【摘要】mastercam是当今广泛使用的cad/cam一体化软件,合理利用该软件可以大幅提高复杂铣削零件的加工质量和效率。本文以鸟巢烟灰缸加工设计为例,就如何利用mastercam软件进行复杂机械产品的加工设计进行了探讨。
【关键词】mastercam 加工设计 刀具路径 数控加工
【中图分类号】tb482.2 【文献标识码】a 【文章编号】1673-8209(2010)07-0-01
mastercam是集计算机辅助设计与计算机辅助制造为一体的一套cad/cam软件,是当今世界最经济、效率最高的全方位一体化软件。分计算机辅助设计和计算机辅助制造两个部分。计算机辅助设计有该系统中的design模块实现,它具有完整的构建编辑曲线曲面的功能。计算机辅助制造有该系统中的mill、wire、lathe、router4个功能模块实现,并且每个模块都有完整的计算机辅助设计系统,其中mill模块可以用来生成铣削加工刀具路径;wire模块可以用来生成切割激光加工刀具路径;lathe模块可以用来生成车削加工刀具路径;router4模块可以用来生成刨削加工刀具路径。
使用mastercam的cad先在计算机上进行图形设计,然后在cam中编制刀具路径,通过后处理转换成nc程序式,传送至机床立即可进行加工,从而大大节省时间、资源和产品成本。
1 利用mastercam软件进行数控编程与加工的基本步骤
mastercam系统的最终目的是生成cnc控制器可以解读的数控加工程序即nc代码,nc代码的生成一般有一下几个步骤,其过程如下图所示。wwW.11665.com
1.1 零件的二维或三维建模
按照图纸要求建立零件的模型是实现自动编程及数控加工的前提,mastercam的二维、三维建模功能非常强大,几乎所有零件模型都能绘制出来。除此之外mastercam还通过系统提供的dfx、iges、cadl、vda、stl、dwg等标准图形转换接口,把其他cad软件生成的图形转化为本系统的图形文件实现建模,以及通过系统提供的ascii图形转换接口把经过三坐标测量仪或扫描仪测得的实物数据转化成本系统的图形文件。
1.2 零件的数控加工工艺分析
零件的数控加工工艺分析是编制数控程序中最重要而又极其复杂的环节,在数控加工中,从零件的设计图纸到零件成品合格交付,不仅要考虑到数控程序的编制,还要考虑到诸如零件加工工艺路线的安排、加工机床的选择、切削刀具的选择、零件加工中的定位装夹等一系列因素的影响,在开始编程前,必须要对零件设计图纸和技术要求进行详细的数控加工工艺分析,以最终确定哪些是零件的技术关键,哪些是数控加工的难点,以及数控程序编制的难易程度。
1.3 零件的刀具轨迹设定
刀具轨迹反映的是工艺参数文件nci,mastercam中的刀具轨迹实际上是用于数控机床加工中,刀具相对与工件的运动路径与切削速度、进给量、背吃刀量的组合。刀具轨迹的选择直接影响到零件的加工质量和效率。对于那些精度及形位公差要求较高、表面粗糙度较低的零件应留有余量安排精加工。
1.4 路径模拟、切削验证、干涉检查
mastercam系统可以通过backplot和verify进行刀具路径模拟与实体切削验证来检验刀具轨迹的加工精度。对于需要满足特殊工艺需要的mastercam系统还提供了对已生成刀具轨迹的编辑功能,以及利用干涉检查以图形的方式检验加工代码的正确性。
1.5 后置处理(post)
mastercam后置处理文件的扩展名为.pst。是一种可以由用户以回答问题的形式自行修改的文件,在编程前必须对这个文件进行编辑,才能在执行后处理程序时产生符合某种控制器需要的nc程序。
1.6 数据传输与数控加工
按上述5个步骤产生的nc代码,mastercam系统可以通过计算机的串口或并口与数控机床连接,将生成的数控加工程序由系统自带的通信功能传输到数控机床,也可以有专用传输软件将数控加工代码传输给数控软件,从而可以轻松的在数控机床上进行加工。
2 利用mastercam实现鸟巢烟灰缸的建模、刀具路径设计
2.1 构建烟灰缸外形曲面
曲面是工程对象中大量存在的一种几何型面,鸟巢外形结构主要由巨大的门式钢架组成,共有24根桁架柱;鸟巢顶面呈鞍形,俯视图外形近似椭圆,长轴为332.3米,短轴为296.4米,最高点高度为68.5米,最低点高度为42.8米,有若干曲面构成。根据上述条件选择合适的比例,利用mastercam丰富的曲面造型功能绘制上述图素。
2.2 绘制四周及上表面 “凹槽”结构
根据鸟巢结构图,利用mastercam二维绘图功能,在合适的位置建立图素,建立图素时要选择合适的构图面与构图深度,利用曲面绘制中的扫面方式建立第一根“凹槽”,随后对该“凹槽”进行编辑、正列与再编辑得到凸起的“凹槽”。
2.3 曲面的实体化与实体的求差运算
上述步骤绘制的图形是线架结构因而不能进行布尔运算,需转化成实体后进行求差运算。mastercam系统提供了曲面转化成实体的功能,如果选择的曲面为封闭曲面,而且各个曲面间的间隙在设定的边界误差范围内,则生成封闭实体,否则生成非封闭的薄片实体。本例中显然应该将外形曲面与“凹槽”曲面都转化成实体,利用布尔运算中的remove命令将“凹槽”实体移出外形实体进行求差运算以获得需要的鸟巢外形结构烟灰缸,如下图所示。
2.4 鸟巢烟灰缸的刀具路径设计
鸟巢烟灰缸的上表面及四周为复杂曲面,因此我们选择曲面加工命令进行加工路径设计。mastercam中的曲面加工命令分为曲面粗加工和曲面精加工,其中粗加工有8种方式,精加工有10种方式。对于不同的曲面要根据实际情况选用加工方式,然后再确定刀具种类、加工参数等。
2.4.1 粗加工刀具路径设计
鸟巢烟灰缸的上表面及四周均为复杂曲面造型,经反复比较确定上表面的粗加工选择为曲面流线粗加工,四周选择为等高外形粗加工。
2.4.2 精加工刀具路径设计
考虑鸟巢烟灰缸的观赏工艺品性,经反复比较确定上表面的精加工选择为环绕等距精加工,四周选择为交线清角精加工。
2.4.3 刀具轨迹的仿真模拟及nc代码输出
选择操作管理器,并全选所有加工操作,单击实体切削验证,可以观察上述产生的加工
操作的正确性。单击后处理将产生的数控程序输出,以便输入真实机床进行加工。
3 结语
本文通过鸟巢烟灰缸的建模与刀具轨迹设计,简要介绍了运用mastercam软件进行复杂产品的的设计与加工。利用mastercam软件进行零件的数控编程,减少了程序员的工作量,省略了复杂的数值计算,保证零件的加工精度,提高了机械产品的加工效率。
参考文献
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