Mastercam9.1第8章骰子的设计与加工

第8章骰子的设计与加工教学目的：

本章主要介绍挤出实体、基本实体、布尔运算、实体倒圆角、实体管理员、实体尺寸标注等绘图知识，介绍实体的挖槽粗加工、平行铣削精加工、2D外形精加工、面铣粗加工等加工知识。教学重点：

基本实体绘制、实体加工教学难点：

布尔运算、实体的挖槽粗加工、平行铣削精加工教学内容：8.1骰子的实体模型

骰子的基体零件图如图8-1所示。骰子的点数图只需画出位置点，采用钻孔加工，我们省略该部分，不在此作介绍。

图8-1

8.2绘图思路绘制矩形28×28挤出立方体实体基本实体球体SR19.5布尔运算：交集合倒圆角R0.5标注尺寸

图8-2绘图思路8.3绘制骰子实体8.3.1挤出实体——绘制骰子的立方体1.绘制矩形28×28如图8-3。2.挤出立方体实体挤出实体是由一个或多个2D平面串联，按指定的方向与距离，挤出建立成一个或多个实体。该实体既可以是独立的，也可以去切割或增加原有实体。将当前图层设为2，命名为“实体”，设置图形视角为等角视图。

单击主菜单→实体→挤出→串联命令，过程如图8-4所示，点选矩形的任意一边，整个矩形改变颜色，沿串联方向出现一个箭头。单击执行命令，在串联上出现一个向上或向下的箭头，如图8-5所示。图8-5图8-38.3.1挤出实体——绘制骰子的立方体注意：该方向与串联方向符合右手定则，若方向向上，可通过单击

“全部换向”命令，改为向下，见图8-4。（4）单击

执行

命令，出现图8-6所示的对话框，选择参数如图所示。，

建立第一个基本实体。

选项，输入距离28，其余选默认值，单击

确认

按钮，产生了实体。（5）按

Alt+S键，实体渲染着色，出现如图8-7所示的28×28×28的立方体，具有很真实的三维效果，在三维空间建立了一个连续的单一图素。选择

图8-6图8-78.3.2基本实体——绘制球体

（1）单击

主菜单

→实体

→下一页→基本实体→圆球命令，出现图8-9所示的图形。（2）单击

半径命令，在系统提示区出现提示：圆球半径=，输入19.5

，回车确认后，球体改变了大小，半径改变为19.5。这就是实体的参数化设计，可以很方便的对图形进行修改与编辑，加快了画图速度。（3）单击基准点命令，在系统提示区出现提示：请输入坐标值：，输入圆心坐标点0，0，-14，回车确认后，球体中心从（0，0，0）移动到了新的位置，出现如图8-10所示的图形。基本实体的绘制不需要再绘制线框，只需指定参数，加快了画图速度。球体移动了位置

图8-9图8-108.3.3布尔运算分析图8-10的图形，我们发现图中立方体与球体是两个独立的实体，他们的共同部分即交集，与图8-1的图形很接近。通过布尔运算的交集运算，就可以求出交集。单击

主菜单

→实体

→布尔运算→交集命令，过程如图8-11所示。

图8-11在系统提示区出现提示：请选取要布儿运算的目标实体，点选球体。在系统提示区出现提示：请选取要布儿运算的工件实体，点选立方体。单击执行命令，出现如图8-12所示的图形，就象是球体被立方体的六个面切割而成。8.3.4实体倒圆角骰子的各个面之间要圆滑过渡，不同面之间的边界采用倒圆角的方法连接起来。单击

主菜单

→实体

→倒圆角命令，过程如图8-13所示。在系统提示区出现提示：请选取要倒圆角的图素。，移动鼠标，在实体上出现图标，表示选取的是实体的主体，单击鼠标左键，实体的所有边界线改变颜色。（2）单击执行命令，出现如图8-14所示对话框。

（3）输入半径

0.5

，点选

确定

按钮，出现如图8-15所示图形，一次将所有的边倒圆角，完成了骰子的外形的绘制。各个面上的点采用钻孔的方法加工，加工后的效果图我们不作介绍。图8-14图8-12图8-13

8.3.5实体管理员

Mastercam实体造型设计具有参数化设计的功能，使三维造型变得更加灵活简单，效率更高，修改更方便。通过实体管理员对话框，可以实现对实体的参数与图形进行修改与编辑。单击主菜单→实体→实体管理命令，过程如图8-16所示。弹出如图8-17所示的实体管理员对话框。（3）试一试，将倒圆角半径改为R1。

图8-16图8-178.3.6尺寸标注

该图较简单，可以直接在实体图上标注尺寸。将图层设为3，命名为“尺寸标注”，颜色设为9（蓝色），线型设为细实线。设置不同的构图平面，设置构图深度，可将有关尺寸标注出来。1.标注长、宽、高尺寸设置构图平面为俯视图T，构图深度Z：0。（1）单击主菜单→绘图→尺寸标注→标示尺寸→水平标示→端点命令，捕捉实体左右平面上的两点，标注好长度尺寸。（2）单击返回→垂直标示→端点命令，分别点选实体前后平面上的两点，可标注好宽度寸。（3）设置构图平面为前视图F，分别点选实体上下平面的两点，可标注好高度尺寸，如图8-22所示。2.标注圆角半径用指引线的方法注解标注圆角半径。（1）设置视角平面为等角视图（I），构图平面为前视图（F），构图深度Z：12。（2）单击主菜单→绘图→尺寸标注→引导线命令，点选右下角圆角处，拉动鼠标到某一位置，再单击左键，可任意设定指引线，按Esc键退出。（3）单击主菜单→绘图→尺寸标注→注解文字命令，输入R19.5,按确定按钮，可标注好圆角半径，如图8-22所示。8.3.6尺寸标注设置构图平面为俯视图（T），构图深度Z：0，同样办法可标注好圆角半径R0.5，如图8-22所示。分析标注的尺寸，说明所绘制的实体模型与零件图相符合。

图8-223.存档

单击

主菜单

→档案

→存档

命令，以

“骰子基体.MC9”存档。

8.4骰子的加工8.4.1加工前的设置将当前图层设为

2，将图层1、3关闭，设定构图平面为俯视图T，刀具平面为“关”，即默认为俯视图T，其余设置为默认值。8.4.2．加工工艺毛坯尺寸为30×30×40的铝型材,本例采用数控机床加工，机床的最高转速为8000转/分，采用平口虎钳装夹。1.设定毛坯的尺寸（1）单击回主菜单→刀具路径→工作设定命令，出现设定毛坯对话框。（2）输入毛坯长、宽、高尺寸：X30

，Y30

，Z40

。（3）输入工件原点：X0

，Y0

，Z1

（4）其余为默认选项。（5）点选确定按钮，设定好毛坯尺寸。2.加工工艺采用两次装夹的方法加工。第一次装夹先加工出上部倒圆角部分及整个垂直面部分，反过来装夹，再加工装夹位及另一半倒圆角部分，完成骰子基体的加工。因为实体是Mastercam8.0以后的版本新增加的功能，在Mastercam9.1的版本中，实体与曲面可以相互转换。在刀具路径的编制中，将实体的刀具路径归附在曲面的刀具路径中介绍，而有关曲面的知识将在以后的章节中介绍。一般来说，零件的数控加工，先采用粗加工的办法，快速去除多余毛坯，只留下小的精加工余量，再采用精加工的方法，将零件加工到位。而大多数有曲面特征的简单零件，可采用曲面挖槽的方法来进行粗加工，再采用平行铣削、等高外形铣削等方法精加工。骰子在数控机床上的加工工艺为：骰子加工工艺流程图曲面挖槽粗加工，Ø12平刀外形铣削精加工，Ø12平刀平行铣削精加工，Ø6R3球刀反向装夹，面铣粗加工上一步的装夹位重复执行第一步，第三步，进行挖槽及平行铣削，完成加工。

图9-23骰子加工工艺流程图8.4.3曲面（实体）挖槽粗加工（开粗）

曲面（实体）的粗加工，俗称开粗，因为曲面的存在，显然不能用前面介绍的2D的方法来加工。在大多数情况下，可采用曲面（实体）挖槽刀具路径的方法进行加工。该刀路分层清除曲面与加工范围之间的所有材料，每层之间的步距较小，加工完毕的工件表面呈梯田状，其刀路的计算时间短，刀具切削负荷均匀，与其他开粗刀路相比，加工效率高，常作为开粗的首选方案。1.设定切削加工的范围将当前图层设为4，命名为“挖槽的范围”。在编制实体的挖槽刀具路径之前，先要设定挖槽的范围——绘制挖槽串联，曲面（实体）挖槽加工的最小范围为“模型的外形边界线+刀具半径+粗加工余量“，即将模型的外形边界线向外补正距离为“刀具半径+粗加工余量”，为了方便下刀，补正距离还需增加1mm左右。若所选用的毛坯大于该范围，则选毛坯的边界线为挖槽串联，设置方法如下所述。（1）单击主菜单→转换→串连补正→串连命令，点选28×28的矩形（近似代替外形边界线），串连方向为顺时针，弹出如图8-25所示的对话框。（2）输入补正距离为6+0.5+1，刀具半径为R6，假定粗加工余量为0.5mm。（3）点选确定按钮，产生了挖槽加工范围，如图8-26所示。

1.设定切削加工的范围挖槽加工范围（刀具中心），由28×28的矩形补正7.5mm得到28×28的矩形

图8-25图8-262.粗加工挖槽对话框实体粗加工挖槽的功能，是放在曲面粗加工挖槽的功能菜单下。粗加工的目的，是要尽快去除毛坯的加工余量，为精加工作准备。采用Ø12高速钢平底刀加工，操作如下：（1）单击主菜单→刀具路径→曲面加工→粗加工→挖槽粗加工→实体命令。选取实体，单击执行→执行命令，出现如图8-28所示曲面粗加工挖槽对话框。图8-283.确定刀具及刀具参数点选该处从刀具资料库中选取Ø12mm的平刀。（1）在刀具栏空白区内单击鼠标右键，在弹出的菜单中选择

从刀具库中选取刀具

命令，出现如图8-29所示的刀具管理员对话框。（2）双击鼠标左键点选Ø12的平刀。在刀具栏空白区内出现刀具图标，在该图标上，单击鼠标右键，出现如图8-30所示的定义刀具对话框。（3）点选工作设定按钮，在进给率的计算中，点选⊙依照刀具

选项。点选确定按钮，返回图8-30。

图8-29图8-303.确定刀具及刀具参数（4）点选

参数

按钮，

出现如图8-31所示的对话框。输入：•进给率

1300

•下刀速率

800

•提刀速率

2000•主轴转速

1800

点选

确定

按钮，返回图8-28。点选

“冷却液

喷油

”选项。

4.确定曲面加工参数选曲面加工参数按钮，出现如图8-32所示对话框，输入以下参数。（1）进给下刀位置

2.0

。（2）加工的实体预留量0.1

，留下加工余量用来做精加工。（3）刀具位置：⊙中图8-314.确定曲面加工参数图8-325.确定粗加工参数

从毛坯外下刀点选

粗加工参数

按钮，出现如图8-33所示对话框，输入以下参数：Z轴最大的进给量

1.0

，一般采用小的进给量。点选

由切削范围外下刀选项

选项。

图8-336．切削深度最低深度位置设置为-29，低于零件最低深度-28mm，将便于反向装夹时的加工操作。最高深度位置设置为1，可加工到顶平面，预留0.1mm加工余量。

点选

图8-33中的

切削深度

按钮，出现如图8-34所示的对话框。

深度的设定可采用⊙绝对坐标、⊙相对坐标两种方法。默认为⊙相对坐标，现我们选择如下：（1）选择⊙绝对坐标选项。（2）最高位置为1

，为顶面毛坯高度。（3）最底位置为–29。

图8-34（4）点选

确定

按钮，返回图8-33。

（5）间隙设定、进阶设定

按钮的参数设为默认值。

7.确定挖槽参数（1）点选

挖槽参数

按钮，出现如图8-35所示对话框。输入参数如下。

（2）切削方式

平行环切

。（3）切削间距（直径%）：50

，XY方向的间距。（4）切削间距（距离）：

6

，由XY方向的间距自动计算得到该值。（5）所有未说明的项目选默认值。（6）点选

确定

按钮，在主菜单上部系统提示区出现提示：请选择切削范围，（7）点选如图8-26所示的“挖槽加工范围”串联，串联改变颜色，点选执行命令，产生了刀具路径。图8-358.刀具路径模拟单击操作管理命令，弹出如图8-36所示对话框。点选刀具路径模拟→自动执行命令，模拟结果如图8-37所示。加工时间为11分23秒。9..实体切削验证点选图8-36中的实体切削验证选项，结果如图8-38所示。曲面挖槽粗加工

图8-36

图8-37图8-388.4.4外形铣削精加工骰子四周垂直面的精加工可采用外形铣削（2D）的方法加工。范围选择28×28的矩形，圆角不加工，留给下一步去加工，方法可参考铭牌的外形铣削精加工。外形铣削对话框（1）单击主菜单→刀具路径→外形铣削→串联命令。（2）选取加工范围如图8-26所示的28×28矩形，并出现一个起点与箭头，保证串连方向为顺时针方向，（3）点选主菜单中的执行命令，进入外形铣削对话框。选择刀具参数另选一把用直径为12mm的平刀，用来做精加工，刀具参数如下。（1）进给率400

。（2）下刀速率300。（3）提刀速率2000。（4）主轴转速1800。（5）冷却液喷油。3.选择2D外形铣削参数点选

外形铣削参数

按钮，出现如图3-39所示对话框，填选如图所示。

图8-39（1）深度

–29

。（2）点选

进/退刀参数按钮前的复选框，设定刀具从工件外边进刀的路径与退出工件的路径。（3）其余各项选默认值。4.设定进/退刀向量参数（1）点选

进/退刀向量

按钮，进入进/退刀向量设定参数对话框。进/退刀向量的引线长改为

0，圆弧半径为

12

。“（2）点选

确定

按钮，返回图8-39。5.产生刀具路径点选图8-39中的

确定

按钮，产生了外形加工刀具路径，操作管理对话框如图8-40所示。图8-406.模拟刀具路径。2D外形铣削精加工刀具路径模拟结果如图8-41所示。加工时间39秒。7.实体切削验证点选操作管理员中的

全选

→

实体切削验证

选项，模拟实体加工结果如图8-42所示。

图8-41图8-428.4.5平行铣削精加工

分析图8-42，曲面表面是一个又一个的小台阶，需要做精加工。曲面精加工一般采用球刀或圆鼻刀。球刀的端部是一个半球体，精加工时与工件一般是点接触，保持相切，可以很准确地沿着曲面作进给运动，加工出与图形曲面相一致的曲面来。

我们选半径为Ø6的球刀作曲面精加工，精加工的刀路有多种，本例精加工我们推荐采用平行铣削。1．进入平行铣削加工对话框在图8-40中，单击右键，出现如图8-43的菜单。移动鼠标选取刀具路径→曲面精加工→平行铣削→实体命令，点选实体，单击执行→执行命令，出现如图8-44所示的平行铣削对话框。

图8-43图8-433.确定刀具及刀具参数

从刀具资料库中选取Ø6mm的球刀，刀具参数如下所示。•进给率800

•下刀速率700

•提刀速率2000•主轴转速3600

点选确定按钮，返回图8-44。点选“冷却液喷油”选项4.确定曲面加工参数

选

曲面加工参数

按钮，出现如图8-48所示对话框，主要修改三项：（1）参考高度20。（2）进给下刀位置1.0。（3）加工的实体预留量0

。

5.确定平行铣削精加工参数

一般要根据零件的特征来设定，骰子的平行精加工加工角度为0°或90°的效果最佳。球刀间距的大小影响曲面的表面质量（1）点选

平行铣削精加工参数

按钮，出现如图8-49所示对话框，输入如下：图8-49•整体误差0.01

。•切削最大间距0.12

，球刀间距不能太大，否则残留的刀痕高，表面粗糙，误差大。•加工角度

0

。（2）点选确定按钮，在系统提示区出现提示：选取加工范围，拉动鼠标，点选如图8-26所示的“挖槽加工范围”为串联。（3）单击执行命令，产生了平行铣削精加工刀路，如图8-50所示。

图8-506.刀具路径模拟刀具路径模拟结果如图8-51所示。可以看到平行铣削精加工产生了很密的刀路，能产生精度较高的曲面。同时，平行铣削精加工没有对垂直面进行加工，深度只加工到一半，另一半需要掉头加工。

7..实体切削验证

点选图8-50中的全选

→

实体切削验证选项，结果如图8-52所示。

图8-51

图8-52深度只加工了一半。平行铣削精加工8.4.7加工骰子的装夹位——面铣。

因为骰子基体是上下对称的，故反向装夹加工时，图形可以不旋转180°，直接在原图上编程。将骰子掉头装夹在平口虎钳上，注意校正虎钳的水平与垂直方向的误差，骰子下面用等高平铁垫平，装夹时用手锤敲工件的顶面，使工件底面与等高平铁顶面贴合。用杠杆百分表测量垂直面的垂直度，检验工件是否装夹垂直。用面铣的方法将装夹位铣掉，刀具采用Ø12的平刀。XY方向的零点的设置可采用Ø12的平刀来分中找零。用Ø12的平刀找到毛坯的顶面最低点后，向下降11mm（假定此时毛坯总高度为39）后，设置为Z方向零点。

注意：此时的零点的设定有误差，但不影响面铣的加工。

1.进入面铣参数对话框（1）在图8-50中，单击右键，移动鼠标选取刀具路径→面铣→

串联命令。（2）选取加工范围为如图8-26所示的28×28矩形。（3）单击主菜单中的执行命令，进入图8-53所示对话框。2.选择加工刀具参数

刀具采用第一把Ø12mm的平刀，刀具参数同曲面挖槽铣削粗加工的刀具参数，参考图8-28。输入参数如下：（1）进给率

1300

。（2）下刀速率

800

。（3）提刀速率2000。（4）主轴转速

1800

。

3.

确定平面铣削的加工参数

点选面铣加工参数按钮，弹出如图8-53所示对话框，输入参数如图所示。

图8-533.

确定平面铣削的加工参数

（1）

进给下刀位

10，。（2）

工件表面11，，平面铣削加工从Z轴坐标为11mm的位置开始加工。（3）

深度

0.5，，平面铣削到Z轴坐标为0.5mm的位置结束加工。这样一来，既可保证顶面有0.5mm的加工余量，又可将顶面的毛坯加工掉，方便XY方向的准确分中对零。（4）

Z方向的预留量

0。（5）

点选按钮前的复选框。

4.Z轴分层铣深

（1）

点选按钮，弹出如图8-54所示的对话框。（2）最大粗切深度

1

。（3）点选按钮前的复选框。（4）点选确定按钮，返回图8-53。

5．产生刀具路径

图8-54

图8-55在图8-53中，点选确定按钮，产生了刀具路径，操作管理对话框如图8-55所示6．刀具路径模拟模拟结果如图8-56所示。

7.实体切削验证

点选操作管理员中的全选→

实体切削验证选项，模拟实体加工结果如图8-57所示，已将装夹位铣平，顶面还有0.5mm加工余量，骰子的总高度为28.5mm左右。

分析图8-57，将装夹位铣平后，四周垂直面在上一工序已精加工到位，为了进行下一道工序的加工，需要准确设置零点。可以利用已加工好的四周垂直面，使用分中棒来分中对零，准确找到XY方向的零点。利用杠杆百分表测量等高垫铁与已加工骰子的上表面的准确高度H，计算差值Z1=（H-28.5）,若差值Z1为正，则Z轴的零点需要下降Z1，若差值为负，则Z轴的零点需要上升

-Z1。

图8-56

图8-57

准确测量高度H，根据差值（H-28.5）来校正Z轴的零点。

利用四周垂直面准确分中对零8.4.8复制程序

找到加工零点后，下一步的加工就可借鉴前面的程序，复制第一个程序“曲面粗加工-挖槽”，第三个程序“曲面精加工-平行铣削”，可完成骰子的全部加工。需要说明的是，在前面的工序中已将四周的垂直面加工到位，此时不需要再进行第二个程序“外形铣削精加工”的加工。（1）在图8-43中，选择第一个程序“曲面粗加工-挖槽”，第三个程序“曲面精加工-平行铣削”。（2）按鼠标右键，点选复制命令。（3）按鼠标右键，点选贴上命令，结果如图8-58所示。

图8-588.4.8复制程序（4）点选5-曲面粗加工-挖槽刀路下面的“”选项，在弹出的粗加工参数对话框中，将切削深度按钮中的最低位置由-29改为-14，如图8-59所示。（5）实体切削验证的结果如图8-60所示。

“曲面粗加工-挖槽”，

“曲面精加工-平行铣削”

图8-59

图8-608.4.9骰子的刀路后处理，产生NC加工程序

在图8-58中，点选选项，单击后处理按钮，保存在某一目录下，如：D：\Mcam9.1\Mill\NC\，输入名称TZ1.NC,产生了名称为TZ1.NC的NC加工程序。同样方法，分别点选另外的刀路，进行后处理，分别命名为TZ2.NC、TZ3.NC、TZ4.NC、

TZ5.NC

、TZ6.NC

。其中，

TZ6.NC与TZ3.NC相同，后处理可省略。8.4.10程序单表8-1

数控加工程序单图号：

工件名称：骰子的基体编程人员：

编程时间：操作者：开始时间：完成时间：检验：

检验时间：文件档名：D：\Mcam9.1\mill\MC9\骰子的基体.MC9序号程序名加工方式刀具装刀长度理论加工进给速率/时间备注(余量)1TZ1曲面挖槽粗加工Ø12平刀301300/11分0.12TZ2外形铣削精加工Ø12平刀（新）30400/39秒03TZ3平行铣削精加工Ø6R3球刀20800/15分04TZ4面铣粗加工