MasterCAM在数控加工的应用.docx
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MasterCAM在数控加工的应用
紫琅职业技术学院
毕业论文
题目：
MasterCAM在数控加工的应用
副标题：
学生姓名：
陆志浩
所在系、专业：
机电工程系、数控技术专业
班级：
数控3081
指导教师：
赵旭、刘锡宏
日期：
2011年6月9日
摘要
此次论文针对CAM的应用与发展，及在数控机床中的应用。
数控技术在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。
数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。
它的发展是信息技术（1T）与制造技术（MT）结合发展的结果。
现代的CAD/CAM、FMS、CIMS、敏捷制造和智能制造技术。
在利用CAD/CAM等软件的应用制造简便易行，能极大的提高生产效率，CAM是英文“计算机辅助制造”的英文字头。
CAM是利用三维图直接用数控设备加工的技术，CAM是事用来自动编程的一种软件，只要你把工件的立体图画出来在经过一步一步的处理就可也得出加工的完整程序来了。
所以是一种很常用的方法。
我国数控技术从起步到飞跃的发展，历经了半个多世纪，近几年来，在一些应用软件的帮助下，我国的机械技术有很好的发展，水平有了很大的提高。
关键词：
CAM技术；工艺方案及应用；工艺分析
Abstract
ThispaperCAMapplicationanddevelopmentandtheapplicationandthenumericalcontrolmachine.Numericalcontroltechnologyintoday'smechanicalmanufacturingtheimportantpositionandgreatbenefit,showsitsinthenationalbasicindustrymodernizationstrategicfunction,andhasbecomeatraditionalmechanicalmanufacturingindustryupgradingtransformationandrealizingautomation,flexibilityandanimportantmeansofintegratedproductionandflags.Numericalcontroltechnologyandthewideapplicationofnumericalcontrolmachineformachinerymanufacturing,industrialstructureandproducttypesandlevelsandproductionmethodsbroughttherevolutionarychange.Itisthedevelopmentoftheinformationtechnology（1T）andmanufacturingtechnology（MT）combinedwithdevelopmentresult.ModernCAD/CAM,FMS,CIMS,agilemanufacturingandintelligentmanufacturetechnology.
Inuse,suchasCAD/CAMsoftwareapplicationmanufacturingwassimpleandcangreatlyincreasetheproductionefficiency,CAMisEnglish"computeraidedmanufacturing"English".CAMisusingthree-dimensionalgraphwithCNCequipmentdirectlyprocessingtechnical,CAMisusedforautomaticprogrammingasoftware,aslongasyouputinthethree-dimensionaldrawingworkpiecestepbystepoutthroughthatcanalsohandletheintegrityoftheprogramtotheprocessing.Soit'saverycommonmethods.
Ournumericalcontroltechnologyfromthestarttoleapdevelopment,aftermorethanhalfacentury,inrecentyears,underthehelpofsomeapplicationsoftware,Chinamechanicaltechnologyhasverygooddevelopment,levelhasimprovedalot.
Keywords:
CAMtechnology,processschemeandapplication,processanalysis
目录
摘要I
AbstractII
目录I
1、CAM的概述1
1.1CAM的基本概念1
1.2CAM的技术应用2
1.3CAM软件分类2
1.3.1高档CAD/CAM软件2
1.3.2中档CAD/CAM软件3
1.3.3相对独立的CAM软件3
1.3.4国内CAD/CAM软件3
1.4CAM的发展趋势3
1.4.1集成化3
1.4.2网络化3
1.4.3智能化4
2、工艺分析与选择5
2.1图纸分析5
2.2装夹方案的确定5
2.3刀具选择5
2.4切削用量选择6
2.5拟定数控加工工序卡6
3、CAM的应用实例8
3.1进入造型模块8
3.2凸台挤出特征造型10
4、CAM的后置加工12
致谢17
参考文献18
1、CAM的概述
1.1CAM的基本概念
CAM（computerAidedManufacturing，计算机辅助制造）：
利用计算机来进行生产设备管理控制和操作的过程。
它输入信息是零件的工艺路线和工序内容，输出信息是刀具加工时的运动轨迹（刀位文件）和数控程序。
CAM系统一般具有数据转换和过程自动化两方面的功能。
CAM所涉及的范围，包括计算机数控，计算机辅助过程设计。
计算机辅助制造系统是通过计算机分级结构控制和管理制造过程的多方面工作，它的目标是开发一个集成的信息网络来监测一个广阔的相互关联的制造作业范围，并根据一个总体的管理策略控制每项作业。
从自动化的角度看，数控机床加工是一个工序自动化的加工过程，加工中心是实现零件部分或全部机械加工过程自动化，计算机直接控制和柔性制造系统是完成一族零件或不同族零件的自动化加工过程，而计算机辅助制造是计算机进入制造过程这样一个总的概念。
一个大规模的计算机辅助制造系统是一个计算机分级结构的网络，它由两级或三级计算机组成，中央计算机控制全局，提供经过处理的信息，主计算机管理某一方面的工作，并对下属的计算机工作站或微型计算机发布指令和进行监控，计算机工作站或微型计算机承担单一的工艺控制过程或管理工作。
计算机辅助制造系统的组成可以分为硬件和软件两方面：
硬件方面有数控机床、加工中心、输送装置、装卸装置、存储装置、检测装置、计算机等，软件方面有数据库、计算机辅助工艺过程设计、计算机辅助数控程序编制、计算机辅助工装设计、计算机辅助作业计划编制与调度、计算机辅助质量控制等。
到目前为止，计算机辅助制造（CAM，ComputerAidedManufacturing）有狭义和广义的两个概念。
CAM的狭义概念指的是从产品设计到加工制造之间的一切生产准备活动，它包括CAPP、NC编程、工时定额的计算、生产计划的制订、资源需求计划的制订等。
这是最初CAM系统的狭义概念。
到今天，CAM的狭义概念甚至更进一步缩小为NC编程的同义词。
CAPP已被作为一个专门的子系统，而工时定额的计算、生产计划的制订、资源需求计划的制订则划分给MRPⅡ/ERP系统来完成。
CAM的广义概念包括的内容则多得多，除了上述CAM狭义定义所包含的所有内容外，它还包括制造活动中与物流有关的所有过程（加工、装配、检验、存贮、输送）的监视、控制和管理。
CAD/CAM（计算机辅助设计/制造）与PDM（产品数据管理）构成了一个现代制造型企业计算机应用的主干。
对于制造行业，设计、制造水平和产品的质量、成本及生产周期息息相关。
人工设计、单件生产这种传统的设计与制造方式已无法适应工业发展的要求。
采用CAD/CAM的技术已成为整个制造行业当前和将来技术发展的重点。
CAM与CAD密不可分，甚至比CAD应用得更为广泛。
几乎每一个现代制造企业都离不开大量的数控设备。
随着对产品质量要求的不断提高，要高效地制造高精度的产品，CAM技术不可或缺。
设计系统只有配合数控加工才能充分显示其巨大的优越性。
另一方面，数控技术只有依靠设计系统产生的模型才能发挥其效率。
所以，在实际应用中，二者很自然地紧密结合起来，形成CAD/CAM系统，在这个系统中设计和制造的各个阶段可利用公共数据库中的数据，即通过公共数据库将设计和制造过程紧密地联系为一个整体。
数控自动编程系统利用设计的结果和产生的模型，形成数控加工机床所需的信息。
CAD/CAM大大缩短了产品的制造周期，显著地提高产品质量，产生了巨大的经济效益。
CAD/CAM技术已经是一个相当成熟的技术。
波音777新一代大型客机以4年半的周期研制成功，采用的新结构、新发动机、新的电传操纵等都是一步到位，立刻投入批量生产。
飞机出厂后直接交付客户使用，故障返修率几乎为零。
媒介宣传中称之为"无纸设计"，而波音公司本身认为，这主要应归功于CAD/CAM设计制造一体化。
1.2CAM的技术应用
CAD/CAM（计算机辅助设计及制造）技术产生于本世纪50年代后期发达国家的航空和军事工业中，随着计算机软硬件技术和计算机图形学技术的发展而迅速成长起来。
三十几年来CAD技术和系统有了飞速的发展，CAD/CAM的应用迅速普及。
在工业发达国家，CAD/CAM技术的应用已迅速从军事工业向民用工业扩展，由大型企业向中小企业推广，由高技术领域的应用向日用家电、轻工产品的设计和制造中普及。
而且这一技术正在从发达国家'流向'发展中国家。
CAM在机械制造行业的应用最早，也最为广泛。
采用CAM技术进行产品设计不但可以使设计人员'甩掉图板'，更新传统的设计思想，实现设计自动化，降低产品的成本，提高企业及其产品在市场上的竞争能力；还可以使企业由原来的串行式作业转变为并行作业，建立一种全新的设计和生产技术管理体制，缩短产品的开发周期，提高劳动生产率。
如今世界各大航空、航天及汽车等制造业巨头不但广泛采用CAD/CAM技术进行产品设计，而且投入大量的人力物力及资金进行CAD/CAM软件的开发，以保持自己技术上的领先地位和国际市场上的优势
近十年来，在CIMS工程和CAM应用工程的推动下，我国计算机辅助设计技术应用越来越普遍，越来越多的设计单位和企业采用这一技术来提高设计效率、产品质量和改善劳动条件。
目前，我国从国外引进的CAM软件有好几十种，国内的一些科研机构、高校和软件公司也都立足于国内，开发出了自己的CAM软件，并投放市场，我国的CAM技术应用呈现出一片欣欣向荣的景象
1.3CAM软件分类
1.3.1高档CAD/CAM软件
高档CAM软件的代表有Unigraphics、I-DEASPro/Engineer、CATIA等。
这类软件的特点是优越的参数化设计、变量化设计及特征造型技术与传统的实体和曲面造型功能结合在一起，加工方式完备，计算准确，实用性强，可以从简单的2轴加工到以5轴5联动方式来加工极为复杂的工件表面，并可以对数控加工过程进行自动控制和优化，同时提供了二次开发工具允许用户扩展UG的功能。
是航空、汽车、造船行业的首选CAD/CAM软件。
1.3.2中档CAD/CAM软件
CIMATRON是中档CAD/CAM软件的代表。
这类软件实用性强，提供了比较灵活的用户界面，优良的三维造型、工程绘图，全面的数控加工，各种通用、专用数据接口以及集成化的产品数据管理。
1.3.3相对独立的CAM软件
相对独立的CAM系统有Mastercam、Surfcam等。
这类软件主要通过中性文件从其它CAD系统获取产品几何模型。
系统主要有交互工艺参数输入模块、刀具轨迹生成模块、刀具轨迹编辑模块、三维加工动态仿真模块和后置处理模块。
主要应用在中小企业的模具行业。
1.3.4国内CAD/CAM软件
国内CAD/CAM软件的代表有CAXA-ME、金银花系统等,如图4。
这类软件是面向机械制造业的自主开发的、中文界面、三维复杂形面CAD/CAM软件，具备机械产品设计、工艺规划设计和数控加工程序自动生成等功能。
这些软件价格便宜，主要面向中小企业，符合本国国情和标准，所以受到了广泛的欢迎，赢得了越来越大的市场份额。
1.4CAM的发展趋势
1.4.1集成化
集成化是CAD/CAM技术发展的一个最为显著的趋势。
它是指把CAD、CAE、CAPP、CAM以至PPC（生产计划与控制）等各种功能不同的软件有机地结合起来，用统一的执行控制程序来组织各种信息的提取、交换、共享和处理，保证系统内部信息流的畅通并协调各个系统有效地运行。
国内外大量的经验表明，CAD系统的效益往往不是从其本身，而是通过CAM和PPC系统体现出来；反过来，CAM系统如果没有CAD系统的支持，花巨资引进的设备往往很难得到有效地利用；PPC系统如果没有CAD和CAM的支持，既得不到完整、及时和准确的数据作为计划的依据，订出的计划也较难贯彻执行，所谓的生产计划和控制将得不到实际效益。
因此，人们着手将CAD、CAE、CAPP、CAM和PPC等系统有机地、统一地集成在一起，从而消除“自动化孤岛”，取得最佳的效益。
1.4.2网络化
21世纪网络将全球化，制造业也将全球化，从获取需求信息，到产品分析设计、选购原辅材料和零部件、进行加工制造，直至营销，整个生产过程也将全球化。
CAD/CAM系统的网络化能使设计人员对产品方案在费用、流动时间和功能上并行处理的并行化产品设计应用系统；能提供产品、进程和整个企业性能仿真、建模和分析技术的拟实制造系统；能开发自动化系统，产生和优化工作计划和车间级控制，支持敏捷制造的制造计划和控制应用系统；能对生产过程中物流进行管理的物料管理应用系统等。
1.4.3智能化
人工智能在CAD中的应用主要集中在知识工程的引入，发展专家CAD系统。
专家系统具有逻辑推理和决策判断能力。
它将许多事实和有关专业范围内的经验、准则结合在一起,给设计者更全面，更可靠的指导。
应用这些事实和启发准则，根据设计的目标不断缩小探索的范围，使问题得到解决。
2、工艺分析与选择
图2-1零件图
2.1图纸分析
该零件图如图2-1所示主要由平面、孔系及外轮廓组成，内孔表面的加工方法有钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、拉孔、磨孔及光加工方法选择原则，中间¢26孔的尺寸公差为H7，表面粗糙度要求较高，可采用粗铣——精铣方案。
底角¢8通孔处没有尺寸公差要求，可采用自由尺寸公差IT11-IT12处理，表面粗糙度要求不高，；平面轮廓常采用的加工方法有数控铣、线切割及磨削等。
在本设计中，平面与外轮廓表面粗糙度要求Ra6.3mm,可采用粗铣——精铣方案。
选择以上方法完全可以保证尺寸、形状精度和表面粗糙度要求。
2.2装夹方案的确定
由于夹具决定了零件在数控机床坐标系中的位置，因而根据要求夹具能保证零件在机床坐标系的正确坐标方向，同时协调零件与机床坐标系的尺寸。
由于本零件外形规则故选择平口钳装夹即可。
2.3刀具选择
刀具的选择是数控加工中重要的工艺内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。
编程时，选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。
与传统的加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高，不仅要求精度高、刚度高、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。
这就要求采用新型优质材料制造数控加工刀具，并优选刀具参数。
选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。
生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀，铣削平面时应选硬质合金刀片铣刀；加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀，对一些主体型面和斜角轮廓形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、鼓形刀、锥形刀和盘形刀。
曲面加工常采用球头铣刀，但加工曲面较低平坦部位时，刀具以球头顶端刃切削，切削条件较差，因而采用环形铣刀。
具体刀具选择见表2-1。
表2-1刀具的选择
序号
刀具编号
刀具规格名称
数量
加工表面
刀尖半径
备注
1
T01
¢125mm硬质合金端面铣刀
1
铣削上下表面
0.5
2
T02
¢8钻头
1
钻¢8通孔
3
T03
¢10硬质合金立铣刀
1
¢26内孔
0.2
4
T03
¢10硬质合金立铣刀
1
内部多边形
0.2
5
T03
¢10硬质合金立铣刀
1
铣削外轮廓
0.2
2.4切削用量选择
切削用量包括主轴转速（切削速度）、切削深度或宽度、进给速度（进给量）等。
切削用量的大小对切削力、切削速率、刀具磨损、加工质量和加工成本均有显著影响。
对于不同的加工方法，需选择不同的切削用量，并应编入程序单内。
合理选择切削用量的原则是：
粗加工时，一般以提高生产率为主，但也考虑经济性和加工成本；半精加工或精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。
具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。
切削用量参数如表2-2所示。
表2-2切削用量参数
刀具编号
加工内容
刀具参数
主轴转速S
/（r/min）
进给量f
/（mm/min）
01
铣平面
端面铣刀
1800
150
02
¢8通孔
¢8钻头
1500
100
03
¢26孔
¢10硬质合金立铣刀
2000
150
03
内部多边形
¢10硬质合金立铣刀
2000
150
03
铣削外形轮廓
¢10硬质合金立铣刀
2000
150
2.5拟定数控加工工序卡
加工顺序的选择直接影响到零件的加工质量、生产效率和加工成本。
按照基面先行、先面后孔、先主后次、先粗后精的原则确定加工顺序，工序卡如表2-3所示。
表2-3数控加工工序卡
工步号
工步内容
刀具号
刀具规格
（mm）
主轴转速
r/min
进给速度mm/min
背吃刀量
（mm）
备注
01
粗铣定位基准面（底面）
T01
¢125
1800
150
4
02
粗铣上表面
T01
¢125
1800
150
4
03
精铣上表面
T01
¢125
1800
100
0.5
04
钻¢8通孔
T02
¢8
1500
100
5
05
粗铣¢26孔
T02
¢10
2000
150
11
06
精铣¢26孔
T03
¢10
2000
100
22
07
粗铣内部多边形
T03
¢10
2000
150
11
08
精铣内部多边形
T03
¢10
2000
100
22
09
粗铣外轮廓
T03
¢10
2000
150
11
10
精铣外轮廓
T03
¢10
2000
100
22
3、CAM的应用实例
3.1进入造型模块
（1）底部矩形的造型。
绘图步骤：
1）进入MasterCAM绘图界面，采用矩形命令绘制图纸90*90外边框矩形。
2）矩形命令中参数设置为：
矩形宽度为90，高度为90，勾选角落倒圆倒角复选框并设置圆角半径为8。
3）采用抓点方式为原点方式设置矩形中心。
4）完成矩形图形的绘制。
（2）四角直径8mm圆孔及中心直径26mm圆孔。
绘图步骤:
1）进入MasterCAM绘图界面,采用圆弧命令绘制图纸中心直径为26的圆孔。
2）圆孔命令中选择点直径圆输入圆孔直径26。
3）采用抓点方式为原点方式设置圆孔中心。
4）返回上一级菜单
5）采用圆弧命令绘制图纸中心直径为26的圆孔。
6）圆孔命令中选择点直径圆输入圆孔直径8。
7）采用抓点方式为任意点输入X35，Y35。
8）完成圆弧图形的绘制。
9）利用镜像命令选取直径8的圆生成关于X轴的圆。
10）再次利用镜像命令选取这2个直径8的圆生成关于Y轴的圆。
11）完成四角直径8mm圆孔及中心直径26mm圆孔的绘制。
（3）底角尺寸的绘制。
绘图步骤：
1）进入MasterCAM修整界面,采用平移命令。
2）选取X轴上直线。
3）在直角坐标命令下的信息提示区输入平移向量25。
4）向X轴正负平移复制。
5）完成直线关于X轴的平移绘制。
（4）尺寸图形的打断。
绘图步骤：
1）进入MasterCAM修整界面，采用打断命令。
2）选择在交点处打断。
3）选取通过平移得到的直线。
4）点击完成尺寸图形的打断。
（5）轮廓倒圆角。
绘图步骤：
1）进入MasterCAM修整界面,采用倒圆角命令。
2）设置圆角半径10。
3）修整方式Y。
4）选取刚刚打断的直线段。
5）完成轮廓倒圆角的绘制。
（6）修剪多余图素
绘图步骤：
1）进入MasterCAM修整界面,采用修剪命令。
2）选择修剪延伸，单一物体修剪。
3）选择需要修剪的图素，左击刚刚倒圆的直线右击90*90的外边框直线。
4）完成修剪多余图素的绘制。
（7）工件内部多边形的绘制
绘图步骤：
1）进入MasterCAM绘图界面,采用直线命令画出水平线X10，X-10，X35，X-35四条直线。
2）采用直线命令画出垂直线Y10，Y-10，Y35，Y-35四条直线。
3）进入MasterCAM绘图界面,采用圆弧命令。
4）选取切弧，切三物体。
5）依次选择直线Y-10，X35，Y10。
6）完成绘制。
7）同理画出另外3个。
8）进入修整界面,采用打断命令。
9）选择在交点处打断。
10）选取通过平移得到的直线。
11）点击完成尺寸图形的打断。
12）进入修整界面,采用倒圆角命令。
13）设置圆角半径10。
14）修整方式Y。
15）选取刚刚打断的直线段。
16）完成轮廓倒圆角的绘制
17）进入修整界面,采用修剪命令，单一物体修剪。
18）选择需要修剪的图素及删除，完成修剪多余图素的绘制。
最终二维图形绘制效果图如图3-1所示。
图3-1工件底部造型的绘制
3.2凸台挤出特征造型
（1）底角的挤出
实体生成步骤：
1）进入MasterCAM实体界面,采用挤出命令。
2）选择要挤出的底角串连图素。
3）设置挤出参数,距离为1.5。
4）选择更改方向,这样生成的实体向Z轴负方向
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