基于mastercam车标的设计与加工毕业作品.docx

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基于mastercam车标的设计与加工毕业作品

基于mastercam车标的设计与加工

摘要：

以车标为研究对象，通过应用masterCAM对车标的造型与编程，给mastercam使用者提供一些较为简洁、快速的编程方法，同时给出了在实际加工中的对刀技巧。

通过本次毕业设计，达到了掌握数控编程技术的目的。

关键词：

Mastercam；数控编程；车标；数控加工

Thesubjectvehiclebasedonthedesignandprocessingmastercam

Abstract：

Thecarstandardastheresearchobject,thesubjectofcarsthroughtheapplicationofmasterCAMmodelingandprogramming,mastercamuserstosomeofthemoresimpleandrapidprogramming,andgivestheactualprocessingoftheknifeskills.Throughthisgraduationproject,reachingtograspthepurposeofnumericalcontrolprogramming.

Keywords：

masterca;NCprogramming;carstandard;CNCMachining

1引言

本次课题是《基于mastercam车标的设计与加工》。

目的是进一步了解零件设计的流程与掌握数控加工编程；进一步加强掌握MasterCAM软件的应用。

1.1研究背景

MasterCAM是美国CNCSoftwareInc公司开发的一款功能很强的CAD/CAM软件，它集成了二维绘图、三维实体、曲面设计、数控编程、刀具路径模拟等功能，可实现产品的几何设计到加工制造的CAD/CAM一体化，是目前世界上应用最广泛的CAD/CAM软件之一。

在数控铣削加工中经常会遇见零件的曲面加工，MasterCAM针对复杂的曲面外形，提供了很多种曲面加工方式。

近几年，随着计算机和数控技术的飞速发展，CAD/CAM已广泛应用于航空航天、汽车、机械和模具制造等行业。

特别是CAM数控加工技术的普遍使用，极大地提高了产品质量和生产效二维刀具路径中的外形铣削和挖槽加工巧妙结合，可方便地实现文字的铣刻功能。

数控加工经历了半个世纪的发展已成为目前制造领域中的先进制造技术。

其最大特点是可极大地提高加工精度，保证加工质量。

传统的加工依赖于操作人员的熟练程度，数控加工则取决于数控程序。

在模具行业，数控技术的运用尤为重要。

MasterCAM软件可精确设计出二维和三维模型，并通过设置刀具路径及相关参数生成数控机床加工程序。

文字雕刻常用于零件表面上雕刻文本，是其典型应用之一，其他图案或文字铣刻也可参照此方法，以满足数控加工的需要。

MasterCAM软件能方便的建立零件的几何模型，迅速自动生成数控代码，缩短编程人员的编程时间，大大提高程序的正确性和安全性。

同时，使用该软件还可以省去手工编程的试切过程，降低了生产成本，提高工作效率。

因此它在模具制造业中的应用会越来越广泛。

本文结合实例，探讨了如何利用MasterCAM来达到车标加工和生产。

以便更短的时间、更有效的手段设计出车标。

长期以来，我国的数控系统为传统的封闭式体系结构，CNC只能作为非智能的机床运动控制器。

加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过CAD/CAM及自动编程系统进行编制。

CAD/CAM和CNC之间没有反馈控制环节，整个制造过程中CNC只是一个封闭式的开环执行机构。

在复杂环境以及多变条件下，加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通过反馈控制环节随机修正CAD/CAM中的设定量，因而影响CNC的工作效率和产品加工质量。

由此可见，传统CNC系统的这种固定程序控制模式和封闭式体系结构，限制了CNC向多变量智能化控制发展，己不适应日益复杂的制造过程，因此，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为我们国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。

目前，数字控制技术与数控机床，给机械制造业带来了巨大的变化。

数控技术已成为制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础技术，计算机辅助设计与辅助制造和计算机集成制造技术敏捷制造和智能制造等，都是建立在数控技术之上。

数控技术不仅是提高产品质量、提高劳动生产率的必不可少的物质手段，也是体现一个国家综合国力水平的重要标志。

新世纪机械制造业的竞争，其实就是数控技术的竞争。

现在世界数控技术的发展趋势主要有以下几点:

（1）数控系统向开放式体系结构发展；

20世纪90年代以来，由于计算机技术的飞速发展，推动数控技术更快的更新换代。

世界上许多数控系统生产厂家利用PC机丰富的软、硬件资源开发开放式体系结构的新一代数控系统。

开放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、可扩展性，并可以较容易的实现智能化、网络化。

开放式体系结构可以大量采用通用微机技术，使编程、操作以及技术升级和更新变得更加简单快捷。

开放式体系结构的新一代数控系统，其硬件、软件和总线规范都是对外开放的，数控系统制造商和用户可以根据这些开放的资源进行的系统集成，同时它也为用户根据实际需要灵活配置数控系统带来极大方便，促进了数控系统多档次、多品种的开发和广泛应用，开发生产周期大大缩短。

同时，这种数控系统可随CPU升级而升级，而结构可以保持不变。

（2）数控系统向软数控方向发展；

实际用于工业现场的数控系统主要有以下四种类型，分别代表了数控技术的不同发展阶段。

①传统数控系统，这是一种专用的封闭体系结构的数控系统。

②“PC嵌入NC”结构的开放式数控系统，这是一些数控系统制造商将多年来积累的数控软件技术和当今计算机丰富的软件资源相结合开发的产品。

③“NC嵌入PC”结构的开放式数控系统，它由开放体系结构运动控制卡和PC机同构成。

这种运动控制卡通常选用高速DSP作为CPU，具有很强的运动控制和PLC控制能力。

④SOFT型开放式数控系统，这是一种最新开放体系结构的数控系统。

它提供给用户最大的选择和灵活性，它的CNC软件全部装在计算机中，而硬件部分仅是计算机与伺服驱动和外部I/O之间的标准化通用接口。

与前几种数控系统相比，SOFT型开放式数控系统具有最高的性能价格比，因而最有生命力。

通过软件智能替代复杂的硬件，正在成为当代数控系统发展的重要趋势。

（3）数控系统控制性能向智能化方向发展；

随着人工智能在计算机领域的渗透和发展，数控系统引入了自适应控制、模糊系统和神经网络的控制机理，不但具有自动编程、前馈控制、模糊控制、学习控制、自适应控制、工艺参数自动生成、三维刀具补偿、运动参数动态补偿等功能，而且人机界面极为友好，并具有故障诊断专家系统使自诊断和故障监控功能更趋完善。

伺服系统智能化的主轴交流驱动和智能化进给伺服装置，能自动识别负载并自动优化调整参数。

（4）数控系统向网络化方向发展；

数控系统的网络化，主要指数控系统与外部的其它控制系统或上位计算机进行网络连接和网络控制。

数控系统一般首先面向生产现场和企业内部的局域网，然后再经由因特网通向企业外部，这就是所谓Internet/Intranet技术。

数字制造，又称“e-制造”，是机械制造企业现代化的标志之一，也是国际先进机床制造商当今标准配置的供货方式。

数控系统的网络化进一步促进了柔性自动化制造技术的发展，现代柔性制造系统从点（数控单机、加工中心和数控复合加工机床）、线（FMC、FMS、FTL、FML）向面（工段车间独立制造岛、FA）、体（CIMS、分布式网络集成制造系统）的方向发展。

（5）数控系统向高可靠性方向发展；

数控系统的高可靠性已经成为数控系统制造商追求的目标。

对于每天工作两班的无人工厂而言，如果要求在16小时内连续正常工作，无故障率在P（t）＝99%以上，则数控机床的平均无故障运行时间MTBF就必须大于3000小时。

我们只对某一台数控机床而言，如主机与数控系统的失效率之比为10:

1（数控的可靠比主机高一个数量级）。

此时数控系统的MTBF就要大于33333.3小时，而其中的数控装置、主轴及驱动等的MTBF就必须大于10万小时。

如果对整条生产线而言，可靠性要求还要更高。

（6）数控系统向复合化方向发展；

柔性制造范畴的机床复合加工概念是指将工件一次装夹后，机床便能按照数控加工程序，自动进行同一类工艺方法或不同类工艺方法的多工序加工，以完成一个复杂形状零件的主要乃至全部车、铣、钻、镗、磨、攻丝、铰孔和扩孔等多种加工工序。

（7）数控系统向多轴联动化方向发展。

加工自由曲面时，3轴联动控制的机床无法避免切速接近于零的球头铣刀端部参予切削，进而对工件的加工质量造成破坏性影响，而5轴联动控制对球头铣刀的数控编程比较简单，并且能使球头铣刀在铣削3维曲面的过程中始终保持合理的切速，从而显着改善加工表面的粗糙度和大幅度提高加工效率。

电子技术、信息技术、网络技术、模糊控制技术的发展使新一代数控系统技术水平大大提高，促进了数控机床产业的蓬勃发展，也促进了现代制造技术的快速发展。

数控机床性能在高速度、高精度、高可靠性和复合化、网络化、智能化、柔性化长足的进步。

现代制造业正在迎来一场新的技术革命。

综前所述，数控技术课程是一门实践性很强的课程，离开实践，就谈不上素质，实践是知识转化并升华为素质的根本条件。

要想达到理想的教学和实践效果，仅在课堂上实施全方位的教学是不够的，还应具备一个良好的实践教学环境。

考虑到前面谈到的数控设备价格的因素，经过多方调研，我们选定了一种能在计算机上进行手工编程和自动编程、并能动态模拟加工轨迹、与数控机床有良好数据接口的美国CNCsoftware公司研制的基于PC平台的masterCAM。

2mastercam概述

Mastrcam是美国专业从事计算机数控程序设计专业化的公司CNCSoftwareINC研制出来的一套计算机辅助制造系统软件。

它将CAD和CAM这两大功能综合在一起，是我国目前十分流行的CAD/CAM系统软件。

它有以下特点：

⑴Mastrcam除了可产生NC程序外，本身也是具有CAD功能（2D、3D图形page1设计、尺寸标注、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CADL文件及IGES文件等转换到Mastrcam中，再生成数控加工程序。

⑵Mastrcam能预先依据使用者的定义的刀具、进给率、转速等，模拟刀具路径和计算加工时间，也可以从NC加工程序（NC代码）转换成刀具路径图。

⑶Mastrcam是一套一图形驱动的软件，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（NC代码）。

如FANUC、MELADS、AGIE、HITACHI等数控系统。

⑷Mastrcam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。

Mastercam具有方便直观的几何造型，并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，而且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。

Mastercam拥有车削、铣削、钻削、线切割等多种加工模块，允许用通过观察刀具运动来图形化地编辑和修改刀具路径。

另外，软件提供多种图形文件接口，包括DXF、IGES、STL、STA、ASCII等。

3Mastercam车标模型设计

3.1车标实体模型

基于mastercam绘图环境，mastercam模块可根据二维几何图形、图像中拾取图素控制其图像横截面参数进行举升实体处理、挤出实体处理等快速生成三维车标曲面（如图3-1）。

通过对生成的浮雕曲面进行布尔运算，光顺平滑等处理操作，可获得最佳效果的三维车标模型。

建立车标模型后可运用mastercam铣削加工或雕刻模组提供的曲面加工方式，对车标进行刀具路劲定义加工，实现车标的加工演示并自动生成NC代码,把生成的NC代码输入到数控机床完成加工得到实体车标。

运用mastercam生成NC代码从而极大的改善了车标模型设计加工中的建模，编辑，制作等生产流程。

a二维几何图形b三维几何图形

图3-1

3.2用mastercam得到车标三维视图

首先用mastercam得出车标二维图形（如图3-1-a），然后对圆2和圆3向z正方向平移5mm，接着选中圆1圆2，进行举升实体，得到实体1，再接着选中圆3圆4进行举升实体，得到实体2，对实体1和实体2进行布尔运算求差，得到实体3，再接着把四个开口槽图形进行拉升，对实体3进行求差，最后得到车标三维图形（如图3-1-b）。

工件最大圆为直径70mm，工件的外边框为100mm*100mm,工件高度为5mm。

3.3设定工件毛坯

选择【机床类型】、【铣削】、【默认】命令，选择【视图】/【切换操作管理】命令，在操作管理中选择【属性】/【材料设置】，设置毛坯为x=100mm，y=100mm，z=40mm，将视角坐标设在x0，y0，z7。

3.4曲面粗加工

粗加工是以快速切除毛坯余量为目的，主要应用于成型结构零件或普通机床难于成形的结构零件。

为了提高工作效率，在保证刀具、夹具和机床强度刚性足够的条件下，先将切削深度选大一些，在选取较大的进给量，然后选择适合的切削速度。

挖槽粗加工是根据零件形状自动去除材料，大多数用于挖槽加工，如果是凸形加工，则必须创建边界。

车标加工是要创建边界的。

选择【刀具路径】/【曲面粗加工】/【粗加工挖槽加工】命令，然后框选所有曲面按Enter键，点切削范围选取串连边框，在随后弹出的【曲面粗加工挖槽】对话框中新建刀具，刀具为平底刀，刀具直径为8mm，新建刀具参数如图3-2。

ab

图3-2平底刀刀具参数

单击【曲面加工参数】选项卡，然后按图3-3设置曲面加工参数。

图3-3曲面加工参数

单击【粗加工参数】选项卡，然后按照图3-4所示设置参数，在粗加工选项中按【T整体误差】，按图3-4-1设置整体误差参数，在粗加工选项中按【螺旋式下刀】，按图3-4-2设置螺旋式下刀参数。

图3-4粗加工参数

图3-4-1整体误差图3-4-2螺旋式下刀参数

单击【挖槽参数】选项卡。

然后按照图3-5所示设置参数。

图3-5挖槽参数

单击【确定】按钮，系统将开始进行曲面粗加工刀路径的计算，如图3-6。

图3-6曲面粗加工刀路径

3.5曲面精加工平行铣削

曲面精加工一般用于粗加工后的工件或铸件的精加工，以得符合要求的光滑曲面，其目的就是为了精确的将三维模型结构表现出来。

在进行精加工时，最主要考虑的是工件表面的质量，而不是切削的多少，通常用小的切削深度，的副切削刃会有专门的形状。

在进行平行铣削精加工时，主要是生成某一特定角度的平行铣削精加工刀具路径，它主要应用于圆弧过渡及比较平缓的曲面模具结构零件。

选择【刀具路径】/【曲面精加工】/【精加工平行铣削】命令。

接着在试图中选择要进行精加工的曲面，按Enter键，选取切削范围，在随后弹出的【曲面精加工平行铣削】对话框中新建刀具，刀具为圆球刀，其直径为8mm（如图3-7），并按照图3-8所示设置刀具参数.

图3-7圆球刀图3-8刀具参数

单击【曲面加工参数】选项卡，然后按照图3-9所示设置参数。

图3-9曲面加工参数

单击【精加工平行铣削】选项卡，然后按照图3-10所示设置参数。

图3-10精加工平行铣削参数

单击【精加工平行铣削参数】选项卡中的【T整体误差】选项，按图3-11设置参数。

图3-11整体误差

最后单击【确定】按钮，系统将开始进行曲面粗加工刀路的计算，生成如图3-12的刀具路径。

图3-12曲面粗加工路径

3.6曲面精加工等高外形

等高外形精加工，就是沿着三维模型的外形所生成的精加工刀具路径，它的应用非常广泛，对于有特定高度及斜度比较大的模具结构，都可采用等高外形加工方式来加工，

选择【刀具路径】/【曲面精加工】/【精加工等高外形】命令，接着在试图中选择要进行精加工的曲面，然后按Enter键，选取切削范围，在随后弹出的【曲面精加工等高外形】选项卡中添加刀具，刀具为平底刀，其直径为4mm（如图3-13）。

并按照如图3-14所示设置刀具参数。

图3-13平底刀

图3-14刀具参数

单击【曲面加工参数】选项卡，然后按照图3-15所示设置参数。

图3-15曲面加工参数

单击【等高外形精加工参数】选项卡，然后按照如图3-16所示设置参数。

图3-16等高外形精加工参数

单击【等高外形精加工参数】中的【T整体误差】选项，按照图3-17所示设置参数。

图3-17整体误差

最后单击【确定】按钮，系统将开始进行曲面精加工刀路的计算，生成如图3-18的刀具路径。

图3-18曲面精加工刀具路径

最后全部刀具路径图为如图3-19

图3-19全部刀具路径

3.7工件的模拟加工

刀具加工路径生成后，利用MasterCAM系统提供的零件加工模拟功能，可以真实观察实体切削加工的过程，可以看出工艺参数的设置是否合理，零件在数控实际加工中是否存在干涉，设备的运行动作是否正确，实际零件是否符合设计要求。

这样可以在实际生产中省去试切的过程，可降低材料消耗，提高生产效率，增加经济效益。

在【操作管理器】窗口中单击【选择全部操作】按钮，再按【刀具路径验证】按钮，其最后模拟加工成品图如图3-20所示。

图3-20模拟加工成品图

4生成加工NC代码

在模拟加工确认无误后，利用Mastereamx5的Post后处理功能，自动生成加工车标的模型所需要的NC代码。

在菜单区依次单击Toolpaths／Operations进入加工操作管理对话框，选中[SelectAll]按钮，单击【Postl】按钮，进行后处理。

系统弹出后处理管理对话框，选择【SaveNCfile】选项和【Edit】选项，然后保存下“chebiao”Nc程式文件。

用户随时可以打开Nc程式文件编辑器，对其进行检查和编辑。

加工车标模型的“chebiao”NC代码（部分）如下：

%

O0000（CHEBIAO）

N100G21

N102G0G17G40G49G80G90

N104T1M6

N106G0G90G54X19.759Y58.A0.S1200M3

N108G43H1Z50.

N110Z9.9

N112G1Z4.9F200.

N114Y20.4F600.

N116G2X20.4Y19.755I-20.039J-20.561

N118G1Y20.4

N120X16.431

N122G3X6.062Y25.488I-16.579J-20.676

N124X4.999Y25.601I-1.063J-4.96

N126X-.007Y21.346I0.J-5.073

N128X-5.013Y25.601I-5.006J-.817

N130X-6.482Y25.385I0.J-5.072

N132X-16.453Y20.4I6.416J-25.298

N134G1X-20.4

N136Y19.768

N138G2X-19.769Y20.4I20.334J-19.681

N140G1X-19.82Y17.144

N142G3X-25.517Y5.918I19.821J-17.117

N144X-25.6Y5.002I4.99J-.916

N146X-21.373Y0.I5.073J0.

N148X-25.162Y-2.945I.952J-5.134

N150X-25.6Y-5.002I4.614J-2.057

N152X-25.451Y-6.217I5.052J0.

N154X-20.349Y-16.499I25.464J6.229

N156G1X-20.4Y-20.4

N158X-19.755

N160G2X-20.4Y-19.755I19.768J20.412

N162G1X-17.146Y-19.807

N164G3X-6.139Y-25.471I17.159J19.819

N166X-4.999Y-25.601I1.14J4.926

N168X-.137Y-21.935I0.J5.056

.................................................................

..................................................................

N3410X-39.912Y16.

N3412X-35.679Y24.

N3414X-29.799Y31.

N3416X-22.732Y36.5

N3418X-14.448Y40.5

N3420X-6.538Y42.5

N3422X6.538

N3424X14.448Y40.5

N3426X21.909Y37.

N3428X28.723Y32.

N3430X34.623Y25.5

N3432X39.278Y17.5

N3434X42.048Y9.

N3436X43.Y0.

N3438X50.Y-50.

N3440Y50.

N3442X0.

N3444X-50.

N3446Y-50.

N3448X50.

N3450G0Z15.

N3452X38.681Y-8.

N3454Z5.

N3456G1Z-10.F200.

N3458X42.5F600.

N3460G3X50.5Y0.I0.J8.

N3462G1Y50.

N3464G3X50.Y50.5I-.5J0.

N3466G1X0.

N3468X-50.

N3470G3X-50.5Y50.I0.J-.5

N3472G1Y-50.

N3474G3X-50.Y-50.5I.5J0.

N3476G1X50.

N3478G3X50.5Y-50.I0.J.5

N3480G1Y0.

N3482G3X42.5Y8.I-8.J0.

N3484G1X38.681

N3486G0Z15.

N3488X-50.Y-8.

N3490Z5.

N3492G1Z-10.F200.

N3494X-47.F600.

N3496G3X-39.Y0