数控专业毕业设计正文1.docx

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数控专业毕业设计正文1

MastercamX外形铣削加工工艺与设计

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【摘要】本设计是对MastercamX平面外形铣削加工的设计，通过对零件图尺寸的分析，计算机模拟加工的刀具路径与被加工的零件的几何模型一致，可以准确速度的模拟出零件。

详细介绍了Mastercam的基础知识、Mastercam的数控编程、刀具路径管理、刀具路径的模拟与验证、强大的二维绘图和三维造型功能加工智能化、并对零件模拟做出了说明。

通过本设计可以对MastercamX有一个初步的了解，注意到设计中某些设计要求，了解MastercamX的强大的绘图功能和平面外形铣削的智能化。

【关键词】∶MastercamX的基础知识平面外形外形铣削

1MastercamX基础知识

2005年7月，CNCSoftware公司在中国隆重推出MastercamX版。

X版本是CNCSoftware公司经过多年精心打造，重装推出的白金版本。

软件以全新的Windows界面风格展现，以适应广大用户习惯。

更为重要的是X版新的软件设计结构和内核。

使Mastercam有了质的飞跃，计算速度大幅提高。

1.1MastercamX功能及特点

1.1.1二维绘图和三维造型功能

强大的二维绘图功能∶使用MastercamX可以快速高效地绘制、编辑复杂的二维图形，并能够方便地二维图形进行尺寸标注、图形注释和图案填充等操作，还可以打印工程图样。

完整的曲线设计功能∶在MastercamX中，不仅可以设计和编辑二维、三维空间曲线，还可以灵活方便地创建曲面曲线，包括相交线、分模线、迫切曲线、动态绘制曲面等。

曲面造型手段丰富∶在MastercamX中，可以非常直观地用多种方法创建规则曲面，也可以创建网络曲面、扫掠曲面、举升曲面等多种不规则的光滑曲面，而且可以对曲面或多个曲面进行等半径（或不等半径）的圆角过渡，还具有曲面倒角、偏置、自动修剪、填补孔洞等曲面编辑功能。

先进的实体建模功能∶以Parasolid为内核的实体造型功能，具有特征造型和参数化设计功能，可以对实体进行布尔运算、圆角、倒角、抽壳等处理，操作简单，适合零部件的结构设计。

实体与曲面的综合造型功能∶通常综合使用实体造型和曲面造型功能来创建模型。

在实体模型上再构建所需的曲面模型，这样可以通过曲面设计工具来完成零件外形的设计，可用于设计具有复杂外形的零件。

如果需要还可以将曲面转换为实体模型。

着色曲面模型和实体模型∶可以对创建的曲面模型和实体模型进行着色处理。

可以使用模型本身的颜色，也可以指定统一的颜色，甚至可以给模型赋予材质，并可以设置光照效果，产生非常逼真的效果。

通过对模型进行移动和任意角度的旋转操作来观察模型。

1.1.2MastercamX的数控编程

加工方式多样化∶在型腔铣削、轮廓铣削以及点位加工中，MastercamX提供了多种走刀方式。

各种进退刀方法丰富实用，能过迅速加工非常复杂的表面。

在表面的粗、精加工中，MastercamX提供了8种先进的粗加工方式和10种先进的精加工方式，如粗加工中的速降钻式加工（Pluge）方式，仿造钻削的方法可以快速去除毛坯上的较大余量，大大提高了加工效率。

加工智能化∶加工的刀具路径与被加工零件的几何模型一致。

当零件几何模型或加工参数被修改后，可以迅速准确地更新相应的刀具路径。

在《操作管理器》中，可以综合管理实体模型、刀具参数及加工参数、刀具路径等，修改和编辑上述参数都十分方便。

1.1.3刀具路径管理功能

MastercamX的主要功能是对设计的产品进行加工。

利用MastercamX生成的刀具路径，不仅可以再PC机上模拟加工过程，而且能够产生在数控机床上真实加工所需要的加工程序清单。

刀具路径的图形编辑∶可以直观地在屏幕上编辑单个到位点，也可以方便地修改、增加或删除某一刀具路径。

加工参数管理及优化工具∶在数控程序中，通常在刀具路径中会有较多极短的直线走刀指令或重复的直线走刀指令。

在保证编程精度的前提下，Mastercam的程序优化器会自动把这些指令转化为一条直线指令或一条圆弧指令，从而大大减少了加工程序的长度。

可靠的刀具路径校验功能∶MastercamX内置了一个功能齐全的模拟器，可以真实、准确地模拟切削零件的整个过程。

不仅能显示刀具和刀架，而且能迅速检查刀具、夹具与被加工模型之间的干涉、过切和碰撞现象，模拟过程真实可信。

这样就省去了试切工序，节省了加工时间，降低了材料消耗，提高了加工效率。

对刀路径的操作方便∶Mastercam能自动生成加工程序清单，清单的格式可以根据用户的要求修改。

还可以对刀具路径进行平移、旋转以及镜像等多种变换操作，也可以对刀具路径进行复制、剪切、粘贴以及合并等操作，极大提高了数控编程的速度。

自定义刀具库和材料库∶在MastercamX中，用户可以自定义刀具库和材料库，并可以根据刀具库和材料库中的数据自动计算进给速度和主轴转速，也可以根据需要修改刀具库和材料库中的数据。

1.1.4数据交换与通信功能

提供强大的格式转换器∶Mastercam支持IGES、ACIS、DXF、DWG等流行文件格式的相互转换，进行企业间可靠的数据交换。

开放的C-HOOK接口∶用户可以将自编的工作模块与Mastercam无缝的链接。

与数控机床直接进行通信∶将生成的G代码文件直接传入数控机床，为FMS（柔性制造系统）和CIMS（计算机集成制造系统）的集成提供了支持

1.1.5MastercamX的特点

MastercamX对软件的核心进行了重新设计，采用了全新技术并与Windows技术紧密集合，使程序运行更流畅、设计更高效。

（1）无缝连接

在MastercamX中，将Design（设计）、Mill（铣削加工）、Lathe（车削加工）、Wire（线形加工）四个模块集成到一个平台上，使用户操作更加方便。

由于四个模块的集成，MastercamX主菜单中增加了《机床类型》菜单供用户选择。

在MastercamX中，Wire模块被更名为雕刻（Router）。

（2）新型设计操作窗口

MastercamX的设计界面有了较大的调整和变化是一个完全可以自定义的模块，并加强了对“历史记录的操作”的功能，可以使用户更高效地进行操作。

（3）更强的CAD设计功能

MastercamX的CAD设计在新版本中使模型化的过程变得更高效灵活。

通过在工具条中执行命令进行参数设置，使用更加方便。

另外，在三维造型方面，MastercamX新增了创建围栏曲面、实体非关联布尔运算、实体表面-表面圆角等命令，造型功能更加强大。

（4）高速的产品开发功能

产品开发性能是设计者最关心的，在MmastercamX中的importantZ-leveltoolpaths执行效果比以往最高的执行效果可提高400%。

另外，MastercamX的新增功能EnhancedMachiningModel可以加快程序设计并保证设计的精度。

MastercamX在多轴加工中新增了一种加工方法∶5-aixsmulti-surfacetoolpath（5轴多面加工），在曲面加工中新增了一种加工方法∶Blendtoolpath（混合式精加工）。

（5）增强的操作管理器

操作管理器被固定放置在左侧（通过《视图》丨《切换》下的命令来控制操作管理器打开与关闭）。

增强了参数化造型和刀具路径的功能。

1.2MastercamX工作模块

Mastercam软件包括设计（CAD）和制造（CAM）两大部分。

软件的CAD部分可以构建2D或3D图形，构架自由曲面的功能远胜与其他同类软件，在CAM方面更加直观和方便，可直接在点、线、面和实体上产生刀路。

其中CAM又包括了铣削模块（Mill）、车削模块（Lathe）、线切割模块（Wire）和雕刻模块（Router），每一个是模块都各有其特点，加工出来的形状也略有不同。

1.2.1设计模块（CAD）

设计模块主要用于加工产品的形状设计。

它包括二维绘图功能、三维造型和图形编辑功能，通过这些功能可以更方便完成各种二维平面绘图和复杂的三维产品造型，还可以用于模具设计等绘图工作，并能方便地对它们进行尺寸标注、图案填充等工作。

同时也提供了多种方法创建规则曲面和复杂曲面。

在三维实体造型中，MastercamX对实体的功能进行了全面的修改，功能更强大，易于操作。

1.2.2制造模块（CAM）

制造模板是将设计出来的产品图形进行加工制造。

加工时需要设置好使用的刀具，只要材料和运动中的刀具接触就会被切除掉，从而产品的形状就决定了刀具的运动路径。

其制造模块的功能如下∶

铣削模块∶主要用于铣削加工刀具路径生成。

铣削模块中拥有多重曲面的粗加工、自动清角、去除残料、2～5轴的联动加工等多种加工方式，还内置了HSM高速机械加工模块，紧跟现代加工技术的发展。

车削模块∶主要用于车削加工刀具路径生成。

它包括了粗车、精车、钻孔、螺纹及各种切削循环指令等功能，其实体切削仿真模拟功能迅速排除加工能力中所出现的失误，从刀具管理器可以快速选择好相应的加工刀具，还可以进行C轴加工。

线切割模块∶主要用于线切割加工刀具路径生成。

它为编程员提供了一个强大的线切割编程方案，更加容易完成编辑各种加工零件的加工程序。

还拥有支持镭射加工机床功能和4轴上下面异形零件的切割加工功能。

雕刻模块∶主要用于雕刻。

可以提供简单的二维艺术图形快速生成复杂雕刻曲面.

2MastercamX铣削加工

图2-1零件图

2.1创建实体

2.1.1设置构图环境

（1）单击

创建一个新的绘图文件。

（2）在状态栏构图面中选取【俯视图（t）（WCS）】。

2.1.2绘制辅助线

（1）在状态栏线型图标

中设置中心线的线型。

（2）在状态颜色块

中采用默认颜色。

（3）在状态栏线宽图标

中设置线宽为第一种线宽。

（4）辅助中心线的绘制。

在草图设计工具栏中单击【直线】按钮

，坐标设置栏里输入第一点（-22.0.0），接着输入第二点（22.0.0），这时水平中心线生成。

这时绘图区中系统提示输入第一点，同理，在坐标设置栏里输入（0.-22.0），接着输入第二点（0.22.0），生成垂直中心线，如图2-2所示

图2-2辅助中心线的绘制

（5）辅助定位线的绘制。

在草图设计工具栏中单击【直线】按钮

，绘图区中系统提示输入第一点。

捕捉如图1所示中心点O点位第一点，然后再Ribbon工具栏中的【极坐标】设置栏

中输入【极坐标长度》为22，【角度】为30，按Enter键完成一条辅助线的创建。

同意地，利用极坐标的方法画另外三条线，以O点位第一点，【极坐标长度】都为22，【角度】分别135、225、315，按Enter键完成辅助线的创建，如图2-3所示

图2-3辅助定位线的创建

（6）圆心点的定位线的绘制。

在草图工具设计栏中单击【绘圆】按钮

，绘制去中系统提示输入圆心点，以如图2所示的O点位圆心，在Ribbon工具栏的【半径】

文本框中输入15，按Enter键确定。

如图2-4所示。

图2-4辅助定位线的创建

2.1.3绘制轮廓线。

（1）在状态栏线型图标

中设置线型为实线

。

（2）在状态栏颜色块

中采用黑色

。

（3）在状态栏的线宽设置栏

中设为第二种线宽。

（4）在状态栏的图形层

中设为第二层别。

（5）绘圆。

在草图设计工具栏中单击【绘圆】按钮

，绘图区中系统提示输入圆心点，以如图3所示的A点为圆心，在Ribbon工具栏的【半径】文本框中输入5，按Enter键确定。

同样以B、C、D为圆心，半径都为5画圆。

如图2-5所示

图2-5圆的绘制

（6）绘制相切圆。

在草图设计栏中单击【绘圆】按钮

，并单击

，选取相邻两个圆的切点，半径为15，做出四个圆，如图2-6所示

图2-6圆的绘制

（7）修剪

打断。

单击图形修剪工具栏中的【在交点处打断】按钮

，选取如图5所示图形，按Enter打断。

保留下来的如图2-7所示

图2-7修剪后的图形

2.2设置视角和构图平面

2.2.1从状态栏中的屏幕视角中改为等视角。

2.2.2构图面乃为俯视图，如图2-8所示。

图2-8等角视图下的图形

2.3编制零件外形铣削的刀具路径

2.3.1在主菜单中选择【机床类型】丨【铣削】丨【默认】命令。

2.3.2在主菜单中选择【刀具路径】丨【外形铣削】命令，打开【串连选项】对话框，选取如图2-8所示的外形曲线。

2.3.3单击

确定，弹出如图2-9所示的【刀具参数】标签页，在如图8所示对话框的【选取刀库】中选取8mm的平端铣刀。

【进给率】设为30mm/min，【主轴转速】设为600rpm，【下刀速率】设为10mm/min，【提刀速率】设为20mm/min，如图2-9所示。

图2-9【刀具参数】标签页

2.3.4在如图2-10所示的对话框中单击【外形铣削参数】标签，在如图2-10所示的【外形（2D）】-----【外形铣削参数】标签页中设置外形铣削参数。

将【参考高度】设为50cm，【进给下刀位置】设为10cm，【深度】设为-4cm，并设【补正形式】为电脑，【补正方向】为右，如图2-10所示.

图2-10【外形铣削参数】标签页

2.3.5选中如图2-10所示对话框中的【平面多次铣削】复选框，并单击【平面多次铣削】按钮，打开如图10所示的【XY平面多次切削设置】对话框。

设置【次数】为10，间距0.1mm，【次数】为1，间距为0.2mm，【执行精修的时机】为【所有深度】，如图2-11所示。

图2-11【XY平面多次切削设置】对话框

2.3.6如图2-10所示对话框的【分层铣深】复选框，并单击【分层铣深】按钮，打开如图2-12所示的【深度分层铣削设置】对话框。

设置【最大粗切步进量】为2mm，【精修次数】为1，【精修步进量】为1mm，【分层切削的顺序】为《按轮廓》，如图2-12所示。

图2-12【深度分层切削设置】对话框

2.3.7设置完毕后，单击

确定，生成如图2-13所示的刀具路径。

图2-13生成铣削刀具路径

2.4模拟并验证刀具路径

2.4.1在上面设置了零件的刀具路径。

在操作管理器中生成的刀具路径如图2-14所示。

2.4.2模拟刀具路径。

单击如图2-14所示的操作管理器中的【刀具路径模拟】按钮

，模拟刀具路径。

打开如图2-15的【刀路模拟】对话框。

选择如图2-15所示的【显示刀具】按钮

、【显示刀头】按钮

【显示快速进给】按钮

、【显示端点】按钮

、【快速校验】按钮

。

当全选时，加工模拟的刀具路径如图2-16所示。

图2-14操作管理器中生成的铣削刀具路径图2-15【刀路模拟】对话框

图2-16模拟铣削刀具路径

2.4.3在弹出的“机械群组属性”对话框中的“材料设置”选项卡，设置“工件材料的形状”为“立方体”，工件长度为40，宽40，高12，勾选“显示”复选框，如图2-17所示。

单击“确定”

按钮。

图2-17材料设置

2.4.4单击加工操作管理器中的“实体加工模拟”

按钮，系统弹出“实体切削验证”对话框，单击“模拟执行”

按钮，加工前和加工后的效果如图2-18所示。

2.18a加工前

图2.18b加工后

2.5导出程序

%

O0000

N100G20

N102G0G17G40G49G80G90

N104T1M6

N106G0G90G54X6.7632Y33.9672A0.S600M3

N108G43H1Z100.

N110Z10.

N112G1Z-1.5F10.

N114X8.433Y26.1434F30.

N116G2X2.279Y16.6498R8.

N118X-.0045Y16.4075R11.

N120X-4.4839Y17.3553R11.

N122X-5.2352Y17.724R11.

N124X-6.5023Y18.5227R11.

N126G1X-6.9475Y18.8476

N128X-7.4639Y19.0401

N130G3X-16.9706Y16.9706R9.

N132X-19.0401Y7.464R9.0001

N134G1X-18.8443Y6.9384

N136X-18.5114Y6.487

N138G2X-17.6944Y5.2009R11.

N140X-17.338Y4.482R10.9999

N142X-16.3652Y-.0109R11.

N144G1Y-.0407

N146G2X-17.3246Y-4.5336R11.

N148X-17.6265Y-5.1552R11.

N150X-18.5518Y-6.6228R11.

N152G1X-18.9354Y-7.1364

N154X-19.1392Y-7.7441

N156G3X-16.9706Y-16.9706R9.

N158X-7.4639Y-19.0401R9.0001

N160G1X-6.9475Y-18.8476

N162X-6.5023Y-18.5227

N164G2X-5.2352Y-17.724R10.9999

N166X-4.4839Y-17.3553R11.

N168X-.0045Y-16.4075R11.

N170X4.4624Y-17.3609R11.

N172X5.259Y-17.7553R11.

N174X6.441Y-18.5028R11.0001

N176G1X6.857Y-18.8044

N178X7.3356Y-18.9912

N180G3X16.9706Y-16.9706R9.0001

N182X19.6066Y-10.6066R9.0001

N184X19.247Y-8.0879R9.

N186G1X19.0353Y-7.3617

N188X18.573Y-6.7629

N190G2X17.4837Y-5.044R11.

N192X17.2705Y-4.6025R11.

N194X16.28Y-.0407R11.

N196G1Y-.0109

N198G2X17.2842Y4.5509R11.

N200X17.5419Y5.0749R10.9999

N202X18.5425Y6.6418R11.

N204G1X18.9608Y7.1887

N206X19.1721Y7.844

N208G3X19.6066Y10.6066R9.

N210X16.9706Y16.9706R9.

N212X7.3356Y18.9912R9.0001

N214G1X6.857Y18.8044

N216X6.441Y18.5028

N218G2X5.259Y17.7553R11.

N220X4.4624Y17.3609R11.0001

N222X2.279Y16.6498R11.

N224X-7.2146Y22.8038R8.

N226G1X-8.8844Y30.6276

N228X6.7632Y33.9672

N230Z-3.F10.

N232X8.433Y26.1434F30.

N234G2X2.279Y16.6498R8.

N236X-.0045Y16.4075R11.

N238X-4.4839Y17.3553R11.

N240X-5.2352Y17.724R11.

N242X-6.5023Y18.5227R11.

N244G1X-6.9475Y18.8476

N246X-7.4639Y19.0401

N248G3X-16.9706Y16.9706R9.

N250X-19.0401Y7.464R9.0001

N252G1X-18.8443Y6.9384

N254X-18.5114Y6.487

N256G2X-17.6944Y5.2009R11.

N258X-17.338Y4.482R10.9999

N260X-16.3652Y-.0109R11.

N262G1Y-.0407

N264G2X-17.3246Y-4.5336R11.

N266X-17.6265Y-5.1552R11.

N268X-18.5518Y-6.6228R11.

N270G1X-18.9354Y-7.1364

N272X-19.1392Y-7.7441

N274G3X-16.9706Y-16.9706R9.

N276X-7.4639Y-19.0401R9.0001

N278G1X-6.9475Y-18.8476

N280X-6.5023Y-18.5227

N282G2X-5.2352Y-17.724R10.9999

N284X-4.4839Y-17.3553R11.

N286X-.0045Y-16.4075R11.

N288X4.4624Y-17.3609R11.

N290X5.259Y-17.7553R11.

N292X6.441Y-18.5028R11.0001

N294G1X6.857Y-18.8044

N296X7.3356Y-18.9912

N298G3X16.9706Y-16.9706R9.0001

N300X19.6066Y-10.6066R9.0001

N302X19.247Y-8.0879R9.

N304G1X19.0353Y-7.3617

N306X18.573Y-6.7629

N308G2X17.4837Y-5.044R11.

N310X17.2705Y-4.6025R11.

N312X16.28Y-.0407R11.

N314G1Y-.0109

N316G2X17.2842Y4.5509R11.

N318X17.5419Y5.0749R10.9999

N320X18.5425Y6.6418R11.

N322G1X18.9608Y7.1887

N324X19.1721Y7.844

N326G3X19.6066Y10.6066R9.

N328X16.9706Y16.9706R9.

N330X7.3356Y18.9912R9.0001

N332G1X6.857Y18.8044

N334X6.441Y18.5028

N336G2X5.259Y17.7553R11.

N338X4.4624Y17.3609R11.0001

N340X2.279Y16.6498R11.

N342X-7.2146Y22.8038R8.

N344G1X-8.8844Y30.6276

N346X6.763