基于MasterCAM的二维复杂轮廓数控加工*

雷楠南

(三门峡职业技术学院，湖北三门峡 472000)

1 引言

伴随制造业技术的迅速发展，CAD/CAM软件的应用越来越广泛。尤其是数控加工技术的应用，更加凸显了三维软件如Pro/E、UG、MasterCAM等软件技术的重要核心地位。这些软件具有二维几何图形设计、三维曲面设计、刀具路径模拟、加工实体模拟及生成加工程序代码等功能［1-2］。从而实现了产品的设计到加工制造的CAD/CAM一体化，受到机械设计制造行业用户和工程技术人员的欢迎［2］。笔者基于MasterCAM软件介绍了产品设计制造的CAD/CAM一体化过程。

2 MasterCAM数控加工前的图纸处理

(1)在MasterCAM环境下可完成产品从设计到制造的一体化过程，但通常由于其二维图形设计功能较AutoCAD软件差，在二维设计时很多用户选择AutoCAD软件。加工的目标为“中国地图”轮廓，对于“中国地图”这种严格的图纸文件来说，必须由国家测绘部门完成。因此基于数控加工技术完成有机玻璃板上图纸“雕刻”加工时，地图轮廓无法精确绘制。为保证图纸的严格、准确，文中先选取一幅电子版的中国地图，并利用矢量图软件CorelDraw对地图进行轮廓提取，保留黄河、长江的河道曲线。将提取的地图轮廓曲线导入AutoCAD2007软件，如图1所示。

矢量图软件CorelDraw的应用，解决地图轮廓曲线的快速绘制问题。从反求工程技术的角度上讲，如果有现实物品可以通过CCD相机拍摄物体，然后利用矢量图软件CorelDraw对图片进行轮廓处理，能有效解决曲线轮廓的准确绘制问题，并且能大大提高图纸准备的效率。

图1 AutoCAD2007软件中的地图轮廓

(2)MasterCAM软件中图形共享功能的运用。在完成图纸的AutoCAD准备后，要做的工作是如何将图纸导入MasterCAM软件环境下。目前常用软件有 AutoCAD、Pro/E、UG、solidworks等软件，每款软件都有自己的优势。如AutoCAD软件就以二维图形绘制效率高而不可替代。但软件开发公司之间为了方便不同用户的需要，在软件开发过程中开发了软件之间的图形转换的标准接口，使用户可以根据需要来完成软件之间文件的共享。MasterCAM软件就有这样的标准图形转换接口，可以将各种类型的图形文件如AutoCAD、Pro/E、UG等软件上的图形文件转换成MasterCAM系统的图形文件，实现图形共享［1］。打开MasterCAM软件中的“文件”标题栏中的“合并文件”。选中AutoCAD环境下的中国地图文件，确定即可将AutoCAD图形文件转换到MasterCAM环境下，如图2所示。

图2 地图共享到MasterCAM环境下

3 数控加工工艺过程

(1)毛坯设置 选择MasterCAM10.0数控加工软件，来完成该图纸的自动编程，生成数控加工程序。打开刀具路径中的材料设置，出现图3所示材料设置对话框。在MasterCAM环境下设置毛坯材料，因为此处无法准确确定毛坯尺寸，所以利用“边界盒”方式设置毛坯材料。打开边界盒对话框，将边界盒延伸量X设为10 mm，Y设为10 mm，确定后出现图4所示的毛坯边界。

图3 材料设置对话框

图4 毛坯设置边界

(2)铣削参数设置 打开标题栏中的刀具路径中的外形铣削，在作出空白处点击鼠标右键，出现图5所示“定义刀具”对话框，设置刀具参数。

刀具参数设置主要设置刀具的直径，经刀具参数设置及加工模拟发现，刀具参数设置直径必须在0.4 mm以下。用0.5～1 mm的刀具直径模拟发现，程序不能全部生成，总结原因在于地图外轮廓曲线在小的圆弧过渡处间隙较小，刀具走刀干涉。经过反复模拟，最终将刀具直径设置为0.2 mm时生成了完整的程序代码。由于刀具直径较小，没有合适的铣刀，在实际加工时选择0.7 mm的小中心钻，所以铣削的轮廓不是很精确。毛坯材料为有机玻璃板，数控铣床的主轴最高转速为6 000，经过试切发现机床振动大，调整参数设置，设置主轴转速为5 000，进给率为1 000，进刀速率为35。

图5 刀具参数定义

(3)外形加工参数设置。如图6所示。

图6 外形加工参数设置

(4)刀具轨迹及数控加工程序代码的生成。如图7所示。

图7 刀具轨迹

4 加工验证

在生成加工程序代码后，可以连接数控机床进行铣削加工。本文中铣削机床为XK714，数控系统为FANUC0i-Mate系列，内存为512 K。加工程序代码生成后有7 034条程序语句，大约16.1 MB，所以程序传输存在一定问题。为了提高加工效率，专门购置了2 GB的机床程序存储卡，直接将生成的程序存入程序存储卡进行数控加工。图8为经过大约16 h铣削加工完成的地图轮廓。

图8 加工结果

在完成“地图”轮廓的数控铣削过程中，其典型性在于二维复杂曲线轮廓的几何图形设计及数控铣削刀具路径参数的设置。本文中是在有机玻璃板上“雕刻”，用到的刀具直径较小、主轴转速较高，加工特点为“高转速、小刀具”的精细加工。综合全文，一方面提供了复杂二维图形轮廓的提取方法;此外，也为数控编程加工中的小直径刀具加工提供了一些工艺方法。

［1］ 李纯彬，孔春艳，等.基于MasterCAM零件的数控加工［J］.工具技术，2008，42(8):62.

［2］ 曾详苹.基于MasterCAM-X的典型零件数控加工编程［J］.现代机械，2012(3):6.