北京钦盟科技有限公司
8 tIy"5 摘 要
hp2$[p6O Mastercam为一优秀的CAD/CAM软件，本文简要介绍了Mastercam软件的一些主要功能，并以钢索斜拉桥鞍座的加工为例，说明了如何利用Mastercam软件解决复杂零件的曲面数控加工问题。
d..JW{ 关键词： 数控编程 应用软件 鞍座 曲面加工
;=6EBP% 一、 数控编程软件分析目前数控编程方法主要有三种：
P^ <to(| 1、手工编程 手工编程要用人工方法对零件的几何信息进行必要的数学处理，用手工方法编写加工程序单、穿制加工程序纸带。因而编程的速度慢、精度低，对所编写程序的检查也很困难。对某些形状复杂的零件编程问题，如多轴联动等，用手工编程根本无法解决。
ki1j~q 2、利用ＡＰＴ语言自动编程 使用ＡＰＴ语言自动编程可将数学处理、编写加工程序单和穿制纸带的过程交给计算机完成，从而提高了编程的速度和精度，解决了某些手工编程无法解决的复杂零件的编程问题。然而，这种方法也有一些不足，由于ＡＰＴ语言是开发得比较早的计算机数控编程语言，它的图形处理功能不强，因而必须在ＡＰＴ源程序中用数控语言的形式来描述本来十分直观的几何图形、零件信息及加工过程，再由计算机做进一步的处理，生成加工程序。致使这种方法直观性差，编程过程比较复杂，不便于进行阶段性检查。
6)20%*[ 3、图形交互自动编程 图形交互自动编程是一种计算机辅助编程技术，通常以计算机辅助设计（ＣＡＤ）为基础，利用ＣＡＤ软件的图形编辑功能将零件的几何形状绘制到计算机上，生成图形文件，然后调用数控编程模块，采用人机交互的方法在计算机屏幕上指定被加工的部位，输入相应的加工参数，计算机便可进行必要的数学处理并自动生成加工程序。同时，还可在计算机屏幕上动态地显示刀具的加工轨迹。显然，这种编程方法较前两种具有速度快、精度高、直观性好、使用方便、便于检查等优点，并已成为目前国内外先进的ＣＡＤ／ＣＡＭ软件所普遍采用的数控编程方法。
,]Xn9 W 二、Mastercam 软件简介
64>CfU( Mastercam是美国CNC公司开发的基于PC平台的CAD/CAM软件，它具有以下优点：
P|C 5k5 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。
<vD(,| | 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。
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TM 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。
/{ W6]6^ 三、大桥鞍座加工中的主要问题
w8 `1'*HG 我们的用户承接加工的大桥鞍座，其体积庞大（2930*1880*1549mm），形状复杂。14个绳槽的底面和侧面均为三维空间曲面，他们在鞍座上形成了一个两头开、中间凹的狭长通道（见图1）。实际加工中刀具及机床方滑枕的尺寸都较大，通过通道时，稍不小心，就会与工件发生碰撞。铸件毛坯的余量很不均匀，绳槽底面两端的余量很大，中间的余量很小。为了保证曲面外型及被加工曲面的表面粗糙度，工件的加工工艺分为粗加工、热处理和精加工三步。粗加工采用三轴联动铣削，并保证加工后绳槽底面和侧面均有20mm余量。热处理后，采用四轴联动铣削进行精加工，以保证绳槽底面和侧面的粗糙度。
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XP?)x Dr8 图 1
brlbJFZ19 加工所用数控机床为INGSOLLAN卧式四轴联动铣床。X、Y、Z行程分别为：21m、6m、1.5m。铣头的转角为-200度~200度。所用铣刀是直径为350mm~630mm的三面刃铣刀。CAD/CAM系统是Mastercam。机床、工件及刀具的相对位置关系如图2所示。粗加工的主要问题是如何选择最优的加工方法，以最高的效率去除毛坯余量。并使一次走刀中的切削用量均匀，所留精加工余量也应均匀。绳槽底面的毛坯余量很不均匀（见图3），需要选择合理的走刀方式。粗加工的另一个关键问题是避免刀具与工件的碰撞。如图4所示，绳槽曲面的加工只能用OneWay的走刀路线。当刀具沿OneWay路线从起点铣到终点，再从终点快速回到起点时，不能在终点抬刀后直接沿直线回到起点。因为鞍座上的通道很窄，稍有抬刀就会碰到上半部分。必须采用图中实线所示的退刀路线。刀具铣完一次后，从终点完全退到零件外面，再从零件外面快速回到起点，做第二次铣削。
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0r8Wv,7Bo 图 2
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w58w`e 图 3
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3d olrW 图 4
ek0!~v<I 四、使用Mastercam几何造型
a(D=ZKbVU Mastercam具有很强的曲线、曲面造型功能，曲面造型主要有以下几种方法：Loft（举升面）、Ruled（直纹面）、Coons（孔斯面）、Revolved（回转面）、Swept（扫描面）、Fillet（倒角面）、Trim\Extend（修剪、延伸面）、Blend（熔接面）等。鞍座的绳槽分为左右对称的两部分，每一部分有七个绳槽曲面，在造型时只要造出其中的一部分就可以了。首先按图纸尺寸作出绳槽的底面曲线和侧面曲线，绳槽的底面曲线由四段圆弧组成，侧面曲线由圆弧与直线组成。然后用串接（chain）的方法分别将组成底面曲线与侧面曲线的圆弧与直线串接起来，以直纹面（Ruled surface）方式生成绳槽曲面。
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P;6i 五、使用Mastercam粗、精加工
m]vV.pwv Mastercam提供了多种曲面加工方法，经过权衡，我们选择了曲面加工中的Finish,Project方法。首先用Mastercam提供的Contour加工方法，生成绳槽底面曲线的二维加工路线，在生成二维Contour加工路线时，应设置相应的参数，保证加工后底面留有20mm的余量。将二维Contour加工路线向绳槽侧面投影，就生成了加工绳槽曲面的三维走刀路线。在Surface,Finish,Project加工参数设置中，应设定相应参数，以确定毛坯余量并保证加工后侧面留20mm余量。为了避免刀具与工件的碰撞，我们采取了两种措施。
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1xs/$` 第一,加工不同的绳槽曲面采用不同直径的刀具。越靠近鞍座中心的绳槽曲面，使用直径越大的刀具。根据厂内的实际情况，选用了φ315的端铣刀以及φ400、φ500、φ630的三面刃铣刀。Mastercam自带的刀具库中没有这些刀具，我们使用Mastercam的自定义刀具功能，自己设定刀具的各个参数，并将自定义的刀具保存到自己的刀具库中。
dM P'Vnfj 第二，利用Mastercam的进刀与退刀设置功能及抬刀高度设置功能，对不同的绳槽曲面采用不同的进刀、退刀方式及不同的抬刀高度，并设置附加的进刀点与退刀点，从而避免了刀具与工件的碰撞。绳槽曲面的精加工我们采用四轴加工的方式。Mastercam7.1提供了多种多轴联动加工方法。绳槽的加工采用Curve5-axis方法最为合适。加工时，刀具沿着绳槽的底面曲线运动，且刀具的轴线始终与绳槽侧面的法线方向相同。
HEIg_6sb 六、使用Mastercam检验刀具路径
I~@8SSO,vH 生成绳槽曲面的加工走刀路线后，我们用Mastercam软件的刀具路线校验功能，可以很方便地检查刀具路径的正确与否。
$(]nl%<Q 七、后置处理
"k{so',7z 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，用户采用的是FANUC系统，机床为四轴联动卧式铣床。根据机床的实际结构，我们编制了专门的后置处理文件，绳槽曲面加工刀具路径NCI文件经后置处理后生成加工程序。
( }Bb=~ 八、使用Mastercam 实现DNC加工
wJCw6&D,/ 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。
P)J-'2{ 小结：通过大量的实践，我们体会到用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，不愧为一优秀的CAD/CAM软件。
