第06章自动编程系统概述及MasterCAM9.0应用

1、教学时数：教学时数：8学时学时 教学目的与要求：要求学生掌教学目的与要求：要求学生掌mastercam 9.0 的编程方法。的编程方法。 教学重点：教学重点： mastercam 9.0 基本命令、线框模基本命令、线框模 型、曲线模型、实体模型、自动编程。型、曲线模型、实体模型、自动编程。 用用mastercam 9.0 软件直接在多媒体教室讲解。软件直接在多媒体教室讲解。 1pro/e（pro/engineer）是美国）是美国ptc公司公司 （parametric technology corporation，参，参 数技术公司）开发的大型数技术公司）开发的大型cad/cam/cae 集成软

2、件。集成软件。 2ug（unigraphics）软件起源于美国麦）软件起源于美国麦 道飞机公司，后于道飞机公司，后于1991年年11月并入世界上月并入世界上 最大的软件公司最大的软件公司eds公司。公司。 3solid edge是通用机械是通用机械cad/cae/cam 一体化软件，三维实体造型系统。一体化软件，三维实体造型系统。solid edge v5采用了采用了unigraphics solutions 的的 parasolid造型内核作为软件核心。造型内核作为软件核心。solid edge 将装配设计、零件造型、钣金设计将装配设计、零件造型、钣金设计 和图纸生成结合在一起，为用户提供了

3、从和图纸生成结合在一起，为用户提供了从 二维到三维的设计及加工等功能。二维到三维的设计及加工等功能。 4cimatron软件是以色列软件是以色列cimatron公司公司 的产品，最早被用来设计开发幼狮喷气式的产品，最早被用来设计开发幼狮喷气式 战斗机及潜艇等。该软件是一套全功能、战斗机及潜艇等。该软件是一套全功能、 高度集成的高度集成的cad/cae/cam系统，现已被系统，现已被 广泛地应用于机械、电子、交通运输、航广泛地应用于机械、电子、交通运输、航 空航天、科研等行业。空航天、科研等行业。cimatron软件的软件的 cam模块为加工制造业提供了从模块为加工制造业提供了从2轴到轴到5轴轴

4、 的可靠的的可靠的nc功能。功能。 5catia 的产品开发商的产品开发商dassault system （达索）（达索） 成立于成立于1981年。它的集成解决方年。它的集成解决方 案覆盖所有的产品设计与制造领域，已经案覆盖所有的产品设计与制造领域，已经 成为航空航天业的主流软件、汽车工业的成为航空航天业的主流软件、汽车工业的 事实标准。事实标准。 6mechanical desktop是是autodesk公司为公司为 机械设计专门设计的新系统。机械设计专门设计的新系统。mechanical desktop通过融合二维与三维的设计扩展通过融合二维与三维的设计扩展 了了autocad设计环境的能

5、力。这套设计环境的能力。这套 c a d / c a e / c a m 软 件 可 以 由软 件 可 以 由 mdt/inventor完成三维模型及其装配设计，完成三维模型及其装配设计， 利用利用msc/fea进行需要的分析，利用进行需要的分析，利用 hypermill系统进行相关零部件的数控编系统进行相关零部件的数控编 程，自动生成程，自动生成nc代码。代码。 7solidcam是专业多轴数控加工软件，是专业多轴数控加工软件， solidcam提供的加工方式有二轴半加工，提供的加工方式有二轴半加工， 三轴加工，三轴加工，3+2多面加工，旋转加工，驱多面加工，旋转加工，驱 动旋转加工和电线放

6、电加工。动旋转加工和电线放电加工。 solidcam 提供基于提供基于windows的数据加工系统并与的数据加工系统并与 solidworks完全集成。完全集成。 8powermill autocam是一基于知识是一基于知识 库的智能加工模块，它为简单快速刀具路库的智能加工模块，它为简单快速刀具路 径产生提供了最终解决方案。该程序的使径产生提供了最终解决方案。该程序的使 用十分简单，仅需简单输入需进行加工的用十分简单，仅需简单输入需进行加工的 cad模型，指定毛坯尺寸以及将使用的加模型，指定毛坯尺寸以及将使用的加 工机床工机床包括是使用传统加工还是进行包括是使用传统加工还是进行 高速加工。高速

7、加工。 9mastercam软件是美国软件是美国cnc software, inc.所研制开发的所研制开发的cad/cam系统，是最系统，是最 经济有效的全方位的软件系统。经济有效的全方位的软件系统。 获得 cad 模型 加工工艺分析和规划 参数设置 后处理 刀轨计算 检查校验 切削方式设置 加工对象设置 加工对象设置 刀具设置 刀具及机械参数设置 加工程序参数设置 cad 模型完善 mastercam软件是美国软件是美国cnc software, inc开发的开发的cad/cam系统，是最经济有系统，是最经济有 效率的全方位的软件系统。在国内外效率的全方位的软件系统。在国内外 cad/cam

8、领域，它是微机平台上装机量领域，它是微机平台上装机量 最多、应用最广泛的软件，成为最多、应用最广泛的软件，成为 cad/cam系统的行业标准。系统的行业标准。 mastercam系统是一套系统是一套cad/cam集集 成软件，它包含以下主要功能：成软件，它包含以下主要功能： (1)三维设计系统（三维设计系统（design） (2)铣削加工系统铣削加工系统 (mill) (3)车、铣复合加工系统车、铣复合加工系统(lathe) (4)线切割、激光加工系统线切割、激光加工系统 (wire) 其中，三维设计系统是其中，三维设计系统是cad功能模块，功能模块， 其它为其它为cam功能模块并包括三维设计

9、系统。功能模块并包括三维设计系统。 图图1-1是是.mastercam v9.0的的 mill模块的窗口界面。分五大部分：模块的窗口界面。分五大部分： 绘图区、主菜单区、辅助菜单区、工绘图区、主菜单区、辅助菜单区、工 具栏区、系统提示区，依具栏区、系统提示区，依windows程程 序风格，还有标题栏，帮助栏。序风格，还有标题栏，帮助栏。 标题栏 工具栏 主菜单 辅助菜单 鼠标右键菜单 坐标系 帮助栏 绘图区 系统提示区 删除已经构建好的图素。删除已经构建好的图素。 选取如图选取如图3-11主菜单上的主菜单上的“修整修整” 或按功能键，弹出修整菜单，或按功能键，弹出修整菜单， 选取如图选取如图3

10、-37主菜单上的主菜单上的“转换转换” 弹出如图弹出如图3-38转换菜单，转换菜单功能描转换菜单，转换菜单功能描 述如下表述如下表3-13所示。所示。 200 r82 r40 45 75 r6 24 r12 r12 图形标注是机械工程制图中不可缺少图形标注是机械工程制图中不可缺少 的。的。master cam作为作为cadcam 一体化软一体化软 件，同样也提供了标注的功能。本节将介件，同样也提供了标注的功能。本节将介 绍图形的标注，内容包括尺寸标注、注解绍图形的标注，内容包括尺寸标注、注解 文字和尺寸标注的编辑等。用户进行尺寸文字和尺寸标注的编辑等。用户进行尺寸 标注，可以采用系统的缺省设置

11、，也可以标注，可以采用系统的缺省设置，也可以 通过图通过图174所示的对话框对标注参数设置。所示的对话框对标注参数设置。 mastercam的作图环境有两种坐标的作图环境有两种坐标 系，即系统坐标系和工作坐标系。系统坐系，即系统坐标系和工作坐标系。系统坐 标系是标系是mastercam中固定不变的的坐标系，中固定不变的的坐标系， 满足右手法则，如图满足右手法则，如图4-1所示。工作坐标系所示。工作坐标系 （work coordinate system）是用户在设是用户在设 置构图平面时所建立的坐标系。置构图平面时所建立的坐标系。 在在mastercam中引入构图平面的概中引入构图平面的概 念是

12、为了将复杂的三维绘图简化为简单的念是为了将复杂的三维绘图简化为简单的 二维绘图。构图平面是用户当前要使用的二维绘图。构图平面是用户当前要使用的 绘图平面，与工作坐标系平行。设置好构绘图平面，与工作坐标系平行。设置好构 图平面后，则所绘制的图形都在构图平面图平面后，则所绘制的图形都在构图平面 上，如构图平面设置为俯视图，则所绘制上，如构图平面设置为俯视图，则所绘制 的图形就产生在平行于俯视图的构图面上。的图形就产生在平行于俯视图的构图面上。 工作深度是用户绘制出的图形所工作深度是用户绘制出的图形所 处的三维深度，是用户设置的工作坐标处的三维深度，是用户设置的工作坐标 系中的系中的z轴坐标。通过工

13、作深度的设置轴坐标。通过工作深度的设置 可使用户在二维图形中绘制出具备三维可使用户在二维图形中绘制出具备三维 z轴深度的图形。轴深度的图形。 三维线框模型是以物体的边界来定义三维线框模型是以物体的边界来定义 物体，物体， 其体现的是物体的轮廓特征或物体其体现的是物体的轮廓特征或物体 的横断面特征。三维线框模型不能直接用的横断面特征。三维线框模型不能直接用 于产生三维曲面刀具路径。于产生三维曲面刀具路径。mastercam的的 曲面造型通常需要事先绘制好三维线框模曲面造型通常需要事先绘制好三维线框模 型，然后在此模型的基础上构建出曲面。型，然后在此模型的基础上构建出曲面。 曲面是用数学方程式来定

14、义物体表面曲面是用数学方程式来定义物体表面 的形状表现，一个曲面包含有多个段面的形状表现，一个曲面包含有多个段面 （sections）或缀面（或缀面（patches），），它们熔接它们熔接 在一起而形成一个图素。使用曲面造型可在一起而形成一个图素。使用曲面造型可 以很好地表达和描述物体的形状，曲面造以很好地表达和描述物体的形状，曲面造 型已广泛地运用于汽车、轮船和飞机机身型已广泛地运用于汽车、轮船和飞机机身 以及各种模具和模型的设计和造型中。以及各种模具和模型的设计和造型中。 昆氏曲面是用四条边界曲线定义，由昆氏曲面是用四条边界曲线定义，由 许多缀面组合而形成的一张曲面。如图许多缀面组合而形成

15、的一张曲面。如图4- 42所示。所示。 昆氏曲面的构建有两种方法，即自动昆氏曲面的构建有两种方法，即自动 选取和手动选取。自动选取可能因为分歧选取和手动选取。自动选取可能因为分歧 点太多，以至于不能顺利地构建昆氏曲面，点太多，以至于不能顺利地构建昆氏曲面， 故在实际操作中一般选择手动选取的方法。故在实际操作中一般选择手动选取的方法。 曲面倒圆角可以把所选取的两组曲面曲面倒圆角可以把所选取的两组曲面 通过圆角进行过渡，其主要用于将两组相交通过圆角进行过渡，其主要用于将两组相交 曲面平滑过渡及把物体的端部倒圆角处理的曲面平滑过渡及把物体的端部倒圆角处理的 情况。曲面倒圆角有平面情况。曲面倒圆角有平

16、面/曲面倒圆角、曲曲面倒圆角、曲 线线/曲面倒圆角、曲面曲面倒圆角、曲面/曲面倒圆角三种方式，曲面倒圆角三种方式， 其中曲面其中曲面/曲面倒圆角是使用最多的一种。曲面倒圆角是使用最多的一种。 曲面曲线是指通过已有的曲面或曲面曲线是指通过已有的曲面或 平面来绘制曲线。一般都可以既生成曲平面来绘制曲线。一般都可以既生成曲 线又生成曲面曲线，而曲面曲线只用于线又生成曲面曲线，而曲面曲线只用于 曲面休整的情况。曲面休整的情况。 有以下几种方法构建曲面曲线：有以下几种方法构建曲面曲线： 掌握一个软件，先要弄清楚基本的概掌握一个软件，先要弄清楚基本的概 念，然后做适当的具有代表性的练习，从念，然后做适当的

17、具有代表性的练习，从 而达到熟练掌握的效果。在实际生活中，而达到熟练掌握的效果。在实际生活中， 大部分物体由多个曲面组成，因此在构建大部分物体由多个曲面组成，因此在构建 的时候要使用多种构建方法来进行复合造的时候要使用多种构建方法来进行复合造 型，形成复合曲面模型。型，形成复合曲面模型。 实体模型与线框模型、曲面模型一样实体模型与线框模型、曲面模型一样 也是描述三维物体的一种表达方式，它是也是描述三维物体的一种表达方式，它是 由 多 个 特 征 组 成 的 一 个 整 体 ， 在由 多 个 特 征 组 成 的 一 个 整 体 ， 在 mastercam中表示为一个图素，其不仅具中表示为一个图素

18、，其不仅具 有面积的特征，并且还具有体积的特征。有面积的特征，并且还具有体积的特征。 mastercam中三维实体建模的过程中三维实体建模的过程 和步骤如下。和步骤如下。 三维实体外形如同曲面造型中所需要三维实体外形如同曲面造型中所需要 的三维线框模型，在构建三维实体之前需的三维线框模型，在构建三维实体之前需 要事先构建。如需挤出图要事先构建。如需挤出图5-1a所示的实体，所示的实体， 则要事先构建图则要事先构建图5-1b所示的外形。所示的外形。 在在mastercam中通过挤出、旋转、中通过挤出、旋转、 扫掠、举升、基本实体来实现三维实体的扫掠、举升、基本实体来实现三维实体的 基本构建特征，

19、并在此基础上进行倒圆角、基本构建特征，并在此基础上进行倒圆角、 倒角、薄壳、布林运算、牵引、剪切等操倒角、薄壳、布林运算、牵引、剪切等操 作，最终构建出实体模型，如图作，最终构建出实体模型，如图5-2所示。所示。 在在mastercam 中通过实体管理员中通过实体管理员 （如图（如图5-3所示），可以方便地进行实所示），可以方便地进行实 体特征的管理，可以观察三维实体的构体特征的管理，可以观察三维实体的构 建记录，改变实体特征的次序，修改特建记录，改变实体特征的次序，修改特 征的参数和图形。征的参数和图形。 挤出是指把若干共面的串连曲线外形，挤出是指把若干共面的串连曲线外形， 沿着一个指定的方

20、向和距离拉伸而成。它沿着一个指定的方向和距离拉伸而成。它 既可进行实体材料的增加，也可进行实体既可进行实体材料的增加，也可进行实体 材料的切除。材料的切除。 用挤出的方法构建的是实心的实体，用挤出的方法构建的是实心的实体， 但它的实体外形必须是封闭的。但它的实体外形必须是封闭的。 旋转是指把二维平面曲线链绕着轴线旋转是指把二维平面曲线链绕着轴线 以指定的角度进行旋转的实体造型。即可以指定的角度进行旋转的实体造型。即可 通过旋转构建主体，也可产生凸缘或切割通过旋转构建主体，也可产生凸缘或切割 实体。该功能的构建过程基本同旋转曲面实体。该功能的构建过程基本同旋转曲面 的构建过程，只不过曲面是没有厚

21、度和质的构建过程，只不过曲面是没有厚度和质 量的，而实体有质量和体积。量的，而实体有质量和体积。 扫掠是指用封闭的平面曲线链（即断面扫掠是指用封闭的平面曲线链（即断面 轮廓外形）沿着一条曲线链（即路径曲线链）轮廓外形）沿着一条曲线链（即路径曲线链） 进行平移或旋转构建的实体，或在已知的目进行平移或旋转构建的实体，或在已知的目 标实体上产生凸缘或切割目标实体。标实体上产生凸缘或切割目标实体。 举升是指将多个封闭的端面轮廓外形举升是指将多个封闭的端面轮廓外形 通过直线或曲线过渡的方法构建实体。该通过直线或曲线过渡的方法构建实体。该 功能既可构建实体主体，也可产生凸缘或功能既可构建实体主体，也可产生

22、凸缘或 切割实体。切割实体。 倒圆角是指在实体的边缘通过圆弧曲倒圆角是指在实体的边缘通过圆弧曲 面进行过渡。它是一种边的顺接形式，在面进行过渡。它是一种边的顺接形式，在 要倒圆角的边上生成一个新的曲面，它正要倒圆角的边上生成一个新的曲面，它正 切于相邻面的边。切于相邻面的边。 布林运算又叫布尔运算，它通过结合、布林运算又叫布尔运算，它通过结合、 切割、交集的方法将多个实体合并为一个切割、交集的方法将多个实体合并为一个 实体。它是实体造型中的一种重要方法，实体。它是实体造型中的一种重要方法， 利用它可以迅速地构建出复杂而规则的形利用它可以迅速地构建出复杂而规则的形 体。在布林运算中选择的第一个实

23、体为目体。在布林运算中选择的第一个实体为目 标主体，其余的为工件主体，运算的结果标主体，其余的为工件主体，运算的结果 为一个主体。为一个主体。 实体管理员是一个有效地管理实体操作的工实体管理员是一个有效地管理实体操作的工 具。一个复杂实体的创建过程一定包含了多次的具。一个复杂实体的创建过程一定包含了多次的 实体构建及编辑。实体管理员对每一个实体的构实体构建及编辑。实体管理员对每一个实体的构 建过程都有详细的记录，而且是按构建顺序记录建过程都有详细的记录，而且是按构建顺序记录 的，记录中包含了实体构建时的相关参数。因此的，记录中包含了实体构建时的相关参数。因此 可以对以前任一次的操作进行修改（如

24、修改参数可以对以前任一次的操作进行修改（如修改参数 等），甚至还可以重排构建顺序，以便实体按新等），甚至还可以重排构建顺序，以便实体按新 的顺序自动重新创建。的顺序自动重新创建。 基本实体是系统内部定义好的由参数基本实体是系统内部定义好的由参数 进行尺寸驱动的实体，包括圆柱体、锥体、进行尺寸驱动的实体，包括圆柱体、锥体、 圆球体和圆环体。这些简单实体的参数已圆球体和圆环体。这些简单实体的参数已 被预先定义，用户可直接给这些参数赋以被预先定义，用户可直接给这些参数赋以 数值，生成实体。数值，生成实体。 牵引面其实就是将实体上的某个面旋牵引面其实就是将实体上的某个面旋 转一定的角度，其它和该面共交

25、线的面也转一定的角度，其它和该面共交线的面也 会跟着发生变化，保持与该面的连接关系。会跟着发生变化，保持与该面的连接关系。 这种使某个面（某些面）倾斜一定角度的这种使某个面（某些面）倾斜一定角度的 操作在设计模具的拔模斜度时常常用到。操作在设计模具的拔模斜度时常常用到。 修剪实体是指利用平面、曲面、实体修剪实体是指利用平面、曲面、实体 薄片切割实体的操作。薄片切割实体的操作。 将曲面转为薄壁片实体。将曲面转为薄壁片实体。 将薄片实体增加厚度。将薄片实体增加厚度。 本节以制作饮水机实体为例讲解实体本节以制作饮水机实体为例讲解实体 建模的过程和方法。建模的过程和方法。 文件管理用于所有文件管理用于

26、所有mastercam文件中文件中 几何图形的存取、几何图形的存取、nc程序的传输（将程序的传输（将nc 程序传至程序传至cnc数控机床系统中）、几何图数控机床系统中）、几何图 形的转换、几何图形的打印、形的转换、几何图形的打印、nc程序及程序及 nci文件的编辑等功能。文件的编辑等功能。 分析功能可以查看图素的数据，有时分析功能可以查看图素的数据，有时 也可以编辑图素的数据。当查看图素的数也可以编辑图素的数据。当查看图素的数 据时，系统会在提示区显示四行数据，第据时，系统会在提示区显示四行数据，第 一、二行显示图素形式和其它相关属性信一、二行显示图素形式和其它相关属性信 息，第三、四行显示几

27、何图形信息。息，第三、四行显示几何图形信息。 该分析功能依赖于现有的构图面，计该分析功能依赖于现有的构图面，计 算两种形式的数值。在三维坐标系下，显算两种形式的数值。在三维坐标系下，显 示示xyz的数值为世界坐标系下的计算结果；的数值为世界坐标系下的计算结果； 在二维构图面下，系统根据当前的构图面在二维构图面下，系统根据当前的构图面 计算图素坐标。即在某个构图面下作图，计算图素坐标。即在某个构图面下作图， 分析该图素数据时，应设置为该构图面。分析该图素数据时，应设置为该构图面。 荧幕设置主要是设置屏幕上图形的显荧幕设置主要是设置屏幕上图形的显 示状态、工作状态等。在主功能表中选取示状态、工作状

28、态等。在主功能表中选取 “s屏幕屏幕”，显示屏幕菜单，点击，显示屏幕菜单，点击“n下一下一 页页”显示第二页菜单，如图显示第二页菜单，如图6-32所示。所示。 下面对各个项目逐一介绍。下面对各个项目逐一介绍。 在在mastercam中，用户可以直接从系中，用户可以直接从系 统的刀具库中选择要使用的刀具，也可以统的刀具库中选择要使用的刀具，也可以 选用刀具库中刀具外形设置不同的参数来选用刀具库中刀具外形设置不同的参数来 定义刀具，还可以自己定义刀具的外形加定义刀具，还可以自己定义刀具的外形加 入刀具库中。下面将对刀具的管理进行简入刀具库中。下面将对刀具的管理进行简 单的介绍。单的介绍。 mast

29、ercam产生刀具路径时需要输产生刀具路径时需要输 入各种刀具工艺参数。参数分为共入各种刀具工艺参数。参数分为共 同参同参 数和模组专用参数两大类。刀具参数表数和模组专用参数两大类。刀具参数表 (如图如图7-4)是每个刀具路径都要输入的参是每个刀具路径都要输入的参 数，属于共同参数，表中大部分参数可数，属于共同参数，表中大部分参数可 以通过选择或新建刀具来更改，也可以以通过选择或新建刀具来更改，也可以 在表中直接输入更改。在表中直接输入更改。 在在mastercam中，用户可以直接从系中，用户可以直接从系 统的材料库中选择要使用的材料，也可以统的材料库中选择要使用的材料，也可以 设置不同的参数

30、来定义材料，下面将对材设置不同的参数来定义材料，下面将对材 料的管理进行简单必要的介绍。料的管理进行简单必要的介绍。 机械加工中的工件也是不可缺少的，机械加工中的工件也是不可缺少的， 工作设定就是用来设置当前的工作参数，工作设定就是用来设置当前的工作参数， 包括毛坯的大小、原点和材料等设置，包括毛坯的大小、原点和材料等设置， nci设置和刀具偏置设置等。设置和刀具偏置设置等。 此功能用于重新显示已经产生的刀具此功能用于重新显示已经产生的刀具 路径，以确认其正确性，同时系统还会计路径，以确认其正确性，同时系统还会计 算出理论上的工件加工时间。算出理论上的工件加工时间。 挖槽加工或者称为口袋加工，主要用挖槽加工或者称为口袋加工，主要用 来切除一个封闭外形所包围的材料或切削来切除一个封闭外形所包围的材料或切削 一个槽，其特点是移除封闭区域里的材料，一个槽，其特点是移除封闭区域里的材料， 其定义方式由外轮廓与岛屿所组成。挖槽其定义方式由外轮廓与岛屿所组成。挖槽 加工与外形铣削最大的区别是，挖槽加工加工与外形铣削最大的区别是，挖槽加工 是大量地去除一个封闭轮廓内的材料，另是大量地去除一个封闭轮廓内的材