MasterCAM概论.docx
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MasterCAM概论
第一章MasterCAM概论
MasterCAM9.1版CAD/CAM软件是美国CNCSoftwareInc推出的比较成熟的一个版本。
MasterCAM包括了3大模块，即Design、Lathe和Mill。
MasterCAM9.1版的Design设计模块集2D和3D的线框、曲面造型和实体造型于一体，具有全特征化造型功能和强大的图形编辑、转换处理能力。
MasterCAM9.1版的Mill加工制造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轴加工程序编制，可以直接加工曲面和实体，提供多种详细的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、实体加工模拟和后处理功等功能。
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8种粗加工和10种精加工类型。
1．1MasterCAM屏幕界面
MasterCAM的屏幕分为五个区：
主菜单区、副菜单区、绘图区、快捷命令图标区、系统提示区，如图1-1所示。
此外，屏幕右上角显示的（X，Y）坐标值表示了鼠标在移动时的位置；屏幕绘图区左下角的坐标轴表示了系统当前的视角设置状态；而mm或inch表示了系统当前设置的绘图单位。
图1-1MasterCAM主菜单
MasterCAM中的命令主要包括CAD零件造型命令和CAM数控编程命令。
CAD零件造型命令包括分析Analyze、文件File、绘图Create、实体Solid、图素修剪Modify、转换Xform和删除Delete，以及屏幕Screen的管理。
CAM数控编程命令包括刀具路径Toolpaths和公用管理NCutils。
主菜单中的绘图（Create）命令，包括了生成点、直线、圆弧、倒圆角（即为导圆角）、样条曲线、曲面曲线、尺寸标注、倒角、文字、呼叫副图、椭圆、正多边形、边界盒、螺旋线、齿轮、圆表和自定义函数表达式绘图等线框造型命令，以及曲面造型命令。
如图1-2所示。
图1-2绘图命令
曲面（Surface）命令，包括生成举升曲面、昆氏曲面、直纹曲面、旋转曲面、扫描曲面、牵引曲面和曲面倒圆角、倒角、修整、熔接以及由实体产生曲面等，如图1-3所示。
图1-3曲面命令
主菜单中的实体（Solid）命令，包括生成基本实体，挤出、旋转、扫掠、举升实体和对实体倒圆角、倒角、薄壳、布尔运算以及实体管理和修改实体等，如图1-4所示。
图1-4实体命令
刀具路径（Toolpaths）包括外形轮廓铣削、钻孔、挖槽、面铣、曲面加工、多轴加工等加工操作，以及工作设定、刀具路径转换、管理和修改操作等。
曲面加工包括粗加工的平行铣削、放射状加工、投影加工、流线加工、等高外形、残料粗加工、挖槽粗加工、钻削式加工和精加工的平行铣削陡斜面加工、放射状加工、投影加工、流线加工、等高外形、浅平面加工、交线清角，残料清角、3D等距加工等方法。
如图1-5所示
图1-5刀具路径命令
公用管理（NCutils）包括路径模拟、实体验证、批次处理、程式过滤、后处理、加工报表、定义刀具和定义材料。
1．2建立绘图构图面和刀具面，设置视角
1.2.1系统的坐标系
几何建模首先离不开坐标系的建立。
建立坐标系的原则是如何在二维计算机屏幕上，能够方便的生成和直观的显示三维图形。
MasterCAM通过建立构图面CP，工作深度Z来建立工作坐标系。
通过设置视角GV来观察三维图形。
这些命令放置在屏幕的副菜单区，可以分别设置。
如图1-6所示。
图1-6副菜单区
MasterCAM软件系统有三个坐标：
原始坐标系、工作坐标系和机床坐标系。
（1）原始坐标系是系统默认的一个坐标系。
当系统的构图面CP设置为3D时，表明为原始坐标系，它是建立几何模型和表面加工路径的基准坐标。
系统的构图面，刀向的设定均在原始坐标系中进行。
在原始坐标系中，坐标原点在空间的位置是唯一确定的。
（2）工作坐标系由构图面CP及工作深度Z建立起来。
构图面就是工作坐标系XY所在的平面，构图面是相对于原始坐标系的，可以在构图平面完成2D作，其在原始坐标系中的转换关系同系统自动完成。
可以根据构图的需要定义工作坐标系的原点及坐标轴方向
系统规定当CP=Top，Front，Side时，工作坐标系中的X轴正向方向朝右，Y轴正方向朝上，Z轴正方向朝使用者，如图1-7所示。
CP=TopCP=FrontCP=Side
图1-7工作坐标系
（3）机床坐标系由刀具平面建立起来。
刀具平面是表示数控机床坐标系的二维平面。
1.2.2建立构图面、视角和刀具面
单击副菜单中的构图面，出现构图面下拉菜单，如图1-8所示。
系统提供的构图面包括：
3D空间（建立原始坐标系）、俯视图、前视图、侧视图、视角号码、名称视角、图素定面、旋转定面和法线面。
图1-8构图面
单击副菜单中的萤幕视角。
萤幕视角是用以设置观察图形的视角，选择不同的图形视角可以看到图形的不同部位，如图1-9所示。
图1-9萤幕视角
副菜单中的刀具面如图1-10所示。
刀具面是表示实际加工中数控机床坐标系的二维平面。
应该根据不同类型的机床，正确设置刀具面。
例如对于立式数控铣床，应设置为俯视图；对于卧式数控铣床，应根据零件在空间中绘制的位置，通常设置为前视图或侧视图。
图1-10刀具面
1.2.3设定坐标系原点
MasterCAM软件系统还提供了三种概念的原点坐标设定方法：
系统原点（systemorigin）、构图原点（constructionorigin）和刀具原点（toolorigin）。
（1）系统原点是原始坐标系的原点，是固定不变的。
（2）构图原点是工作坐标系的原点。
使用者可以设定一个不同于系统原点的坐标，来作为构图时的原点。
定义构图原点的方法是单击构图面（例如Top），再按（Alt）+（O）键，输入点的坐标（例如50，30，20）；则该点即为构图原点（变为显示构图面：
*T）。
若输入点坐标（0，0，0），则构图原点恢复为系统原点。
（3）刀具原点是机床坐标系的加工原点。
使用者也可以设定一个不同于系统原点的坐标，来作为产生刀具路径时的原点，即刀具原点。
系统初始状态时，上述三个原点重合，为系统原点。
1．3CAM数控编程技术
1.3.1数控机床程序编制步骤
数控机床程序编制的内容主要包括以下步骤：
（1）工艺方案分析
1．确定加工对象是否适合于数控加工（形状较复杂，精度一致要求高）
2．毛坯的选择（对同一批量的毛坯余量和质量应有一定的要求）。
3．工序的划分（尽可能采用一次装夹、集中工序的加工方法）。
（2）工序详细设计
1．工件的定位与夹紧。
2．工序划分（先大刀后小刀，先粗后精，先主后次，尽量“少换刀”）。
3．刀具选择。
4．切削参数。
5．工艺文件编制（工序卡（即程序单），走刀路线示意图。
6．程序单包括：
程序名称，刀具型号，加工部位与尺寸，装夹示意图。
（3）编写数控加工程序
1．用MasterCAM设置编出数控机床规定的指令代码（G，S，M）与程序格式。
2．后处理程序，填写程序单。
3．拷贝程序传送到机床
4．程序校核与试切。
1.3.2数控系统基本功能和手工编程范例
一．数控系统基本功能
1．准备功能
（1）准备功能指令由字母“G”和其后的2位数字组成。
从G00至G99可有100种，该指令的作用，主要是指定数控机床的运动方式，为数控系统的察布运算做好准备，所以在程序段中G指令一般位于坐标字指令的前面。
（2）表中00组G代码是非模态代码，其他各组代码均为模态代码。
模态代码表示一经被应用，就保留继续有效，直到后继程序段出现同组其他G代码时才失效，因此可以略不写。
非模态代码表示只在本程序段有效，下一程序段需要时必须重写。
（3）在固定钻削循环方式（G80-G89）中，如果规定了01组中的任何G代码，则固定循环功能被自动取消，系统处于G80状态。
数控铣加工Ｇ功能代码表如表1.1
表1.1G功能代码表（数控铣加工）
G代码
组别
功能
备注
G00
01
快速点定位
G01
直线插补
G02
顺时针圆弧插补
G02XYIJ,或G02XYR
XY:
终点坐标,I、J：
圆心相对于起点在X，Y方向的距离，R：
圆半径
G03
逆时针圆弧插补
G04
00
暂停（延时）
G04PP：
程序停留时间（单位：
毫秒）
G17
02
XY平面选择
G18
ZY平面选择
G19
ZY平面选择
G20
06
英制输入
G21
公制输入
G40
07
取消刀具半径补偿
G41
刀具半径左补偿
刀补必须在直线段进行
G42
刀具半径右补偿
G43
08
刀具长度正补偿
G44
刀具长度负补偿
G49
取消刀具长度补偿
G代码
组别
功能
备注
G50
11
G51
G51XYZIJK
I,J,K:
X,Y,Z轴向缩放系数
G50.1
取消坐标系镜像
G51.1
镜像
G51.1X以平行于X轴的直线为对称轴
G51.1Y以平行于Y轴的直线为对称轴
G51.1Z以（X,Y）为对称点
G53
00
设置为机床坐标系模式
G54-G59
14
工件坐标系
G65
12
子程序调用
G65PLP：
子程序号，L：
调用次数
G68
坐标系旋转
G68XYRX，Y：
基准点，R：
旋转角度
G69
取消坐标系旋转
G70
圆周均布点钻削循环
G70I，J，LI：
为圆弧半径
J：
起点到圆心的直线与X轴的夹角
L：
圆上共均布的点数
G71
圆周均布点钻削循环
G71I，J，K，L
I，J，L：
含义同上
K：
每等分夹角
G72
直线均布点钻削循环
G72I，J，L
I：
等分距离J：
直线与X轴夹角
L：
等分点
G80
09
取消固定钻削循环
G81
普通钻削循环
G81X，Y，Z，R，F，L
X，Y：
加工点XY坐标
Z：
钻孔深度R：
参考平面位置
F：
切削速率L：
反复钻削次数
G82
钻削循环（孔底有停留）
G82XYZRFLPP：
孔底停留时间
G83
钻削循环（间隙进给）
G83XYZRFLPQIJK
Q：
每次下降高度L：
第一次切削深度
J：
每一次切削后切削量的减速少值
K：
最少切削量
G84
攻丝循环
G84XYZRFLP
G85
精钻削循环
G85XYZRFLP
G86
镗孔循环
G86XYZRFLP
G87
反向镗孔循环
G87XYZRFLP
G88
反向攻丝循环
G88XYZRFLP
G90
03
绝对值编程
G91
相对值编程
G92
00
坐标系设定
G94
05
每分钟进给
G95
每转进给
G98
05
钻削循环返回到初始点
G99
10
钻削循环返回到R点
2．辅助功能
辅助功能也称M功能，它是用来指令机床辅助动作及状态的功能。
M功能代码常因机床生产厂家以及机床的结构的差异和规格的不同而有所差别。
数控铣加工M代码表如表1-2所示.
表1.2M功能代码表
M指令
功能
备注
M00
程序停止
按循环启动按钮,可以再启动
M01
选择停止
程序是否停止取决于机床操作面板上的跳步开关
M02
程序结束
程序结束后不返回到程序开头的位置
M03
主轴顺时针转
从主轴尾端向主轴前端看时,为顺时针
M04
主轴逆时针转
从主轴尾端向主轴前端看时,为逆时针
M05
主轴停止
M06
刀具交换
M08
切削液开
M09
切削液关
M13
主轴顺时针转切削液开
M14
主轴逆时针转切削液开
M30
程序结束
程序结束后,自动返回到程序开头的位置
M98
子程序调用
M98PLP:
程序地址L:
调用次数
M99
子程序返回
3．主轴功能
主轴功能也称主轴转速功能或S功能，它是用来指令机床主轴转速的功能。
S功能用S用其后的数字来表示，在编程时除用S代码指令主轴转速外，还要用M代码指令主轴的旋转方向。
如M03S1500表示主轴以每分钟1500转的速度顺时针转动。
4．刀具功能
刀具功能也称T功能，它是用来选择刀具的功能。
T功能用T及后面的数字表示。
如T1M06表示自动换取第一把刀。
其中“1”表示所要换取的刀号。
5．进给功能
进给功能也称为F功能，它是用来指令切削进给速度的功能。
F功能用F及其后的数字表示。
F功能的单位为mm/min或in/min。
一般使用mm/min表示。
如G01X100Y200F1200表未主轴以每分钟1200毫米的速度从原来的位置作直线运动至坐标为（100，200）的点。
二．手工编程范例
如图1-11零件图，铣削外形，使用D10平刀进行加工，在A直线中点作下刀点，并设置R4圆弧作180度进退刀，使用G代码、M代码等代码进行手工编程。
图1.11零件手工编程示例
%（程序开始）
O0000
N100G21（公制）
N102G0G17G40G49G80G90（初始化）
N104G0G90G54X-40.Y11.S3000M3（加工前，进刀路径；主轴转速开）
N106Z30.（刀具提高至安全高度）
N108Z-3.（刀具下降至加工安全高度）
N110G1Z-5.F500.（刀具下降至零件加工深度，慢速下刀进给率）
N112G3X-32.R4.F1000.（开始加工，走逆时针圆弧到A点，进给率）
N114G1Y22.（走直线至B点）
N116G2X-19.Y35.R13.（走顺时针圆弧至C点）
N118G1X19.（走直线至D点）
N120G2X32.Y22.R13.（走顺时针圆弧至E点）
N122G1Y0.（走直线至F点）
N124G2X27.Y-5.R5.（走顺时针圆弧）
N126G1X10.（走直线至G点）
N128G2X5.Y0.R5.（走顺时针圆弧）
N130G3X-5.R5.（走逆时针圆弧至H点）
N132G2X-10.Y-5.R5.（走顺时针圆弧）
N134G1X-27.（走直线至I点）
N136G2X-32.Y0.R5.（走顺时针圆弧）
N138G1Y11.（走直线至A点）
N140G3X-40.R4.（退刀走逆时针圆弧）
N142G1Z-3.F2000.（加工完毕刀具升至加工安全高度）
N144G0Z30.（刀具提高至安全高度）
N146M5（主轴停止）
N148M30（程序结束）
%
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