第1章概述Word格式.docx
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MasterCAM软件本身就是一个CAD/CAM软件，具有很强的造型功能，可以进行曲面和实体的造型。
对于一些不是很复杂的工件，可以在编程前直接造型。
（3）数据转换。
当模型文件是使用其他的CAD软件进行造型时，首先要将其转换成MasterCAM专用的文件格式（MC9文件）。
通过MasterCAM的数据转换功能，MasterCAM可以读取其他CAD软件所做的造型。
MasterCAM提供了常用CAD软件的数据接口，可以直接读取PRT、DWG等文件。
并且有标准转换接口，可以转换的文件格式如IGES、STEP等。
CAD模型完善
获得CAD模型
图1-1NC编程的一般步骤
1.1.2加工工艺分析和规划
加工工艺分析和规划的主要内容包括：
（1）加工对象的确定：
通过对模型的分析，确定这一工件的哪些部位需要在数控铣床或者数控加工中心上加工。
数控铣的工艺适应性也是有一定限制的，对于尖角、细小的筋条等部位是不适合加工的，应使用线切割或者电加工来加工；
而另外一些加工内容，可能使用普通机床有更好的经济性，如孔的加工、回转体加工等，可以使用钻床或车床进行加工。
（2）加工区域规划：
即对加工对象进行分析，按其形状特征、功能特征及精度、粗糙度要求将加工对象分成数个加工区域。
对加工区域进行合理规划可以达到提高加工效率和加工质量的目的。
个人观点：
在进行加工对象确定和加工区域规划或分配时，通过参考实物可以更直观地进行分析和规划。
（3）加工工艺路线规划：
即从粗加工到精加工再到清根加工的流程及加工余量分配。
（4）加工工艺和加工方式确定：
如刀具选择、加工工艺参数和切削方式（刀轨形式）选择等。
在完成工艺分析后，应填写一张CAM数控加工工序表，表中的项目应包括加工区域、加工性质、走刀方式、使用刀具、主轴转速、切削进给等选项。
完成了工艺分析及规划可以说是完成了CAM编程80%的工作量。
同时，工艺分析的水平原则上决定了NC程序的质量。
1.1.3CAD模型完善
对CAD模型作适合于CAM程序编制的处理。
由于CAD造型人员更多考虑零件设计的方便性和完整性，并不顾及对CAM加工的影响，所以要根据加工对象的确定及加工区域规划来对模型作一些完善。
通常有以下内容：
（1）坐标系的确定。
坐标系是加工的基准，将坐标系定位于适合机床操作人员确定的位置，同时保持坐标系的统一。
（2）隐藏部分对加工不产生影响的曲面，按曲面的性质进行分色或分层。
这样一方面看上去更为直观清楚；
另一方面在选择加工对象时，可以通过过滤方式快速地选择所需对象。
（3）修补部分曲面。
对于有不加工部位存在造成的曲面空缺部位，应该补充完整。
如对于有钻孔的曲面，存在狭小凹槽的曲面等，应该将这些曲面补充完整，这样获得的刀具路径规范而且安全。
（4）增加安全曲面，如对边缘曲面进行适当的延长。
（5）对轮廓曲线进行修整。
对于数据转换获取的数据模型，可能存在看似光滑的曲线其实存在着断点，看似一体的曲面在连接处不能相交等问题，可通过修整或者创建轮廓线构造出最佳的加工边界曲线。
（6）构建刀具路径限制边界。
对于规划的加工区域，需要使用边界来限制加工范围的，可先构建出边界曲线。
1.1.4加工参数设置
参数设置可视为对工艺分析和规划的具体实施，它构成了利用CAD/CAM软件进行NC编程的主要操作内容，直接影响NC程序的生成质量。
参数设置的内容较多，下面列举其中主要几个：
（1）切削方式设置：
用于指定刀轨的类型及相关参数。
（2）加工对象设置：
是指用户通过交互手段选择被加工的几何体或其中的加工分区、毛坯、避让区域等。
（3）刀具及机械参数设置：
是针对每一个加工工序选择适合的加工刀具，并在CAD/CAM软件中设置相应的机械参数，包括主轴转速、切削进给、切削液控制等。
（4）加工程序参数设置：
包括进/退刀位置及方式、切削用量、行间距、加工余量、安全高度等参数。
这是CAM软件参数设置中最主要的一部分内容。
1.1.5生成刀具路径
在完成参数设置后，即可将设置结果提交CAD/CAM系统进行刀轨的计算。
这一过程是由CAD/CAM软件自动完成的。
1.1.6刀具路径检验
为确保程序的安全性，必须对生成的刀轨进行检查校验，检查有无过切或者加工不到位，同时检查是否会发生与工件及夹具的干涉。
校验的方式有：
（1）直接查看。
通过对视角的转换、旋转、放大、平移直接查看生成的刀具路径，适于观察其切削范围有无越界，及有无明显异常的刀具轨迹。
（2）手工检查。
对刀具轨迹进行逐步观察。
（3）实体模拟切削，进行仿真加工。
直接在计算机屏幕上观察加工效果，这个加工过程与实际机床加工过程十分类似。
对检查中发现问题的程序，应调整参数设置，重新进行计算后再作检验。
1.1.7后处理
后处理实际上是一个文本编辑处理过程，其作用是将计算出的刀轨（刀位运动轨迹）以规定的标准格式转化为NC代码并输出保存。
在后处理生成数控程序之后，还需要检查这个程序文件，特别对程序头及程序尾部分的语句进行检查，如有必要可以修改。
这个文件可以通过传输软件传输到数控机床的控制器上，由控制器按程序语句驱动机床加工。
在上述过程中，编程人员的工作主要集中在加工工艺分析和规划、参数设置这两个阶段，其中工艺分析和规划决定了刀轨的质量，参数设置则构成了软件操作的主体。
1.2数控程序的质量及程序员的培训
1.2.1数控程序的质量
NC程序的质量是衡量NC程序员水平的关键指标，其判定标准可归纳为：
（1）完备性：
即不存在加工残留区域。
（2）误差控制：
包括插补误差控制、残余高度（表面粗糙度）控制等。
（3）加工效率：
即在保证加工精度的前提下加工程序的执行时间。
（4）安全性：
指程序对可能出现的让刀、漏刀、撞刀及过切等不良现象的防范措施和效果。
（5）工艺性：
包括进/退刀、刀具选择、加工工艺规划（如加工流程及余量分配等）、切削方式（刀轨形式选择）、接刀痕迹控制以及其他各种工艺参数（如进给速度、主轴转速、切削方向、切削深度等）的设置等。
（6）其他：
如机床及刀具的损耗程度、程序的规范化程度等。
在评价NC程序质量的各项指标中，有一部分存在着一定程度的矛盾。
例如，残余高度决定了加工表面的光洁度，从加工质量来看，残余高度越小，加工表面质量越高，但加工效率就会降低。
所以，在进行NC编程时，不应片面追求加工效率，而应综合权衡各项指标，在满足产品的质量要求及一定的加工可靠性的基础上提高加工效率。
1.2.2NC程序员的要求
作为一名高水平的NC程序员应当具备以下条件：
（1）掌握一定的基础知识，包括数控机床基本结构、NC加工基本原理、机械加工工艺及必要的CAD基础等。
（2）全面地理解和掌握NC编程的基本过程和关键技术。
（3）熟练运用一种CAD/CAM软件。
（4）有丰富的实际加工经验。
有时，还需要掌握一些相关学科（如模具等）的知识和经验。
判别一个NC程序员水平的依据主要有以下几条：
（1）所编NC程序的质量。
（2）NC编程的工作效率。
（3）NC编程的可靠性和规范化程度（包括工艺规划、数据文件管理、保存和交接的规范化程度等）。
为保证程序的质量和可靠性，在编程工作中应注意以下几点：
（1）要保持严谨细致的工作作风，对每个参数设置都应反复确认，刀轨计算完成后要进行必要的检查校验。
（2）NC编程操作应规范化和模式化。
即根据企业的特定条件制定出NC编程的技术规程，将各操作环节中具有共性的部分（如加工工艺、刀具等）模式化和规范化，这样可有效提高工作效率和可靠性。
（3）对重要的加工程序应进行试切检验。
数控编程人员必须掌握数控编程的相关基础知识，这样一方面有利于对数控编程软件中相关专业名词的理解，更为重要的是，对于数控程序基础知识的理解可以决定所编程序的质量及其加工效率。
1.2.3数控编程的学习
由于CAD/CAM技术在国内的应用起步较晚，因此在国内制造业对数控加工高速增长的需求形势下，数控编程技术人才出现了严重短缺，数控编程技术已成为就业市场上的需求热点。
学好数控编程技术需要具备以下几个基本条件：
（1）具有基本的学习资质，即学员具备一定的学习能力和预备知识。
（2）有条件接受良好的培训，包括选择好的培训机构和培训教材。
（3）在实践中积累经验。
学习数控编程技术，要求学员首先掌握一定的预备知识和技能，包括：
（1）基本的几何知识（高中以上即可）和机械制图基础。
（2）基础英语（高中以上即可）。
（3）机械加工常识。
（4）基本的三维造型技能。
选择培训教材应考虑的因素包括：
（1）教材的内容应适合于实际编程应用的要求，以目前广泛采用的基于CAD/CAM软件的交互式图形编程技术为主要内容。
在讲授软件操作、编程方法等实用技术的同时也应包含一定的基础知识，使读者知其然更知其所以然。
（2）教材的结构。
数控编程技术的学习是一个分阶段不断提高的过程，因此教材的内容应按不同的学习阶段进行合理的分配。
同时，从应用角度对内容进行系统的归纳和分类，便于读者从整体上理解和记忆。
数控编程的学习内容和学习过程基本可以归纳为3个阶段：
第1阶段：
基础知识的学习，包括数控加工原理、数控程序、数控加工工艺等方面的基础知识。
第2阶段：
数控编程技术的学习，在初步了解手工编程的基础上，重点学习基于CAD/CAM软件的交互式图形编程技术。
第3阶段：
数控编程与加工练习，包括一定数量的实际产品的数控编程练习和实际加工练习。
同其他知识和技能的学习一样，掌握正确的学习方法对提高数控编程技术的学习效率和质量起着十分重要的作用。
下面是几点建议：
（1）集中精力打歼灭战，在一个较短的时间内集中完成一个学习目标，并及时加以应用，避免进行马拉松式的学习。
（2）对软件功能进行合理的分类，这样不仅可提高记忆效率，而且有助于从整体上把握软件功能的应用。
（3）从一开始就注重培养规范的操作习惯，培养严谨、细致的工作作风，这一点往往比单纯学习技术更为重要。
（4）将平时所遇到的问题、失误和学习要点记录下来，这种积累的过程就是水平不断提高的过程。
需要特别指出的是，实践经验是数控编程技术的重要组成部分，只能通过实际加工获得，这是任何一本数控加工培训教材都不可能替代的。
虽然本书充分强调与实践相结合，但应该说在不同的加工环境下所产生的工艺因素变化是很难用书面形式来表述完整的。
最后，如同学习其他技术一样，要做到“在战略上藐视敌人，在战术上重视敌人”，既要对完成学习目标树立坚定的信心，同时又脚踏实地地对待每一个学习环节。
交互式图形编程技术的学习（也就是我们常说的CAM编程的要点）可分三个方面：
一是学习CAD/CAM软件应重点把握核心功能的学习，因为CAD/CAM软件的应用也符合所谓的“20/80原则”，即80%的应用仅需要使用其20%的功能。
二是培养标准化、规范化的工作习惯。
对于常用的加工工艺过程应进行标准化的参数设置，并形成标准的参数模板，在各种产品的数控编程中尽可能直接使用这些标准的参数模板，以减少操作复杂度，提高可靠性。
三是重视加工工艺的经验积累，熟悉所使用的数控机床、刀具、加工材料的特性，以便使工艺参数设置更为合理。
1.3CAD/CAM软件数控编程
功能分析及软件简介
CAD/CAM软件发展到今天，已经变得相当成熟。
各种CAD/CAM软件的功能十分繁杂多样，以至于其用户手册的内容往往庞大到无法作为用户的学习用书，而只能作为功能使用的参考资料。
然而，CAD/CAM软件的NC编程功能往往是面向许多种类的加工需求的，如数控车、铣（又分2轴、3轴及多轴加工）、线切割等。
对于一个具体的使用者而言，一般只需要掌握其中一种类型的数控编程即可满足实际工作的需要。
例如对于模具制造企业的数控铣加工NC编程人员，只要掌握2轴及3轴加工的交互式图形编程方法就可以了。
而且，大多数软件所提供的核心功能是基本相同的，只要掌握了这些基本功能，加上良好的操作习惯和一定的工艺经验，就完全能够编制出优良的数控程序。
1.3.1CAD/CAM软件功能
对于2轴及3轴数控铣加工，特将现有的CAD/CAM软件所提供的基本功能概括分类如下：
（1）三维造型功能：
如前所述，加工表面的几何信息是CAD/CAM软件进行加工刀轨计算的依据。
因此CAD/CAM软件至少能够提供基本的曲面造型功能。
（2）参数管理：
参数（如加工对象、刀具参数、加工工艺参数等）的设置是交互式图形编程的主要内容，因此也是CAD/CAM软件数控编程的主要功能组成部分。
它包括参数输入、修改、管理、优化等。
（3）刀位点计算：
根据用户设定的加工参数和加工对象计算出刀位点，由于刀位点计算是数控编程中最重要和最复杂的工作环节，因此它也是利用CAD/CAM软件进行交互式图形编程的最明显的优势。
（4）仿真：
以图形化的方式直观、逼真地模拟加工过程，以检验所编写的NC程序是否存在问题。
（5）刀轨的编辑和修改：
提供多种编辑手段（如增加、删除、修改刀轨段等）使用户对编制的数控刀轨进行修改。
（6）后处理：
CAD/CAM软件计算出的刀轨包含了大量刀位点的坐标值，后处理的作用就是将这些刀位点坐标值按标准的格式“填写”到数控程序中，得到程序的主体内容。
它实际上是一个文字处理过程。
当然，还需要在程序的开头和结尾加上一些辅助指令，如在程序开始加上冷却液开、在程序结束部分加上冷却液关等。
（7）工艺文档生成：
将机床操作人员所需要的工艺信息（如程序名称、加工次序、刀具参数等）编写成标准、规范的文档。
这一功能虽然简单，但它在保证编程人员与机床操作人员的配合，避免失误上有着重要的作用。
1.3.2常用CAD/CAM软件简介
目前CAD/CAM软件种类繁多，基本上都能够很好地承担交互式图形编程的任务。
这里仅对最常见的4种软件进行简单的介绍。
（1）Unigraphics（UG）：
属于EDS公司，是世界上处于领导地位的、最著名的几种大型CAD/CAM软件之一，具有强大的造型能力和数控编程能力，功能繁多。
最新版本为UGNX2。
（2）Cimatron：
属于1982年成立的以色列Cimatron公司，该软件具有功能齐全、操作简便、学习简单、经济实用的特点，受到小型加工企业特别是模具企业的欢迎，在我国有广泛的应用。
最新版本为Cimatronit13和CimatronE4.2。
其中CimatronE是基于Windows平台开发的。
（3）MasterCAM：
是美国CNCSoftware公司研制开发的CAD/CAM系统，它从一开始就是在Windows平台下开发的软件，分成DESIGN设计模块，MILL铣床加工模块，LATHE车床加工模块和WIRE线切割加工模块。
也是一种简单易学、经济实用的小型CAD/CAM软件。
最新版本为MasterCAM9.x。
（4）CAXAME制造工程师：
是我国北京北航海尔软件有限公司开发的一款CAD/CAM软件，作为国产CAD/CAM软件的代表，充分考虑中国特色，符合国内工程师的操作习惯。
高效易学（宣称“1天学会编程”），为数控加工行业提供了从造型、设计到加工代码生成、加工仿真、代码校验等一体化的解决方案。
其他常用的CAD/CAM软件还包括DASAL公司的CATIA、DELCAM公司的POWERMILL、PTC公司的PRO/E和HZS公司的SPACE-E等，本书不再一一介绍。
1.3.3MasterCAM的特点
MasterCAM是美国CNCSoftware公司研制开发的CAD/CAM系统。
MasterCAM包括3大模块：
DESIGN、LATHE和MILL。
是一套兼有CAD和CAM功能的套装软件。
MasterCAM作为基于PC平台开发的CAD/CAM软件，虽然不如工作站软件功能全、模块多，但就其性价比来说更有灵活性。
MasterCAM对硬件要求较低，且具有操作灵活、易学易用的特点，能使企业很快见到效益。
可以在Windows98，Windows2000和WindowsNT等操作环境下运行，MasterCAM由于其价格相对较低，又是在PC平台下应用，硬件投入小，所以有着巨大的发展潜力。
MasterCAM的当前最新版本是9.x，目前较为常用的是8.0版本，它们在操作上总体区别不大。
本书将以MasterCAM9.1英文版为基础进行讲述。
在DESIGN模块中不仅可以设计编辑复杂的二维、三维空间曲线，还能生成方程曲线，同时其尺寸标注、注释等也较为方便。
在其曲面造型功能中，采用NURBS、PARAMETRICS等数学模型，有十多种生成曲面方法，还具有曲面修剪、曲面倒圆角、曲面偏移、延伸等编辑功能，并可以进行实体造型，同时提供了可靠的数据交换功能。
在MasterCAM中可以直接输入中文，并支持Turetype字体。
MILL模块主要用于生成铣削加工刀具路径。
MasterCAM支持2轴、3轴、4轴和5轴加工程序的编制，可以直接加工曲面及实体，提供多种刀具路径形式和走刀方式，同时还提供了刀具路径的管理和编辑、路径模拟、实体加工模拟及后处理等功能，MasterCAM还可以直接与机床控制器进行通信。
LATHE模块主要用于生成车削加工刀具路径。
具备精车、粗车、车螺纹、径向切槽、钻孔和镗孔等加工功能。
在最新的9.x版本中，还有WIRE线切割加工模块与ROUTER冲床加工模块。
MILL铣床模块和LATHE车床模块中包含DESIGN设计模块。
MasterCAM的MILL模块支持2轴、3轴和多轴铣床加工系统。
2轴铣床加工包括外形铣削、口袋加工、钻孔、面铣削和全圆铣削等类型。
表1-1列出了MasterCAM2轴铣的各种形式及其特点。
进行2轴铣床加式程序的编写时，先在菜单上选择刀具路径Toolpaths，然后选择需要建立的刀具路径类型。
表1-12轴加工类型
加工模组
特点
Face
面铣削
生成工件表面的同一高度内铣削的刀具路径
Contour
外形加工
生成沿轮廓线进行铣削的刀具路径
Pocket
口袋加工
生成用于切除封闭轮廓所包围的材料的刀具路径
Circtlpths
全圆铣削
生成以圆弧为几何模型的沿圆弧进行切削的加工刀具路径，包括全圆切削或螺旋切削、自动钻孔
Drill
钻孔
用于生成孔加工刀具路径，包括钻孔、镗孔和攻牙等，它是以点为加工元素的
MasterCAM的3轴铣床加工包括多重曲面的粗加工、精加工多轴加工和线架加工。
线加工相当于选用线架进行造型的方法造出曲面来进行加工。
多轴加工指4轴或5轴机床加工，即除了刀轴相对于工件3个方向的移动外还增加了刀轴的转动和摆动。
曲面加工系统可用来生成加工曲面、实体或实体表面的刀具路径。
大多数曲面加工都需要通过粗加工和精加工来完成，MasterCAM共提供了7种粗加工和10种精加工类型。
在主菜单依次选取ToolPaths→Surface→Rough选项可打开如图1-2（a）所示的曲面粗加工子菜单，该子菜单中包含了7个曲面粗加工类型，各种加工类型分别有自身的特点，生成的刀具路径也不相同，因此其适用的范围也有所区别。
曲面粗加工类型的加工模组和特点如表1-2所示。
（a）
（b）
图1-2曲面加工选项
在主菜单依次单击ToolPaths→Surface→Finish选项可打开如图1-2（b）所示的曲面精加工子菜单，该子菜单中包含了10个曲面精加工类型，各种加工类型分别有自身的特点，生成的刀具路径也不相同，因此其适用的范围也有所区别。
曲面精加工类型的加工模组和特点如表1-3所示。
表1-2曲面粗加工类型
Parallel
平行式粗加工
生成一组相互平行切削的粗加工刀具路径
Radial
放射状粗加工
生成放射状的粗加工刀具路径
Project
投影粗加工
将已有的刀具路径或几何图形投影到曲面上生成粗加工刀具路径
Flowline
流线粗加工
沿曲面流线方向生成粗加工刀具路径
等高线粗加工
沿曲面的等高线生成粗加工刀具路径
口袋式粗加工
切削所有位于曲面与凹槽边界材料生成粗加工刀具路径
Plunge
插削式粗加工
依曲面形态，在Z方向下降生成粗加工刀具路径
表1-3曲面精加工类型
平行式精加工
生成一组按特定角度相互平行切削的精加工刀具路径
Par.Steep
陡斜面精加工
生成用于清除曲面斜坡上残留材料的精加工刀具路径
放射状精加工
生成放射状的精加工刀具路径
投影精加工
将已有的刀具路径或几何图形投影到曲面上生成精加工刀具路径
流线精加工
沿曲面流线方向生成精加工刀具路径
等高线精加工
沿曲面的等高线生成精加工刀具路径
Shallow
浅面精加工
生成用于清除曲面浅面部分残留材料的精加工刀具路径，浅面面积由两斜坡角度决定
Pencil
交线清角精加工
生成用于清除曲面间交角部分残留材料的精加工刀具路径
Leftover
残料精加工
生成用于清除因
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