一、概述

　　Mastercam是集CAD/CAM于一體的軟件，利用MasterCAM生成數(shù)控程序(NC 代碼)一般有三個(gè)步驟：首先利用C A D 模塊建立產(chǎn)品的二維、三維模型或是 導(dǎo)入其他軟件繪制的圖形;然后根據(jù) 產(chǎn)品的特點(diǎn)和材料選擇適當(dāng)?shù)牡毒吆?加工方式，并設(shè)定加工參數(shù)，由C A M模 塊生成刀具路徑并校驗(yàn);最后根據(jù)目 標(biāo)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的型號(hào)，選擇適當(dāng)?shù)?后置處理文件(P S T文件)，對(duì)包含刀 具路徑數(shù)據(jù)的N C I文件進(jìn)行處理，最終 生成加工零件的N C程序G代碼，并傳送 到數(shù)控機(jī)床進(jìn)行數(shù)控加工，或是借助 其他的傳輸程序軟件。

　　最新版本的Mastercam X有8種曲面 粗加工方式和11種精加工方式。

　　曲面粗加工方式包括：平行銑削parallel，產(chǎn)生每行相互平行的粗切削刀具路徑，適合較平坦的曲面加工、放射狀(radial，產(chǎn)生圓周形放射狀粗切削刀具路徑，適合圓形曲面加工)、投影加工(project，將存在的刀具路徑或幾何圖形投影到曲面上產(chǎn)生粗切削刀具路徑，常用于產(chǎn)品的裝飾加工中)、曲面流線(flowline，順著曲面流線方向產(chǎn)生粗切削刀具路徑適合曲面流線非常明顯的曲面加工)、等高外形(contour，圍繞曲面外形產(chǎn)生逐層梯田狀粗切削刀具路徑，適合具有較大坡度的曲面加工)、殘料加工(restmill，對(duì)前面加工操作留下的殘料區(qū)域產(chǎn)生粗切削刀具路徑，適合清除大刀加工 不到的凹槽和拐角區(qū)域)、挖槽加工(pocket，依曲面形狀，于Z方向下降產(chǎn)生逐層梯田狀粗切削刀具路徑，適合復(fù)雜形狀的曲面加工)以及插削下刀(plunge，產(chǎn)生逐層鉆削刀具路徑，用于工件材料宜采用鉆削加工的場(chǎng)合)。曲面精加工方式包括：平行銑削(parallel，產(chǎn)生每行相互平行的精切削 刀具路徑，適合大部分的曲面精加工)、陡斜面加工(parallelsteep，針對(duì)較陡斜面上的殘料產(chǎn)生精切削刀具路徑，適合較陡曲面的殘料清除)、放射狀(radial，產(chǎn)生圓周形放射狀精切削刀具路徑，適合圓形曲面加工)、投影加工(project，將存在的刀具路徑或幾何圖形投影到曲面上產(chǎn)生精切削刀具路徑，常用于產(chǎn)品的裝飾加工中)、曲面流線(flowline，順著曲面流線方向產(chǎn)生精切削刀具路徑適合曲面流線非常明顯的曲面加工)、等高外形(contour， 圍繞曲面外形產(chǎn)生逐層梯田狀精切削刀具路徑，適合具有較大坡度的曲面加工)、淺平面加工(shallow，對(duì)坡度小 的曲面產(chǎn)生精切削刀具路徑，常配合 等高外形加工方式加工)、交線清角(pencil，在曲面交角處產(chǎn)生精切削路徑，適合曲面交角殘料的清除)、殘料清除(leftover，產(chǎn)生精切削路徑以清除因前面加工刀具直徑較大所殘留的材料)、環(huán)繞等距(scallop，產(chǎn)生的精切削路徑以等距離環(huán)繞加工曲面，刀路均 勻)以及混合加工(blend，在兩個(gè)混合邊界區(qū)域間產(chǎn)生精切削刀具路徑，X以上版本才具有本加工)。

　　Mastercam的各種曲面加工方法各有特點(diǎn)，針對(duì)活塞內(nèi)芯模具凸形曲面加工進(jìn)行嘗試，然后用Mastercam軟件的仿真模塊得到仿真圖如圖1示，再利用 Ncsentry軟件測(cè)得加工參數(shù)，如表所示。通過仿真圖形、加工參數(shù)比較，發(fā)現(xiàn)不同的曲面加工方法的加工特點(diǎn)不同。對(duì)復(fù)雜曲面進(jìn)行加工時(shí)，特定的加 工區(qū)域?qū)?yīng)一種最優(yōu)曲面加工方面，我 們應(yīng)采取措施將刀具規(guī)跡控制在特定的加工區(qū)域，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效。

　　二、過程

　　1.設(shè)置刀具邊界

　　刀具邊界(t o o l c o n t a i n m e n t b o u n d a r i e s)是M a s t e m a m用來限制數(shù) 控加工過程中刀具運(yùn)行軌跡范圍的界 線。通常采用一個(gè)或幾個(gè)無相互干涉 的封閉串連(chain)來定義刀具的切削范圍，而刀具的切削范圍又可以設(shè)置為在所選取封閉串連的內(nèi)部(I n s i d e)、外部(Outside)或僅在封閉串連上3種情況。限制刀具邊界的設(shè)置為：在加工參 數(shù)設(shè)置框的第二頁即Surface parameters(曲面參數(shù))頁中的Tool containment(刀具邊界設(shè)置)欄，按S e l e c t(選 擇)，再選擇刀具邊界線即可(應(yīng)先在 繪圖區(qū)繪制好要選定的刀具邊界)。

　　2.設(shè)置干涉面

　　干涉面(check surfaces)是由用戶 在所有加工對(duì)象面中選定的、不需要 進(jìn)行本工序加工的面。Mastercam軟件 在進(jìn)行刀具路徑計(jì)算時(shí)，自動(dòng)按用戶 預(yù)先設(shè)置的預(yù)留量(stock to leave)對(duì) 干涉面進(jìn)行干涉檢查，以保證在整個(gè) 數(shù)控加工過程中對(duì)干涉面加以保護(hù)， 避免發(fā)生干涉。

　　干涉面的設(shè)置步驟為：在加工參 數(shù)設(shè)置框的Surface parameters(曲面 參數(shù))頁中選擇Check surfaces/solid(干 涉面設(shè)置)欄，按Select(選擇)選擇干涉面，并在Stock to leave(設(shè)置預(yù)留量)處輸入適當(dāng)?shù)念A(yù)留量數(shù)值(≥0)。預(yù)留量數(shù)值越大，則表示數(shù)控加工過程中刀具離干涉面的距離越大。

　　3.添加輔助面和輔助線

　　為了實(shí)際加工的需要，編程者 自己可以創(chuàng)建加工對(duì)象中本來不存在 的面或線。例如：曲面輪廓采用“挖 槽”開粗，當(dāng)提示選取加工范圍“選 取串聯(lián)”時(shí)，選取事先創(chuàng)建的大于外 形輪廓的輔助封閉線。這樣會(huì)避免粗 加工后在工件輪廓邊緣產(chǎn)生毛刺。在 Mastercam生成刀具路徑時(shí)，會(huì)對(duì)這些 面或線加以計(jì)算，從而可以得到邊界 超過毛坯輪廓的刀具軌跡。

　　4.通過設(shè)置加工參數(shù)實(shí)現(xiàn)刀具軌跡 區(qū)域控制

　　在淺平面加工時(shí)，在加工參數(shù)設(shè) 置框的“淺平面精加工參數(shù)”欄中，填 入“起始傾斜角度”和“結(jié)束傾斜角 度”來定義加工區(qū)域。在陡斜面加工 時(shí)，在“陡斜面精加工參數(shù)”欄中填入“起始傾斜角度”和“結(jié)束傾斜角度” 來定義加工區(qū)域，也可以選中“限定深 度”，然后定義加工時(shí)的最高位置和最 低位置(也可以直接在圖形上選取)，就 可以限制刀具軌跡的范圍。能針對(duì)表面 要求采用最有效的加工方法，提高加工 質(zhì)量和加工效率。

　　5.對(duì)已形成的刀軌進(jìn)行修剪

　　先在繪圖區(qū)繪制一條能避免發(fā)生 干涉的封閉曲線(如：當(dāng)工件安裝在工 作臺(tái)上發(fā)現(xiàn)原刀具軌跡與壓板發(fā)生干涉 時(shí)，做一個(gè)能避開工件裝夾壓板的封閉 曲線，注意該修剪曲線是以刀具中心移動(dòng)軌跡為準(zhǔn)，應(yīng)考慮刀具半徑的影響)，點(diǎn)擊主菜單中的“刀具路徑”， 然后依次選擇“下一頁”→“路徑修 剪”，在繪圖區(qū)中選取事先繪制的封閉曲線，點(diǎn)選“執(zhí)行”，鼠標(biāo)左鍵在刀具路徑要保留的區(qū)域內(nèi)點(diǎn)取一點(diǎn)，在對(duì)話框中選中“確定”。則刀具軌跡只保留封閉曲線內(nèi)或外的部分(由上步驟中選 取點(diǎn)所在區(qū)域決定)。

　　實(shí)際加工驗(yàn)證：采用上述措施控制加工區(qū)域，采用多種曲面加工方法組合加工，可提高加工效率如圖2所示。

　　活塞內(nèi)芯模具凸形曲面加工原來需要13 小時(shí)39分40秒，采用新加工方案后實(shí) 際加工時(shí)間為4小時(shí)55分7秒，只占原 加工時(shí)間的36%，且表面質(zhì)量和尺寸精 度都達(dá)到要求。