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MasterCAM在三维数控加工功效中应用
摘要：MasterCAM集CAD和CAM于一体，是一套完整CAD/CAM系统，是中国现在机械加工行业使用最普遍一个软件，它可用于数控车床、数控铣床、数控镗床、加工中心、数控线切割机床等，而且能适应于多个数控装置机床。该软件使用方便，轻易掌握，被广泛用于机械制造业和模具行业中零件二维绘图三维设计、数控自动编程和加工。

目录
一、 引言...........................................3
二、 CAD/CAM技术历程..............................3
三、 MasterCAM软件功效及利用......................6
四、 利用MasterCAM软件进行加工仿真基础步骤.......7
五、 实体零件加工仿真.............................8
六、 结论...........................................12
七、 参考文件.......................................12

一、引言
伴随现代机械工业发展，计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)已显示出巨大潜力，并广泛应用于产品设计和机械制造中，使用CAD/CAM系统产生NC程序代码能够替换传统手工编程，利用CAD/CAM进行零件设计和加工制造，可使企业提升设计质量，缩短生产周期，降低产品成本，从而取得良好经济效益。
MasterCAM软件是美国CNC Software企业开发基于PC平台CAD/CAM系统，因为它对硬件要求不高，而且操作灵活、易学易用并含有良好价格性能比，所以深受广大企业用户和工程技术人员欢迎，广泛应用于机械加工、模具制造、汽车工业和航天工业等领域，它含有二维几何图形设计、三维曲面设计、刀具路径模拟、加工实体模拟等功效，并提供友好人机交互，从而实现了从产品几何设计到加工制造CAD/CAM一体化。是现在世界上应用最广泛CAD/CAM软件之一。
二、CAD/CAM技术历程
20世纪50年代，美国麻省理工学院（MIT）首次研制成功了数控机床，经过数控程序对零件进行加工。以后，MIT又研究成功了名为“旋风”计算机。该计算机采取阴极射线管（CRT）作为图形终端，加之以后研制成功光笔，为交互式计算机图形学奠定了基础，也为CAD/CAM技术出现和发展铺平了道路。MIT用计算机制作数控纸带，实现NC编程自动化，标志着CAM开始。在计算机图形终端上直接描述零件，标志着CAD开始。整个20世纪50年代，CAD/CAM技术全部处于酝酿、准备发展早期。
1962年，美国学者I.E.Sutherland发表了“人机对话图形通信系统”论文，首次提出了计算机图形学、交互式技术等理论和概念，并研制出SKETCHPAD系统，第一次实现了人机交互设计方法，使用户能够在屏幕上进行图形设计和修改，从而为交互式计算机图形学理论及CAD技术奠定了基础。以后，伴随交互式计算机图形显示技术和CAD/CAM技术快速发展，美国很多大企业全部认识到了这一技术优异性和关键性，看到了它应用前景，纷纷投以巨款，研制和开发了部分早期CAD系统，比如，IBM企业开发出含有绘图、数控编程和强度分析等功效基于大型计算机SLT/MST系统，1964年美国通用汽车企业研制了用于汽车设计DAC-1系统，1965年美国洛克希德飞机企业推出了CADAM系统，贝尔电话企业也推出了GRAPHIC-1系统等。在制造领域，1962年在数控技术基础上研制成功了世界上第一台机器人，实现了物料搬运自动化；1966年又出现了用大型通用计算机直接控制多台数控机床DNC系统，初步形成了CAD/CAM产业。
20世纪70年代，交互式计算机图形学及计算机绘图技术日趋成熟，并得到了广泛应用。伴随计算机硬件发展，以小型机、超小型机为主机通用CAD系统，和针对一些特定问题专用CAD系统开始进入市场。这些大多数是以16位小型机为主机，配置图形输入/输出设备，如绘图机等其它外部设备，和对应应用软件进行配套，形成了所谓交钥匙系统（Turnkey System）。在此期间，三维几何造型软件也发展起来了，出现了部分面向中小企业CAD/CAM商品化软件系统。在制造方面，美国辛辛那提企业研制出了一条柔性制造系统（FMS），将CAD/CAM技术推向了一个新阶段。因为计算机硬件限制，软件只是二维绘图系统及三维线框系统，所能处理问题也只是部分比较简单产品设计制造问题。
20世纪80年代，CAD/CAM技术及应用系统得到了快速发展。促进这一发展原因很多，关键是计算机硬件性能大幅度提升，32位字长工作站及微机性能已达成甚至超出了过去小型机及中型机；计算机外围设备（如彩色高分辨率图形显示器、大型数字化仪、大型自动绘图机、彩色打印机等）不仅性能大幅提升，而且品种繁多，已经形成了系列化产品；计算机网络技术得到广泛应用，为将CAD/CAM技术推向更高水平提供了必需条件。另外，企业界已广泛认识到CAD/CAM技术对企业生产和发展含有巨大促进作用，在CAD/CAM软件功效方面也对销售商提出了更高要求。需要将数据库、有限元分析优化及网络技术应用于CAD/CAM系统中，使CAD/CAM不仅能够绘制工程图，而且能够进行三维造型、自由曲面设计、有限元分析、机构及机器人分析和仿真、注塑模设计制造等多种工程应用。和此同时，还出现和发展了和产品设计制造过程相关计算机辅助技术，如计算机辅助工艺过程设计（CAPP）、计算机辅助质量控制（CAQ）等。到了20世纪80年代后期，在多种计算机辅助技术基础上，大家为了处理“信息孤岛”问题，开始强调信息集成，出现了计算机集成制造系统（CIMS），将CAD/CAM技术推向了一个更高层次。
20世纪90年代，CAD/CAM技术已走出了它初级阶段，深入向标准化、集成化、智能化及自动化方向发展。为了实现系统集成，愈加强调信息集成和资源共享，强调产品生产和组织管理自动化，从而出现了数据标准和数据交换问题，出现了产品数据管理（PDM）软件系统。在这个时期，国外很多CAD/CAM软件系统更趋于成熟，商品化程度大幅度提升，如美国洛克希德飞机企业研制CADAM系统、法国Dassault Systems企业研制开发CATIA系统、法国Matra Datavision企业开发EUCLID系统、美国SDRC企业开发I-DEAS系统、美国PTC企业推出Pro/Engineer系统及美国UNIGRAPHICS企业研制UG Ⅱ 系统等，这些系统大全部运行在IBM、DEC、VAX、Apollo、SUN、SGI等大中型机及工作站上。伴随微机硬件性能提升，出现了一批微机CAD/CAM系统，如Autocad系统、Cimreon90系统、Solidedge系统、Solidwork系统及Mastercam系统等。
进入二十一世纪，CAD/CAM技术已经重视其在工程中工具性，把系统集成焦点集中在新设计和制造理念上，如基于知识工程CAD/CAM技术、面向制造和装配CAD/CAM技术等，使得CAD/CAM技术更贴近工程实际和工程技术人员。同时，CAD/CAM技术首先和CAE/CAPP更紧密集成，首先向逆向工程、快速成型等技术延伸，使得CAD/CAM技术在机械行业中地位日趋巩固。
三、MasterCAM软件功效及利用
MasterCAM是一个功效强大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个功效模块。集设计和制造于一体，经过对所设计零件进行加工工艺分析，并绘制几何图形及建模，以合理加工步骤得到刀具路径，经过程序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。

四、利用MasterCAM软件进行加工仿真基础步骤
　　　1 零件二维或三维建模
根据图纸要求建立零件模型是实现自动编程及数控加工前提,mastercam二维、三维建模功效很强大,几乎全部零件模型全部能绘制出来。除此之外mastercam还经过系统提供DFX、IGES、CADL、VDA、STL、DWG等标准图形转换接口,把其它CAD软件生成图形转化为本系统图形文件实现建模,和经过系统提供ASCII图形转换接口把经过三坐标测量仪或扫描仪测得实物数据转化成本系统图形文件。
　　2 零件数控加工工艺分析
　　零件数控加工工艺分析是编制数控程序中最关键而又极其复杂步骤,在数控加工中,从零件设计图纸到零件成品合格交付,不仅要考虑到数控程序编制,还要考虑到诸如零件加工工艺路线安排、加工机床选择、切削刀具选择、零件加工中定位装夹等一系列原因影响,在开始编程前,必需要对零件设计图纸和技术要求进行具体数控加工工艺分析,以最终确定哪些是零件技术关键,哪些是数控加工难点,和数控程序编制难易程度。
　　3 零件刀具轨迹设定
　　刀具轨迹反应是工艺参数文件NCI,mastercam中刀具轨迹实际上是用于数控机床加工中,刀具相对和工件运动路径和切削速度、进给量、背吃刀量组合。刀具轨迹选择直接影响到零件加工质量和效率。对于那些精度及形位公差要求较高、表面粗糙度较低零件应留有余量安排精加工。

4 路径模拟、切削验证、干涉检验
　　Mastercam系统能够经过Backplot和Verify进行刀具路径模拟和实体切削验证来检验刀具轨迹加工精度。对于需要满足特殊工艺需要mastercam系统还提供了对已生成刀具轨迹编辑功效,和利用干涉检验以图形方法检验加工代码正确性。
五、实体零件加工仿真
1>二维图形绘制
（这里关键用到部分简单操作，比如直线.修剪.镜像.平行偏

移等命令）

2>毛坯设置

（x y 轴方向尺寸能够设置，也能够用自动寻求边界盒，z 轴 方向厚度设置 31，最终尺寸 75*75*31）

3>刀具选择及参数设置
（端面和外形用平底铣刀，凹槽用槽刀，孔类用钻头加工即可。）

4>加工群组设置

5>刀具路径
1. 平面铣削（去除表面少许材料，以确保表面精度）

2. 外形铣（铣出中间凸台）

3. 挖槽（中间大凹槽）

4. 挖槽（大圆形凹槽）

5.挖槽（深孔通槽）

6.仿真加工三维图

六、 结论
采取 MasterCAM 软件能方便建立零件几何模型，快速自动生成 数控 代码，缩短编程人员编程时间，尤其对复杂零件 数控 程序编制，可大大提升程序正确性和安全性，降低生产成本，提升工作效率。
七、 参考文件
[1]姬振营,舒志兵,张晓.基于Master CAM软件数控加工[J].机床和液压,,35(7):84-86.
[2]邓树光.基于MasterCAM编程实例[J].CAD/CAM和制造业信息化,(12):80-83.
[3]刘保臣,逯晓勤.模具数控加工CAM编程中工艺参数确实定[J].CAD/CAM和制造业信息化,(2):126-128.

[4]MasterCAM X汉字版基础教程和上机指导./于文强，陈振辉主编；查长礼，姚荣庆，周小鹏副主编.--北京：清华大学出版社，.6