基于Mastercam的零件车削编程.docx
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基于Mastercam的零件车削编程
湄洲湾职业技术学院
毕业设计（论文）
课题名称基于Mastercam的零件车削编程
系别机械工程系
专业数控技术
年级062
姓名乐秋萍
学号0604020225
指导教师毛晗
年月日
湄洲湾职业技术学院
目录
序言…………………………………………………………………
1.Mastercam概论……………………………………………….....
1.1Mastercam的简介……………………………...........................
1.2Mastercam的特点……………………………………………...
1.3Mastercam的界面……………………………...........................
2.数控自动编程原理………………………...…………....………..
2.1手动编程………………………………………………………..
2.2自动编程………………………………………………………..
2.3数控编程系统原理……………………………………………..
2.4数控自动编程的加工步骤……………………………………...
3.Mastercam软件的数据处理流程……………………………….
4.Mastercam的车削编程………………………………………….
4.1工艺过程的设计……………………………………………….
4.2工艺分析及处理………………………………………….........
序言
毕业设计论文是专科生培养方案中的重要环节。
学生通过毕业论文，综合性地运用几年内所学知识去分析、解决一个问题，在作毕业论文的过程中，所学知识得到疏理和运用，它既是一次检阅，又是一次锻炼。
不少学生在作完毕业设计后，感到自己的实践动手、动笔能力得到锻炼，增强了即将跨入社会去竞争，去创造的自信心。
毕业设计论文是专科学生在校学习期间最后一个综合性教学环节，目的是培养学生综合运用所学的基础理论、专业知识和基本技能，分析与解决实际问题的能力，使学生得到科学研究与科技开发的初步训练，综合检验学生所学知识和技能，以完成学生从学习岗位到工作岗位的初步过渡。
毕业设计论文教学是注重培养学生独立工作能力和创造力，培养学生在设计论文中具有全局观点、经济观点及注重社会效益，同时培养学生具有高尚的思想品质、严谨的科学态度、虚心好学协同工作的优良作风。
毕业设计论文教学环节是一个综合训练的环节，对学生的成长及适应社会需要具有深刻影响。
就我个人而言，我希望能通过这次毕业设计对自己从事的工作进行更深刻的了解，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力。
由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教。
基于Mastercam的零件车削编程
摘要：
本人这次的毕业设计论文题目是基于Mastercam的基础上进行零件数控自动编程，目的是为了将自己以往学习的内容全部灌输到这里，它将是一次检阅，也是一次锻炼，使我们能够系统地掌握数控专业中的零件编程技术，并与Mastercam设计软件相结合，提高了我们的数控技术零件设计的能力。
关键词：
Mastercam技术；零件程序的生成；数控加工；
1.Mastercam概论
1.1Mastercam的简介
Mastercam是美国CNCSoftware公司开发的基于PC平台的、集设计和制造于一体的CAD/CAM软件。
自问世以来，以其较低的价格和完善的功能，在CAD/CAM领域内具有较高的市场占有率。
该软件的图形界面简洁明快，菜单结构层次清晰，图标、热键方便灵活，易学易用。
Mastercam具有完善的零件造型功能，可设计出复杂的曲线、曲面以及各类3D实体模型。
使用Mastercam能够方便地实现型腔铣削、轮廓铣削以及点位加工，由于刀具路径具有相关性，型腔铣削、轮廓铣削和点位加工的刀具路径与被加工零件的模型相关一致。
当零件几何模型或加工参数修改后，Mastercam能迅速准确地自动更新相应的刀具路径，无需重新设计和计算刀具路径。
此外，Mastercam还具有强大的曲面粗加工功能，能够方便地提高粗加工的速度和效率。
Mastercam灵活丰富的曲面精加工功能更为加工复杂的零件提供了更大的选择空间。
Mastercam系统中，走刀路径与零件模型、刀具参数、加工参数的相关性，使您可以获取加工知识、积累加工经验。
加工零件时，可以在管理器中修改与走刀路径有关的各种数据：
几何模型、刀具参数、加工参数等，并可立即得到更新后的走刀路径，无需从头开始。
另外，它还能够把加工策里储存在数据库中，当加工新零件时,只需从库中选取相似的加工策路,作用于待加工零件，即可快速、便捷地生成加工程序。
1.2Mastercam的特点
Mastercam是一种功能强大CAD/CAM软件，由CAD和CAM两大部分组成，并分成Design（造型）,Mill（铣削加工）、Lathe（车削加工）和Wire（线切割）4个功能模块。
集设计与制造于一体，通过对所设计的零件进行加工工艺分析，并绘制几何图形及建模，以合理的加工步骤得到刀具路径，通过程序的后处理生成数控加工指令代码，输人到数控机床既可完成加工。
Mastercam所具有的优点如下：
（1）Mastercam除了可产生NC程序外，本身也具有CAD功能（2D、3D、图形设计、尺寸标注、动态旋转、图形阴影处理等功能）可直接在系统上制图并转换成NC加工程序，也可将用其他绘图软件绘好的图形，经由一些标准的或特定的转换文件如DXF文件（DrawingExchangeFile）、CADL文件（CADkeyAdvancedDesignLanguage）及IGES文件（InitialGraphicExchangeSpecification）等转换到Mastercam中，再生成数控加工程序。
（2）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控制器上所使用数控加工程序（NC代码）。
如FANUC、MELADS、AGIE、HITACHI等数控系统。
（3）Mastercam能预先依据使用者定义的刀具、进给率、转速等，模拟刀具路径和计算加工时间，也可从NC加工程序（NC代码）转换成刀具路径图。
（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）提供RS－232C接口通讯功能及DNC功能。
1.3Mastercam的界面
启动MastercamX后，计算机窗口将显示如图1-1所示的界面，这就是MastercamX的应用程序窗口，其显示的界面形式和Windows的其它应用软件相似，充分体现了MastercamX用户界面友好、易学易用的特点。
它的界面主要包括：
标题栏、菜单栏、工具栏、坐标输入及捕捉栏、目标选择栏
操作栏（工作条）操作命令记录栏、绘图区、状态栏、加工操作管理器/实体管理器的十项内容
图1-1MastercamX系统的窗口界面
2.数控自动编程原理
在进行自动编程时，程序员所要做的工作是根据图样和工艺要求，使用规定的编程语言，编写零件加工源程序，并将其输入编程机，编程机自动对输入的信息进行处理，即可以自动计算刀具中心运动轨迹、自动编辑零件加工程序并自动制作穿孔带等。
由于编程机多带有显示器，可自动绘出零件图形和刀具运动轨迹，程序员可检查程序是否正确，必要时可及时修改。
采用自动编程方式可极大地减少编程者的工作量，大大提高编程效率，而且可以解决用手工编程无法解决的复杂零件的编程难题。
2.1手动编程
我们在进行数控手工编程时，先是求出组成零件几何图形的基本线圆图素的节点（交点）坐标值，然后按数控程序的格式要求固定地排列起来，再少量地在某些部位嵌入一些加工工艺指令而已。
也就是说只要求出各交点坐标，则转化成数控程序是就相当于填表一样有规则。
且编程效率低、精度低、周期长，特别是对于较复杂零件的数控加工，诸如非圆曲线与曲面等零件的加工，手工编程已无法胜任此工作了。
2.2自动编程
自动编程就是利用计算机来计算这些交点，再按规律自动组成数控程序。
对于简单零件图形，由于各交点坐标很容易求出，通常都只需要采用手工编程即可，若用自动编程则感觉不出其优势，但对于复杂零件图形，由于交点坐标手工很难计算，所以往往需要借助于自动编程。
当然，对于简单图形，若需要经常性地进行数学变换，同样需要使用自动编程系统。
而且也大大的提高编程的效率与编程精度，因此，自动编程在数控加工中占有越来越重要的位置。
2.3数控编程系统原理
APT源程序
数控编程系统原理
2.4数控自动编程的加工步骤
为适应复杂形状零件的加工、多轴加工、高速加工，一般计算机辅助编程的步骤为：
（1）零件的几何建模
对于基于图纸以及型面特征点测量数据的复杂形状零件数控编程，其首要环节是建立被加工零件的几何模型。
（2）加工方案与加工参数的合理选择
数控加工的效率与质量有赖于加工方案与加工参数的合理选择，其中刀具、刀轴控制方式、走刀路线和进给速度的优化选择是满足加工要求、机床正常运行和刀具寿命的前提。
（3）刀具轨迹生成
刀具轨迹生成是复杂形状零件数控加工中最重要的内容，能否生成有效的刀具轨迹直接决定了加工的可能性、质量与效率。
刀具轨迹生成的首要目标是使所生成的刀具轨迹能满足无干涉、无碰撞、轨迹光滑、切削负荷光滑并满足要求、代码质量高。
同时，刀具轨迹生成还应满足通用性好、稳定性好、编程效率高、代码量小等条件。
（4）数控加工仿真
由于零件形状的复杂多变以及加工环境的复杂性，要确保所生成的加工程序不存在任何问题十分困难，其中最主要的是加工过程中的过切与欠切、机床各部件之间的干涉碰撞等。
对于高速加工，这些问题常常是致命的。
因此，实际加工前采取一定的措施对加工程序进行检验并修正是十分必要的。
数控加工仿真通过软件模拟加工环境、刀具路径与材料切除过程来检验并优化加工程序，具有柔性好、成本低、效率高且安全可靠等特点，是提高编程效率与质量的重要措施。
（5）后置处理
后置处理是数控加工编程技术的一个重要内容，它将通用前置处理生成的刀位数据转换成适合于具体机床数据的数控加工程序。
其技术内容包括机床运动学建模与求解、机床结构误差补偿、机床运动非线性误差校核修正、机床运动的平稳性校核修正、进给速度校核修正及代码转换等。
因此后置处理对于保证加工质量、效率与机床可靠运行具有重要作用
3.Mastercam软件的数据处理流程
MasterCAM是一种功能强大CAD/CAM软件，由CAD和CAM两大部分组成，并分成Design（造型）,Mill（铣削加工）、Lathe（车削加工）和Wire（线切割）4个功能模块。
集设计与制造于一体，通过对所设计的零件进行加工工艺分析，并绘制几何图形及建模，以合理的加工步骤得到刀具路径，通过程序的后处理生成数控加工指令代码，输人到数控机床既可完成加工。
MasterCAM软件由CAD模块绘制图形，存盘后保存为*.MCx（x为版本号，如MC7、MC8、MC9等）；进行加工刀路定义后，即可生成相对独立的*.NCI刀路数据文件，该文件存放了关于刀具、工艺参数、加工节点坐标等按照刀路定义顺序产生的一些格式固定的数据；最后需要生成NC程序时，由后置处理模块读取NCI文件中的数据，根据选用的机床数控系统后置处理文件（MP*.PST）的要求，编译组合成适于数控加工机床用的NC程序清单文件*.NC。
当然，MasterCAM中还有存放刀具参数、毛坯及刀具材质、配置系统状态、加工工艺表单等的一些数据格式文件。
图3-1MasterCAM软件的数据处理流程图
从图3-1MasterCAM软件的数据处理流程图可知，MasterCAM经刀路定义后生成的刀路数据文件NCI是不变的，最后生成NC程序时需要用到不同的后置处理格式文件*.PST，从而生成不同的NC格式程序代码。
系统提供适于各种不同数控系统的后置处理文件，如适于日本FANUC系统的MPFAN.PST，适于美国Dynapth数控系统的Mpdypth.pst，适于德国马豪数控系统的Mpmahoxy.pst、Mpmahoxz.pst，适于mazakm数控系统的Mpmazakm.pst等等。
尽管如此，由于我们所使用到的机床很多功能处理上经机床生产厂家做过各式各样的改变，可能无法直接使用由默认后置处理各式生成的NC程序，因此，研究探索后置处理文件就很有必要。
4．Mastercam的车削编程
在本节中将通过图4-1所示零件介绍Mastercam的车端面、粗车、精车、切槽、螺纹切削、和切断车削过程。
图4-1轴类零件
4.1工艺过程的设计
（一）确定毛坯的制造形式
该零件表面有圆柱、圆锥、顺圆弧、逆圆弧、及螺纹等表面组成。
尺寸标注完整，轮廓描述清楚。
零件的材料由于形状比较复杂,铸造设备简单,投资少,铸件形状与零件比较接近,为减少切削加工质量,节省金属材料,成本较低,所以选择铸造.无需热处理和硬度要求。
（二）基准面的选择
在零件加工过程中合理选择定位基准对保证零件加工质量是起着决定性的作用.选择合理,可提高生产效率.否则,就会使加工工艺过程问题百出,严重的还会造成零件大批报废,使生产无法进行.所以,基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。
1、粗基准的选择
按照粗基准的选择原则:
当零件有不加工表面时应以这些不加工表面作粗基准。
若零件有若干不加工表面时，粗基准的选择，应合理分配各加工表面的加工余量以保证各加工表面都有足够的余量，对某些重要的表面，尽量使其加工余量均匀，对导轨面且要求加工余量尽可能小一些，以便获得硬度和耐磨性更好的表面，使工件上各加工表面总的金属切除量最小。
作为粗基准的表面，应尽量平整，没有浇口、冒口或飞边等其它表面缺陷，以便使工件定位准确，夹紧可靠。
同一尺寸方向上的粗基准表面只可能使用一次。
2、精基准的选择
精基准的选择主要应该考虑基准重合的问题,当设计基准不重合时,应该进行尺寸换算。
它有基准重合原则、基准统一原则、互为基准原则、自为基准原则。
（三）制定工艺路线
制定工艺路线的出发点,应当是使零件的几何形状,尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证.尽量使工序集中,除此之外,还应考虑经济效率,以降低生产成本.。
4.2工艺分析及处理
4.2.1根据图纸要求和毛坏情况，先从右到左进行粗车（留0.2mm精车余量），按先主后次的加工原则确定工艺方案和加工路线。
（1）粗车端面
（2）对于轴类零件，轴心线为工艺基准，用三自定心卡盘夹持料棒一端使工件伸出卡盘180mm另一端用顶尖顶住，一次装夹完成精加工和螺纹加工。
（3）先从右至左切削外轮廓，其路线为：
车倒角---车削螺纹的实际外圆---车削倒角部分---车削Ф26的外圆---车削锥度部分---车削Ф36外圆---车削半径为15mm、25mm的圆弧---车削球形直径为50±0.05的圆弧----车Ф34外圆---车削锥度部分---车削Ф56的外圆。
（4）车M30×2的螺纹
（5）割断
4.2.2选择刀具并确定换刀点
（1）根据工件粗、精车均选用35°菱形涂层硬质合金外圆车刀，副偏角48°，刀尖半径0.4mm，为防止与工件轮廓发生干涉，应用Mastercam作图检验。
（2）车螺纹选用硬质合金60°外螺纹车刀，取刀尖圆弧半径0.2mm。
4.2.3确定切削用量
切削用量/切削表
主轴转速/（r/min）
进给速度/（mm/r）
粗车外圆
450
0.15
精车外圆
450
0.05
车螺纹
115
1.50
4.3数控加工工序卡
（工厂）
数控加工工序卡
产品名称或代号
零件名称
材料
零件图号
工序号
轴
45钢
工序号
程序
编号
夹具编号
夹具编号
使用设备
车间
三爪自定心卡盘
CJK6203
工步号
工步内容
加工面
刀具号
刀具规格
主轴转速/（r/mm）
进给量/（mm/r）
被吃刀量/mm
备注
1
粗车轴外表面，留精车余量0.2mm
T0101
35°菱形
460
0.15
0.5
2
精车轴外表面至尺寸
T0202
35°菱形
460
0.05
0.2
3
车螺纹M30×2
T0303
60°
115
2
见注
编制
审核
批注
共1页
第1页
注：
M30螺纹共分5次车，但每次被吃量不同，其确定直径量分别为0.9mm、0.6mm、0.6mm、0.4mm、0.1mm
图4-2零件图
4.4生成端面加工刀具路径
4.4.1设置工件
1、机床类型系统默认车床单击“材料设置”图标设置工件毛坯，如图4-3所示
图4-3工件的设置
4.4.2生成车端面的路径
1、菜单栏刀具路径LatheFaceToolpath系统弹出如4-4所示的对话框
2、在Toolparameters参数对话框中选择刀具，并设置其他参数。
3、选择对话框中的Faceparameters标签，并设置参数见图4-4所示。
Faceparameters选项中各参数的含义如下：
图4-4设置端面加工参数
（1）Entry：
进刀延伸量；
（2）Roughstepover：
粗车步进量；
（3）Finishstepover：
精车步进量；
（4）Numberoffinish：
精修次数；
（5）Overcutamount：
X方向过切量；
（6）Retractamount：
回缩量，即当选中Rapidretract复选框时快速退刀；
（7）Stocktoleave：
预流量；
（8）Cutawayfromcenter：
由中心线向外车削；
图4-5“车端面参数”选项卡
4、选择SelectPoint，确定加工区域。
5．选择Ok，退出Face参数设置。
生成如图4-6所示的刀具路径。
4.5生成轮廓粗车加工刀具路径
接着前面的例子介绍轮廓粗车加工刀具路径的生成。
4.5.1MainMenu→Toolpaths→Rough→Chain，然后选取所要加工外圆柱表面，如图4-6所示
图4-6粗车外缘柱表面
4.5.2系统弹出Toolparameters参数对话框和Roughparameters参数对话框
Toolparameters参数对话框。
见如图4-7所示。
在Toolparameters参数对话框中选择刀具，并设置其他参数。
图4-7
4.5.3选择对话框中的Roughparameters标签，并设置参数。
见图4-8所示，Roughparameters选项中各参数的含义如下：
图4-8“粗车参数”选项卡
（1）Overlapamout：
设置重叠层；
（2）Depthofcut：
设置粗车步进量；
（3）StocktoleaveX：
输入在X轴方向上的预流量；
（4）StocktoleaveZ：
输入在Z轴方向上的预流量；
（5）CuttingMethod：
设置切削方法
（6）RoughDirection/Angle：
设置粗车方向和角度；
（7）ToolCompensation：
设置刀具补偿；
（8）LeadIn/Out：
设置进/退刀向量；
（9）Plungeparameters：
设置进刀参数；
弹击Plungeparameters按钮，系统弹出图4-9所示的Plungecutparameters对话框。
该对话框用来设置在粗车加工中是否允许底切，若允许底切，则设置底切参数：
图4-9
当选择PlungeCutting栏中的Donotallowtooltoplungealongcut单选按钮时，切削加工跳过所有的底切部分，这时需要生成另外的刀具路径进行底切部分的切削加工。
当选择PlungeCutting栏中的Allowtooltoplungealongcut单选按钮时，系统可以进行底部分的加工，这时系统激活ToolWidthCompensation栏。
当选择ToolWidthCompensation栏中的Useplungeclearanceangle单选按钮时，激活Plungeclearance输入框，系统按Plungeclearance输入框输入的角度在底切部分进刀。
当选择ToolWidthCompensation栏中的Usetoolwidth单选按钮时，激活StartofCut栏。
这时系统根据刀具的宽度及StartofCut栏中的设置进行底切部分的加工。
当在StartofCut栏选中Startcutontoolfrontcomer单选按钮时，系统用刀具的前角点刀底切加工。
当在StartofCut栏选中Startcutontoolbackcomer单选按钮时，系统用刀具的后角点刀底切加工。
通常这时刀具应设置为前后均可加工，否则将会引起工件或刀具的损坏。
4.5.4确定。
生成如图4-10所示的刀具路径
图4-10
4.6生成精车加工刀具路径
精车是沿工件的外侧、内侧或端面外形做一次或多次的车削。
一般用于精车加工的工件在进行精车加工前因进行粗车加工。
要生成精车加工刀具路径，除了要设置共有的刀具参数外，同样还要设置一组精车加工刀具路径特有的参数。
精车加工参数在图所示的Finishparameters选项卡中进行设置。
下面接着前面的例子来介绍生成精车加工刀具路径及NC文件的方法。
4.6.1MainMenu→Toolpaths→Finish→Chain。
选择与精加工的外圆柱表面，如图4-11所示。
然后选择确定
图4-11
4.6.2系统弹出Toolparameters参数对话框和Finishparameters参数对话框。
在Toolparameters参数对话框中选择刀具，并设
置其他参数，如图4-12所示。
图4-12
4.6.3选择对话框中的Finashparameters标签，并设置参数。
Finishparameters选项卡中各参数与Roughparameters选项卡中的参数基本相同，如图4-13所示。
Finishprameters选项卡中增加的Numberoffinish输入框用来设置精车加工的次数。
精车加工的次数应设置为粗车加工的预留量除以Finishstopover输入框中输入的精车加工进刀量。
图4-13
4.6.4确定。
生成如图4-14所示的刀具路径。
图4-14
4.7成螺纹加工刀具路径
下面接着前面的例子来介绍生成螺纹加工刀具路径及NC文件的方法。
4.7.1MainMenu→Toolpaths→Nextmenu→Thread。
系统将弹出如图4-15所示的对话框。
图4-15
4.7.2在Toolparameters参数对话框中选择刀具，并设置其他参数。
4.7.3在Threadshapeparameters参数对话框中定义螺纹参数。
见如图4-16所示，各参数的意义：
图4-16
（1）Lead：
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