式计算机图形学及计算机绘图技术日趋成 熟 并得到了广泛的应用 随着计算机硬件的发展 以小型机 超小 型机为主机的通用 CAD 系统 以及针对某些特定问题的专用 CAD 系统 开始进入市场 这些大多数是以 16 位的小型机为主机 配置图形输入 输出设备 如绘图机等其它外部设备 与相应的应用软件进行配套 形成了所谓的交钥匙系统 Turnkey System 在此期间 三维几何造 型软件也发展起来了 出现了一些面向中小企业的 CAD CAM 商品化软 件系统 在制造方面 美国辛辛那提公司研制出了一条柔性制造系统 FMS 将 CAD CAM 技术推向了一个新阶段 由于计算机硬件的限制 软件只是二维绘图系统及三维线框系统 所能解决的问题也只是一些 5 比较简单的产品设计制造问题 20 世纪 80 年代 CAD CAM 技术及应用系统得到了迅速的发展 促 进这一发展的因素很多 主要是计算机硬件的性能大幅度提高 32 位 字长的工作站及微机的性能已达到甚至超过了过去的小型机及中型机 计算机外围设备 如彩色高分辨率的图形显示器 大型数字化仪 大 型自动绘图机 彩色打印机等 不但性能大幅提高 而且品种繁多 已经形成了系列化产品 计算机网络技术得到广泛应用 为将 CAD CAM 技术推向更高水平提供了必要的条件 此外 企业界已广泛 认识到 CAD CAM 技术对企业的生产和发展具有的巨大促进作用 在 CAD CAM 软件功能方面也对销售商提出了更高的要求 需要将数据库 有限元分析优化及网络技术应用于 CAD CAM 系统中 使 CAD CAM 不仅 能够绘制工程图 而且能够进行三维造型 自由曲面设计 有限元分 析 机构及机器人分析与仿真 注塑模设计制造等各种工程应用 与 此同时 还出现和发展了与产品设计制造过程相关的计算机辅助技术 如计算机辅助工艺过程设计 CAPP 计算机辅助质量控制 CAQ 等 到了 20 世纪 80 年代后期 在各种计算机辅助技术的基础上 人们为 了解决 信息孤岛 问题 开始强调信息集成 出现了计算机集成制 造系统 CIMS 将 CAD CAM 技术推向了一个更高的层次 20 世纪 90 年代 CAD CAM 技术已走出了它的初级阶段 进一步向 标准化 集成化 智能化及自动化方向发展 为了实现系统集成 更 加强调信息集成和资源共享 强调产品生产与组织管理的自动化 从 而出现了数据标准和数据交换问题 出现了产品数据管理 PDM 软件 系统 在这个时期 国外许多 CAD CAM 软件系统更趋于成熟 商品化 程度大幅度提高 如美国洛克希德飞机公司研制的 CADAM 系统 法国 6 Dassault Systems 公司研制开发的 CATIA 系统 法国 Matra Datavision 公司开发的 EUCLID 系统 美国 SDRC 公司开发的 I DEAS 系统 美国 PTC 公司推出的 Pro Engineer 系统及美国 UNIGRAPHICS 公 司研制的 UG 系统等 这些系统大都运行在 IBM DEC VAX Apollo SUN SGI 等大中型机及工作站上 随着微 机硬件性能的提高 出现了一批微机 CAD CAM 系统 如 Autocad 系统 Cimreon90 系统 Solidedge 系统 Solidwork 系统及 Mastercam 系统 等 进入 21 世纪 CAD CAM 技术已经注重其在工程中的工具性 把系 统集成的焦点集中在新的设计与制造理念上 如基于知识工程的 CAD CAM 技术 面向制造与装配的 CAD CAM 技术等 使得 CAD CAM 技 术更贴近工程实际和工程技术人员 同时 CAD CAM 技术一方面与 CAE CAPP 更紧密的集成 一方面向逆向工程 快速成型等技术延伸 使得 CAD CAM 技术在机械行业中的地位日趋巩固 三 MasterCAM 软件的功能及运用 MasterCAM 是一种功能强大 CAD CAM 软件 由 CAD 和 CAM 两大部分组成 并分成 Design 造型 Mill 铣削加工 Lathe 车削加工 和 Wire 线切割 4 个功能模块 集设计与制造于一体 通过对所设计 的零件进行加工工艺分析 并绘制几何图形及建模 以合理的加工步 骤得到刀具路径 通过程序的后处理生成数控加工指令代码 输人到 数控机床既可完成加工 7 四 利用 MasterCAM 软件进行加工仿真的基本步骤 1 零件的二维或三维建模 按照图纸要求建立零件的模型是实现自动编程及数控加工的前提 mastercam 的二维 三维建模功能非常强大 几乎所有零件模型都能绘 制出来 除此之外 mastercam 还通过系统提供的 DFX IGES CADL VDA STL DWG 等标准图形转换接口 把其他 CAD 软件生成的图形转化为本系统的图形文件实现建模 以及通过系统提供 的 ASCII 图形转换接口把经过三坐标测量仪或扫描仪测得的实物数据 转化成本系统的图形文件 2 零件的数控加工工艺分析 零件的数控加工工艺分析是编制数控程序中最重要而又极其复杂 的环节 在数控加工中 从零件的设计图纸到零件成品合格交付 不仅要 考虑到数控程序的编制 还要考虑到诸如零件加工工艺路线的安排 加 工机床的选择 切削刀具的选择 零件加工中的定位装夹等一系列因 素的影响 在开始编程前 必须要对零件设计图纸和技术要求进行详细 的数控加工工艺分析 以最终确定哪些是零件的技术关键 哪些是数控 加工的难点 以及数控程序编制的难易程度 3 零件的刀具轨迹设定 刀具轨迹反映的是工艺参数文件 NCI mastercam 中的刀具轨迹实 际上是用于数控机床加工中 刀具相对与工件的运动路径与切削速度 进给量 背吃刀量的组合 刀具轨迹的选择直接影响到零件的加工质 量和效率 对于那些精度及形位公差要求较高 表面粗糙度较低的零 件应留有余量安排精加工 8 4 路径模拟 切削验证 干涉检查 Mastercam 系统可以通过 Backplot 和 Verify 进行刀具路径模拟 与实体切削验证来检验刀具轨迹的加工精度 对于需要满足特殊工艺 需要的 mastercam 系统还提供了对已生成刀具轨迹的编辑功能 以及利 用干涉检查以图形的方式检验加工代码的正确性 五 实体零件的加工仿真 1 1 二二维维图形图形的的绘制绘制 这里主要用到一些简单的操作 例如直线 修剪 镜像 平行偏 移等命令 9 2 2 毛坯的设置毛坯的设置 x y 轴方向的尺寸可以设置 也可以用自动寻找边界盒 z 轴 方向厚度设置 31 最终尺寸 75 75 31 3 3 刀具的选择及参数的设置刀具的选择及参数的设置 端面和外形用平底铣刀 凹槽用槽刀 孔类用钻头加工即可 10 4 4 加加工工群群组组设置设置 5 5 刀具路径刀具路径 1 平面铣削 去除表面少量材料 以保证表面精度 2 外形铣 铣出中间凸台 11 3 挖槽 中间大的凹槽 4 挖槽 大圆形凹槽 5 挖槽 深孔通槽 12 6 仿真加工三维图 6 结论 采用 MasterCAM 软件能方便的建立零件的几何模型 迅速自动生 成 数控 代码 缩短编程人员的编程时间 特别对复杂零件的 数控 程序编制 可大大提高程序的正确性和安全性 降低生产成本 提高 工作效率 7 参考文献 1 姬振营 舒志兵