MASTERCAM用于实体建模和数控加工研讨.doc

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成都理工大学毕业设计（论文）

MASTERCAM用于实体建模和数控加工研讨

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摘要

MasrerCAM是CAD/CAM系列软件中用得较多，适用面较广的一款优秀软件。

因为它的出色，人们开始在现代化的工业生产中越来越多的使用到它来进行产品的设计和开发。

该软件拥有不错的实体建模设计能力和强大的数控加工编程能力，同时该软件还有较高的性价比、使用操作灵活简便、对系统最低运行要求较低等等优点。

本文是通过我在对MasterCAM软件的应用进行了较系统的研究学习的基础上，利用MasterCAM对几个实体建模的例子进行创建从而对MasterCAM的实体建模功能进行了研讨，并且通过对典型零件的加工工艺的分析，研究了MasterCAM的数控加工功能。

同时也针对MasterCAM与其他CAD/CAM软件间的图形互换功能进行了一定的研究。

关键词：

MasterCAM、实体建模、图形转换、数控加工

第29页

MasterCAMforentitymodelingandNCprocessing

Absterct：

MasrerCAMisasectionoutstandingCAD/CAMsoftware。

Inmodernizedindustrialproduction，Thepeoplehavestartedusingitmoreoftentocarryonthedesignandthedevelopment。

ThesoftwarehasagoodentitymodelingdesigncapabilityandapowerfulNCprocessingcapabilities,Thesoftwarealsohavelowcostandhighperformance,flexibleandeasytouseoperation,thesystemlowertheminimumperformancerequirements,andsoonmerit。

ThispaperismyrightMasterCAMsoftwareintheapplicationofamoresystematicstudyonthebasisofstudies,MasterCAMtouseseveralentitymodelingforexamplesoastocreateanentityMasterCAMModelingfunctionoftheseminars,alsobyanalysisofthetypicalcomponentsprocessingcraft,IhasstudiedtheMasterCAMNCprocessingfunction。

SimultaneouslyalsoconductcertainresearchgraphtransformationfunctionbetweenMasterCAMandotherCAD/CAMsoftwares。

Keywords:

MasterCAM、Entitymodeling、Graphtransformation、NCprocessing

目录

摘要 1

目录 3

第一章概述 5

第二章对MasterCAM软件的研究学习 6

第三章MasterCAM用于实体建模 9

3.1MasterCAM实体建模的方法 9

3.2MasterCAM综合建模的应用 9

第四章MasterCAM与其他CAD/CAM软件的图形转换 16

4.1进行MasterCAM图形转换的意义 16

4.2MasterCAM图形转换的具体方法 16

第五章MasterCAM用于数控加工 19

5.1MasterCAM数控加工的方法 19

5.2利用MasterCAM对典型零件的加工分析 19

5.3利用MasterCAM对刀具路径进行后处理 25

结论 26

致谢 27

参考文献 28

第一章概述

Mastercam是美国CNCSoftwareInc.公司开发的基于PC平台的CAD/CAM软件。

它集二维绘图、三维实体造型、曲面设计、体素拼合、数控编程、刀具路径摸拟及真实感摸拟等到功能于一身。

它具有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。

Mastercam9.0以上版本还有支持中文环境，而且价位适中，对广大的中小企业来说是理想的选择，是经济有效的全方位的软件系统，是工业界及学校广泛采用的CAD/CAM系统。

Mastercam不但具有强大稳定的造型功能，可设计出复杂的曲线、曲面零件，而且具有强大的曲面粗加工及灵活的曲面精加工功能。

其可靠刀具路径效验功能使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，还能检查出刀具和夹具与被加工零件的干涉、碰撞情况，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。

同时Mastercam对系统运行环境要求较低，使用户无论是在造型设计、CNC铣床、CNC车床或CNC线切割等加工操作中，都能获得最佳效果

Mastercam软件已被广泛的应用于通用机械、航空、船舶、军工等行业的设计与NC加工，从80年代末起，我国就引进了这一款著名的CAD/CAM软件，为我国的制造业迅速崛起作出了巨大贡献。

但是，我国在Mastercam软件的运用上相对与发达国家还比较滞后，这与我国制造业相对落后有一定的关系。

第二章对MasterCAM软件的研究学习

通过对MasterCAM软件的学习，使我对该软件有了一定的认识。

MasterCAM软件在设计上不仅可以绘制和编辑复杂的二维曲线和三维曲线，还能生成方程曲线。

MasterCAM还能通过十几种有效的方法进行曲面的绘制。

通过对曲面的编辑能够较方便的生成实体模型。

MasterCAM同样拥有强大的实体建模功能，它的实体建模功能以PARASOLID为核心，能够在数学上建模任一对象。

不过，利用曲面编辑实体和利用3D实体创建功能进行实体建模在实际使用中各有所长：

从我在实际使用中的经验来说，利用曲面编辑实体主要用于创建表面特征比较复杂的模型，通过建立多个复杂表面特征的曲面，利用缝合、剪裁等曲面编辑命令将曲面组合成一个封闭实体，即完成复杂表面特征零件的建模；而利用3D实体创建功能建模主要用于创建几何特征比较复杂的实体零件，通过预定义实体或挤压旋转扫描等命令生成的多个实体模型，通过Boolean运算即能完成实体模型的建立。

MasterCAM还具有可靠的数据交流功能。

能够与其他多种CAD/CAM软件间进行图形文件的互换，从而可以为我们的学习工作带来更多的便利。

不过人们谈起MasterCAM，最熟悉的还是它的数控加工功能。

在它的数控加工模块中同样包含了Design设计模块，可进行零件的设计及实体建模等操作。

同时，可以通过MasterCAM的数控加工模块进行自定义刀具库和材料库，通过在加工参数的设置，系统可以自己地进行刀具补正计算及过切侦测等。

在MasterCAM9中，数控加工方面共分为3个模块，包括Mill（铣削模块）、Lathe（车削模块）及Wire（线切割模块）。

针对不同零件的特征，可根据其特点及加工模块特点选用合适的模块进行数控加工。

Mill主要用于生成铣削刀具路径，包括二维加工系统合三维加工系统。

二维加工系统又包括外形铣削、型腔加工、面加工、钻孔、镗孔和进行螺纹加工等。

三维加工系统包括曲面加工，多轴加工和线框加工系统。

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。

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；Lathe用于生成车削加工的刀具路径，可用于粗车、精车、车削螺纹、径向切槽、钻孔及镗孔等，同时，还可生成车削循环指令；Wire模块也是一款非常优秀的线切割程序，能高效地编制任何线切割程序，可以快速的设计加工的机械零件，进行几何建模、二轴线切割编程及四轴线切割编程等。

当然，除开MasterCAM自身功能设计比较强大，受到许多设计人员喜爱的原因外，MasterCAM还有个更大的受人喜爱的原因——MasterCAM价位适中，性价比极高。

Mastercam软件飞速发展已经出了最新的X5，综合性能，口碑，以及硬件条件等各个方面的因素我选择了X2版本。

MastercamX2是与微软公司的Windows技术紧密结合，用户界面更为友好，设计更加高效的版本。

借助于Mastercam软件，用户可以方便快捷地完成从产品2D/3D外形设计、CNC编程到自动生成NC代码的整个工作流程，因此被广泛应用于模具制造、模型手板、机械加工、电子、汽车和航空等行业。

Mastercam基于PC平台，易学易用，具有较高性价比，是广大中小企业的理想选择，也是CNC编程初学者在入门时的首选软件。

Mastercam包括CAD和CAM两个部分，Mastercam的CAD部分可以构建2D平面图形、构建曲线、3D曲面和3D实体。

CAM包括5大模块：

Mill、Lathe、Art、Wire和Router。

MastercamX2具有全新的Windows操作界面，在刀路和传输方面更趋完善和强大，其功能特点如下：

（1）操作方面，采用了目前流行的“窗口式操作”和“以对象为中心”的操作方式，使操作效率大幅度提高；

（2）设计方面，单体模式可以选择“曲面边界”选项，可动态选取串连起始点，增加了工作坐标系统WCS，而在实体管理器中，可以将曲面转化成开放的薄片或封闭实体等；

（3）加工方面，在刀具路径重新计算中，除了更改刀具直径和刀角半径需要重新计算外，其他参数并不需要更改。

在打开文件时可选择是否载入NCI资料，可以大大缩短读取大文件的时间；

（4）Mastercam系统设有刀具库及材料库，能根据被加工工件材料及刀具规格尺寸自动确定进给率、转速等加工参数；

（5）Mastercam是一套以图形驱动的软件，应用广泛，操作方便，而且它能同时提供适合目前国际上通用的各种数控系统的后置处理程序文件。

以便将刀具路径文件（NCI）转换成相应的CNC控制器上所使用的数控加工程序（NC代码）。

第三章MasterCAM用于实体建模

3.1MasterCAM实体建模的方法

MasterCAM的三维模型可以分为线框模型、曲面模型以及实体模型三种。

这三种模型从不同的角度来描述一个物体，它们各有侧重，各具特色。

其中，实体模型具有体的特征，可以进行Boolean（布尔）运算等各种体的操作。

实体建模的步骤如下：

（1）创建基本实体。

利用命令Extrude（拉伸实体）、Revolve（旋转实体）、Sweep（扫描实体）、Loft（牵引实体）、Primitives（预定义实体）进行创建。

（2）编辑实体。

创建完基本实体后，利用以下命令对实体进行编辑，Boolean（布尔运算）、Fillet（倒圆角）、Chamfer（倒直角）、Shell（抽壳实体）、Trim（修剪实体）等。

（3）对实体进行管理。

通过重新定义Solidsmgr（实体管理器）中列出的当前文件中定义实体的所有操作对实体对象的特征进行操作管理。

而利用曲面模型进行实体创建主要通过对曲面编辑进行建模，特别适用于表面特征复杂的实体表面的创建。

3.2MasterCAM综合建模的应用

　MasterCAM的实体建模功能不单单只能创建上述几种简单的实体模型，通过MasterCAM中各种实体创建编辑命令、基本2D构图命令和曲面的创建编辑等命令的灵活运用，可利用MasterCAM软件创建出各种外观漂亮、实用的复杂实体出来。

下面我利用MasterCAM软件进行实体建模实例研究的内容中，我将着重对建模过程中各种参数的设置及创建过程中需注意进行详细介绍。

1.利用MasterCAM创建轴类模型（如图3-1a3-1b所示）

图3-1a长平轴模型图3-1b轴模型

这是轴类零件模型，是我在刚刚熟悉了MastercamX2软件后，做的第一次练习，长平轴只需运用Extrude（拉伸实体）、Fillet（倒圆角）两个实体特征命令就可以做出来，当然要除开画2D图这一过程。

第二个轴如果用实体拉伸命令要用4次，而用旋转命令一次就可以基本成型。

2.利用MasterCAM创建底板模型（如图3-4）

图3-2底板模型

通过分析该零件造型，我们可以看出，该零件也主要通过Extrude、Fillet、Chamfer操作进行建模。

分析该零件特征，我们不难发现该零件只需要对一个面进行实体特征操作，算是一个比较简单的零件。

但由于该零件特征为两边对称，所以也可以将零件拆分成两个，在对其中之一进行镜像操作，这样可以大大节省时间，当然这可以根据个人的喜好进行，方法多种多样。

3.利用MasterCAM创建连杆模型（如图3-3）

图3-3连杆模型

分析该连杆模型，由大小不同的2个凸台和中间一段连接体组成。

因此，该模型主体主要由3个Extrude实现。

并在ExtrudeChain中的设置Draft，Angle=5。

两凸台上的凹槽通过RevolveCutBody构建。

在进行Fillet前，应对3个Extrude生成的实体进行BooleanAdd运算。

凸台是统一半径倒角Radius=3，凸台与中间连接部分为变半径倒角。

其中，大凸台Fillet的INTERIORRadius=8.0，小凸台Fillet的INTERIORRadius=5.0。

他们的VERTEXRadius都为0.1。

4.利用MasterCAM建立泵盖模型（如图3-4）。

图3-4泵盖模型

从上图我们可以看出，该泵盖模型主要是利用Extrude进行CreatBody创建模型主体。

然后通过CutBody完成实体上的钻孔。

最后进行Fillet（倒角）和Chamfer（倒边），但需特别注意的是，在进行Fillet（倒角）操作前，需对CreatBody的几个实体进行BooleanAdd操作，否则会影响凸台的Fillet效果（如图3-5）。

图3-5未进行BooleanAdd前的实体Fillet

5.利用MasterCAM创建汽车外壳模型（如图3-6）

图3-6、汽车外壳模型

这是一个较为复杂的曲面模型，虽然用到不多的实体特征命令，但是，对2D平面作图的要求相当高。

这里就不详细描述了，做出这个图用以说明用MastercamX2画较为复杂的二维图，是可以成功胜任的。

6.利用MasterCAM创建车轮模型（如图3-7）

图3-7车轮模型

手柄模型同样采用ExtrudeCreateBody和CutBody构建模型主体。

在构建该模型的结构时，需采用Rotate（旋转）操作（如图3-8）。

图3-8旋转参数设置

需注意的是，该模型建立中Rotate的目的是要将对象平均旋转阵列为7份，因此，Rotationangle=51,而Numberofsteps（旋转次数）应为6，因为该次旋转阵列中所选取的旋转对象本身构成了此次阵列的一部分，若还将Copy次数设为6，则会使旋转对象与最后一次生成的目标对象重合，将会在某些实体建模中造成后面的操作步骤无法完成预期的目标。

7.利用MasterCAM创建支架模型（如图3-9）

图3-9支架模型

该支架模型是可以说是各种实体特征集合的一个简单运用，通过建立底板的实体特征以及两个侧面板的实体特征，然后再用布尔和运算将它们组合成一个整体，就可以了。

8.利用MasterCAM创建轴承座模型（如图3-10）

图3-10轴承座模型

分析该模型的建立，第一眼看着这个模型的时候感觉好像很复杂，但是只要运用了正确的方法就可以简单很多，如果知识运用拉伸实体等特征命令的话光是看着就足够烦恼了，但是如果在画二维图的时候简单的处理一下就会简单很多，意思就是说在画二维图的时候尽可能多的考虑全部的实体特征，将它们全部表达在一个实体上面然后再在一个实体上进行增减实体的操作，这样会简单很多，对于初学者来说可能很难，但只要有了足够的经验就很容易了。

9.利用MasterCAM软件创建闹钟壳模型（如图3-11）。

图3-11闹钟壳实体模型图

从上图可以看出，该闹钟壳实体模型是一个较为复杂的实体模型，这个实体模型的建模过程也相对前面几个模型的建模过程复杂。

不过，通过对该模型的特征进行仔细的分析，我们还是可以看出，该零件主要通过 Extrude挤压拉伸闹钟壳主体，拉伸时设置DraftAngle=5，然后通过在挤压实体上进行Trim、Shell、Fillet、ExtrudeCutBody等操作创建闹钟壳的表面特征。

最后，通过Boolean运算，将闹钟壳主体和建立的表面特征组合，即可完成闹钟壳实体的建立。

通过对以上实体模型的创建，使我掌握了MasterCAM通过创建3D实体模型进行实体建模和利用曲面创建编辑进行实体建模的各种基本方法：

利用3D实体模型创建主要用于创建几何特征比较复杂的实体模型，通过预定义实体或挤压旋转扫描等命令生成的多个基本实体模型，然后通过进行Boolean运算完成实体模型的建立；而利用曲面编辑创建实体主要用于创建表面特征比较复杂的实体模型，通过建立多个复杂表面特征的曲面，利用缝合、剪裁等曲面编辑命令将曲面组合成一个封闭实体，即完成复杂表面特征零件的建模。

第四章MasterCAM与其他CAD/CAM软件的图形转换

4.1进行MasterCAM图形转换的意义

现今社会，人们在日常工作学习中常用到的CAD/CAM软件多达数十种。

每款软件的开发商各不相同，而每个开发商又以自己的小型几何数据库和算法来管理和存贮本身的图形文件。

例如，UGII的图形文件后缀名是*.PRT，AutoCAD的图形文件后缀名是*.DWG，MasterCAM9的图形文件后缀名是*.MC9等等。

这些图形文件的存储格式是不同的，相互之间不能交换和共享，这给CAD技术的发展带来了很大的障碍。

为此，很长时间以来，人们就开始对图形数据交换标准进行研究、开发和制定。

同时，由于图形文件是不可读的，而图形数据交换的文件可以是以ASCII码表达的可读文件，因此，可实现CAD系统与高级语言程序系统之间交换图形数据信息，使CAD系统成为开放式系统，从而扩展软件的功能。

而MasterCAM系统正是通过运用上述理论的研究成果，在系统中设计了Converters（文件转换）模块，从而可实现*.MC9文件与其他类型图形文件之间的相互转换。

因此，对MasterCAM与其他CAD软件的研究能使我们更充分地认识该软件更好地利用该软件来为我们的工作学习服务。

4.2MasterCAM图形转换的具体方法

在MastercamX2中图形格式的转换有了很大的改变，简单了很多。

如果要打开其它类型的文件，只需要在MastercamX2主菜单栏中选择文件----打开文件（如图4-1所示）

图4-1文件打开格式图

选择要打开文件的类型，然后再选择正确的文件名就可以打开了。

如果要将用MastercamX2保存的文件用其他的软件打开，只需要在MastercamX2主菜单栏中选择文件----另存文件（如图4-2所示）

图4-2文件另存为格式图

将其另存为将要用其它软件打开的文件类型即可。

这些文件格式分别是由不同的公司各自开发的互不兼容的数据标准，但通过MasterCAM软件的Converters文件转换功能即实现了文件间的相互转换，从而为我们的工作学习带来了更多的便利。

除此之外，MasterCAM对自己公司的老版本也有较好的兼容性。

在MasterCAM9中，只需在Converters中选择SaveasMC8便可将当前的*.MC9文件轻松地转存为*.MC8文件。

使我们能在一些较老版本的软件上打开图形文件。

第五章MasterCAM用于数控加工

5.1MasterCAM数控加工的方法

MasterCAM软件拥有很强的数控加工编程能力，根据加工对象的特征及方法的不同，MasterCAM的加工模块分为了3个：

Mill（铣削加工）、Lathe（车削加工）及Wire（线切割加工）。

在对零件进行加工前，首先对利用已建模零件实体进行加工工艺分析，根据工艺分析中所确定的切削加工方案选择合适的加工模块进行操作，然后选择合适的加工刀具和工件材料，选择合适的加工工艺参数，即可生成零件的加工刀具轨迹，再对刀具轨迹进行模拟加工以验证工艺分析及材料刀具选择的正确性，最后，通过后处理器进行后处理，生成数控加工程序，将其传入数控加工机床，即可进行实际零件的数控加工。

5.2利用MasterCAM对典型零件的加工分析

在本次设计中，我着重对MasterCAM的加工模块中Mill（铣削）模块进行了研究。

该模块也是大家在平常工作中最常使用，使用最方便的一个模块。

利用该模块，通过对零件的进行的工艺分析及必要的参数设置，可以进行二轴三轴甚至多轴加工的刀具路径的生成。

在接下来的工作，我将通过对鼠标壳凹模进行加工工艺分析及刀具路径的生成来完成对Mill模块的研究工作。

鼠标壳凹模模型如图5-1。

图5-1、鼠标壳凹模

该模型的建立是将鼠标壳模型通过绕XOY平面Rotate（旋转）180度，建立个100*50*30的线框，将上表面与鼠标壳底面边框利用Trim/extend建立平面。

并将长方体线框其余5个面用Draft封闭，最后删除鼠标壳底面，即完成鼠标壳凹模的创建。

因为该模型的创建涉及加工工艺的分析，故在此将涉及加工工艺所需的凹模的主要尺寸给出：

凹模边缘最大尺寸为75*37.5，最深处高度为20，鼠标模顶面与侧面的倒角半径为R=5。

对该鼠标壳凹模模型的具体工艺分析如下：

（1）毛坯的确定及材料的选择。

由于该凹模形腔尺寸为75*37.5*20,故选择毛坯尺寸大小为100*50*30。

材料选择常用的45#钢。

（2）加工机床及夹具的确定。

该模型的加工面主要是从上表面向下进行型腔加工，故机床选择普通3轴立式铣床或加工中心进行加工，而该零件毛坯为一标准长方体钢件，且仅加工一件样品，属于单件生产，故夹具使用普通平口钳夹紧毛坯即可。

（3）加工坐标原点的选择。

为方便加工，将X、Y轴原点取在毛坯模型的中点，Z轴原点取在毛坯上表面。

该点亦为模型在MasterCAM中的坐标原点（Origin）。

（4）在凹模中间预钻孔。

打开MasterCAM的Mill模块，