MasterCAM在数控机床实训教学中的应用

    MasterCAM是美国CNC Software公司研制开发集设计和制造于一体的CAD/CAM软件。也是我国目前机加行业中使用最普遍的软件之一。利用MasterCAM系统中的CAD绘图建模功能绘制生成的二维或三维零件模型，或利用该系统提供的数据接口将在其它CAD软件中做好的零件模型数据读入，然后综合运用所学过的相关知识，选择合适的加工方法，选取要加工的对象以及刀具、切削用量、进退刀路线等参数后。该系统便自动计算出加工余量，并动态显示出各不同加工表面的刀具路径，随\后设定工件毛坯及机床坐标系等相关参数后进行加工仿真模拟，经仔细检验各切削参数及刀具路径合理后，最终通过程序的后处理生成数控加工指令代码。再通过计算机与机床的通讯接口(如RS232)将数控指令代码输入到数控机床既可完成零件的加工。

    下面我就根据MasterCAM工作流程并结合“奥运标志”零件实例详细介绍MasterCAM软件在数控编程中的的运用，通过这样的强化训练，以开拓学生的创新思维，使学生在整个专业的知识面融会贯通提高技能。
 
    一、利用MasterCAM的CAD功能建立零件的几何模型

    建立零件的几何模型MasterCAM可以支持三种途径来完成。
   
    1.由MasterCAM系统本身的CAD模块来建立模型。

    2.通过MasterCAM系统提供的DWG、DXF、IGES等多种标准图形转换接口，把其他CAD软件(比如AutoCAD)生成的图形转换成本系统的图形文件(．MC*)，实现图形文件共享。

    3．通过MasterCAM系统提供的ASC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换成本系统的图形文件。由于在本文中给出的零件图样是AutoCAD的图形，所以在实际生产中，我们可以通过系统提供的图形转换接口把该零件图形直接转换成MasterCAM格式的图形。

    二、选择切削方式，设置零件加工工艺参数

    在运用软件自动编程前，首先要对零件进行工艺分析，确定合理的加工顺序。选择或建立新的刀具使其符合加工需要，根据零件的要求定义毛坯，同时正确选择工件坐标原点，确定工件坐标系与机床坐标系的相对尺寸，并进行各种加工参数的设置，比如主轴转速、进给速度、每次切削深度等。如给出一零件，材料为45钢。毛坯尺寸为：120*88*20mm，加工时选择的刀具主要有：Φ50端面(平面的粗、精加工)、Φ16立铣刀(外轮廓外形的粗加工及半精加工)、Φ6(外形精加工及残料清角加工)立铣刀以及Φ6(内部各形状曲线的加工及标示头像部位的挖槽粗、精加工)键槽立铣刀各一把。另外在设置好刀具参数及加工切削方式后，在保证零件的表面粗糙度和加工精度的同时，还应尽量减少换刀次数，提高加工效率。并考虑零件的形状、尺寸和加工精度，以及零件的刚度和变形等因素。

    三、设置刀具路径并对刀具轨迹进行模拟仿真

    在确定粗加工、半精加工、精加工所对应的不同加工表面的刀具、切削用量、进退刀路径、主轴转速等参数后，系统便自动计算出机加工余量。并动态显示出和粗加工、半精加工、精加工所对应的不同加工表面的刀位轨迹，还可以根据加工工艺的安排，利用MasterCAM系统提供的实体验证功能。能够观察切削加工的过程，这样就可以检测到加工参数的设置是否合理，零件在实际加工中是否存在干涉，设备的运行动作是否正确，实际零件是否符合设计要求等情况。从而可以判断刀具轨迹是否合理，刀位计算是否正确。是否存在刀具干涉、空走刀撞刀等情况。若存在问题则要对其进行更改或调整直至合理。
 
    四、设置并优化后处理程序

    后置处理的任务是按照具体数控机床的运动结构形式、功能代码和指令格式，将MasterCAM软件前置处理生成的刀位轨迹文件，转换成与实际数控机床相适应的数控加工程序，只有有了NC程序我们才能在真实的机床上进行零件的加工，所以我们还要通过一个后置处理程序将刀具路径转换成NC文件，不同的机床所对应的后置处理程序是不同的。针对实际机床，主要设置的内容有以下几点：

    1．从G54-G59的工件坐标系指令中指定一个，对刀时需定义工件坐标原点。原点的机械坐标值保存在CNC控制器的G54-G59指令参数中，CNC控制器执行G54-G59指令时。调出相应的参数用于工件加工。采用系统缺省的后处理文件时，相关参数设置正确的情况下可输出G55-G59指令，但无法实现G54指令的自动输出。所以要将G54设为第一输出坐标指令。

    2．MPFAN.PST后处理文件针对的是4轴加工中心(铣床)，而GSK928MA数控系统使用的是3轴，多出了第4轴数据“A0．“，所以要去掉其第四轴输出。

    3．去掉刀具号、换刀指令、回参考点动作、去掉NC文件中的注释行。

    4．GSK928MA系统的最小脉冲当量为0.01mm,则输出的NC程序要保留小数点后两位。

    五、将生成的NC程序输入到数控机床，并控制数控机床进行实际加工

    生成正确的程序后，可以通过数据线(一般RS232C)将计算机和机床相连接实现在线加工。前提要正确设定通信参数。而后通过在数控机床上正确装夹工件与刀具，设定好工件坐标系及各参数后(具体操作过程这里不在详述)，启动机床程序加工零件。

    相关阅读：

    CAM编程中的刀具选择和切削用量确定
    http://articles.e-works.net.cn/cam/article85901.htm

    2011西门子NX有奖征文：基于NX在挖掘机焊接工装夹具中的设计应用
    http://articles.e-works.net.cn/cad/article88454.htm

    CAXA电子图版教程
    http://articles.e-works.net.cn/cad/article87496.htm