第七章CADCAM软件及其应用数控机床

7.4 Mastercam软件的应用
一、 Mastercam软件简介 Mastercam 是 美 国 CNC Software 公 司 开 发 的 基 于 微 机 的 CAD/CAM一体化软件系统，其最新版本是Mastercam X3。由 于Mastercam功能强大，价位适中，在国内外机械加工行业得 到广泛应用，是目前全球销量最大的CAM软件。 Mastercam软件包括：设计（CAD）和加工（CAM）。 CAD：用于工程绘图和零件设计，具有完整的二维、三维曲 线曲面设计、实体造型和编辑功能。
7.1 概述
CAD/CAM
CAM软件编程的核心是刀具轨迹计算，其实现是以CAD 技术为前提的。利用CAD技术生成的零件三维模型包含 了数控编程所需要的完整的零件几何信息，而CAM软件 可针对这些几何信息进行刀具轨迹的自动计算。因此， 绝 大 多 数 的 CAM 软 件 同 时 具 备 CAD 的 功 能 ， 故 称 为 CAD/CAM软件。
7.3 应用CAD/CAM软件编程的过程
一、编程步骤 3. 加工方式及对象指定
加工方式设置：选择机床类型，指定加工类型、刀具轨迹 的类型及相关参数等。
加工对象设置：用户通过交互方式选择零件的被加工表面 及其加工顺序。
定义毛坯 4. 参数设置
刀具及其切削参数设置：安全平面、主轴转速、进给速度、 切削深度、加工余量、刀具轨迹间的残留高度、行间距、 线性逼近误差、进刀/退刀方式及位置。
系统界面 系统界面是用户操作系统以及用户与系统交互的接口，它 提供所有的输入方式到各功能模块之间的接口，控制系统 的运行。
7.3 应用CAD/CAM软件编程的过程
一、编程步骤 1. 数控工艺过程制定
零件数控工艺性分析 零件图分析 零件结构工艺性分析 主要分析待加工表面及其约束面
加工方法及工艺过程确定 确定加工方法 确定机床 确定装夹方式 确定零件的加工过程
刀具轨迹编辑 提供多种编辑手段（如增加、删除、修改刀具轨迹等）， 便于用户对自动生成的刀具轨迹进行修改。
7.2 CAD/CAM软件系统的组成及功能
刀具轨迹验证
采用图形化方式沿着刀具轨迹动画显示刀具运动，以检验 所生成的刀具轨迹是否存在问题。刀具轨迹验证一般包括 检验刀具轨迹是否正确、刀具与约束面是否发生干涉和碰 撞以及刀具是否啃切加工表面等。
简便直观。在计算机上直接面向零件的几何图形进行编程， 编程结果也以图形方式显示在计算机上，所以简便、直观， 便于检查。
7.4 Mastercam软件的应用
流行的CAD/CAM软件： 法国达索系统公司的CATIA 德国西门子公司的UGS 美国PTC公司的Pro/ENGINEER 美国CNC Software公司的Mastercam 以色列Cimatron公司的CimatronE 英国DELCAM公司的PowerMILL 北京数码大方科技有限公司的CAXA ME
狭义CAM：指计算机辅助数控加工程序编制。
计算机辅助数控加工程序编制主要经历了数控语言（如 APT）编程和图形交互编程两个阶段。
7.1 概述
计算机辅助制造（CAM） 计算机辅助数控加工程序编制主要经历了数控语言（如 APT）编程和图形交互编程两个阶段。 图形交互编程就是通常所说的CAM软件编程。 CAM软件编程是在CAM软件支持下，根据计算机图形显 示器上所显示的零件图形，通过人机交互方式指定加工表 面、选择刀具和切削参数等，自动进行刀具轨迹计算并生 成零件的数控加工程序。
CAM：包括铣削（Mill）、车削（Lathe）和线切割（Wire） 等功能模块。
7.4 Mastercam软件的应用
铣削（Mill）模块用于编制数控铣削加工程序，具有2～5轴 铣削加工刀具轨迹生成功能，可进行外形铣削、型腔（挖槽） 加工、钻孔加工、平面加工、曲面加工以及多轴加工等的刀具 轨迹生成及仿真；
工程描述 分析优化 结构设计 总体设计 方案论证 需求分析
7.1 概述
计算机辅助制造（CAM） CAM是指应用计算机技术进行产品制造的统称，有广义 CAM和狭义CAM之分。
广义ＣＡＭ：指利用计算机技术辅助完成从原材料到产品 的全部制造过程（包括直接制造过程和间接制造过程）， 如CAPP、计算机辅助工装设计、NC编程、数控加工、三 坐标测量（CMM）、机器人装配、生产计划与管理、计 算机辅助质量控制等。
车削（Lathe）模块用于编制数控车削加工程序，可进行粗车、 精车、切槽、车螺纹以及铣车复合加工等的刀具轨迹生成及仿 真；
线切割（Wire）模块用于编制线切割加工程序，可进行2～4 轴电火花线切割的加工轨迹生成及仿真。
7.4 Mastercam软件的应用
Mastercam的显著特点：
具有强大的CAD功能，不仅具有二维绘图和尺寸标注功能， 而且具有三维曲面造型和实体造型、着色处理等功能。 具有强大的CAM功能，能够进行铣削、车削、雕刻和线切割 加工程序的编制。 具有刀具轨迹验证和实体切削仿真功能。 MasterCAM能够依据使用者定义的刀具、进给速度、转速等 模拟刀具轨迹和计算加工时间。 具有刀具库及材料库，能根据被加工工件材料及刀具规格尺 寸自动确定进给速度、主轴转速等加工参数。 具有丰富的数据接口，可直接读入UG、PRO/E、CATIA、 AUTOCAD等常用CAD/CAM软件的几何模型文件，同时提供 标准图形数据格式如IGES、STEP等的数据转换功能。
刀具选择 切削用量选择 确定工件坐标系
7.3 应用CAD/CAM软件编程的过程
一、编程步骤 2. 几何模型定义
直接读入零件几何模型 数据转换
CAM软件一般都提供了常用CAD软件的数据接口和标 准数据接口，如IGES、STEP等。
直接造型 确定编程原点及编程坐标系 读入零件图或绘制零件图 绘制毛坯图
7.3 应用CAD/CAM软件编程的过程
一、编程步骤 1. 数控工艺过程制定
加工区域规划 对加工对象进行分析，按其形状特征、功能特征及精 度、粗糙度要求将加工对象分成几个加工区域。对加 工区域进行合理规划可以达到提高加工效率和加工质 量的目的。
加工方式确定 刀具类型选择 切削方式（走刀方式）选择
CAD/CAM意味着集成、一体化。
由于CAD/CAM软件编程具有自动化程度高、速度快、精 度高、直观性好、使用简便、便于检查和修改等很多优 点，已成为目前国内外数控加工中普遍采用的程序编制 方法。
7.2 CAD/CAM软件系统的组成及功能
刀具生轨成迹
CAD/CAM系统的组成 几何造型（二维、三维） 刀具轨迹生成 刀具轨迹编辑 刀具轨迹验证 后置处理 数据交换 系统界面
后置处理 CAD/CAM软件计算出的刀具轨迹包含了大量的刀位点数 据（APT程序），后置处理的作用就是将这些刀位数据按 数控机床规定的指令格式转换为数控程序。
7.2 CAD/CAM软件系统的组成及功能
通信接口 通信接口模块实现信息的交换和传输。 通过图形数据交换标准（如IGES、STEP等）实现不同 CAD/CAM系统的信息交换； 通过计算机网络系统将数控程序等数据传送到数控机 床。
加工程序参数设置：刀补方式、刀补方向设置、对刀位置 等。
7.3 应用CAD/CAM软件编程的过程
一、编程步骤 5. 刀具轨迹生成
针对每个加工表面自动进行刀位计算，生成刀具轨迹，并 将刀具轨迹直接显示在屏幕上。刀具轨迹计算的结果存放 在刀位数据（CL DATA）文件中。
6. 刀具轨迹验证与编辑 直接查看：通过对视角的转换、旋转、放大、平移直接查 看生成的刀具轨迹。 手工检查：对刀具轨迹进行逐步观察。 刀具轨迹动态仿真：直接在显示器上观察加工效果。
7.2 CAD/CAM软件系统的组成及功能
刀具轨迹生成 根据用户设定的加工对象、所选用的加工方式、刀具及加 工参数等进行刀位计算，生成刀具轨迹。
由于刀位计算是数控编程中最重要和最复杂的工作环节， 因此它也是利用CAD/CAM软件进行编程的最明显的优势。
CAD/CAM软件一般都提供一个刀具库管理模块，用户可 根据需要定义和选择具有适用的几何参数的刀具。
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7.4 Mastercam软件的应用
Mastercam的显著特点： 提供适合目前国际上常见的多种数控系统的后置处理程序文 件。 具有DNC功能，可直接将NC程序通过RS-232C通讯接口发送 至指定的数控机床或直接控制数控机床进行加工。 用户界面友好，操作方便。并且用户界面可在一定程度上实 现个性化定制，以满足个人的操作风格和喜好。
若发现不合适或有问题的刀具轨迹，应调整参数设置重新 进行计算，再做检验，直至生成正确的刀具轨迹；也可以 在人机交互方式下对刀具轨迹进行适当的修改。
7.3 应用CAD/CAM软件编程的过程
一、编程步骤
7. 后置处理
根据所选用的数控机床，运行相应的后置处理程序，将刀 位文件转换成数控加工程序。
由于各种机床使用的数控系统不同，所用的程序指令代码 及格式也有所不同。因此，CAD/CAM软件通常配备多种 数控系统的后置处理程序
7.3 应用CAD/CAM软件编程的过程
二、特点
节省大量的零件几何造型时间。在使用CAD/CAM软件系统 编写数控程序时，可直接使用CAD产生的零件几何模型，编 程人员无需重复进行零件几何造型，因此能够节省大量的零 件几何造型时间，并且能够避免零件重复造型时的人为错误。
避免编程错误，提高编程效率。由于刀位数据由计算机自动 计算出来，不仅速度快，而且准确。同时，由于用图形终端 显示刀具轨迹，方便编程人员及时校验，大多数编程错误能 被检查出来并得到及时修正。
通信接口
后置处理
系统界面
几何造型
几何造型 内核
刀具轨迹 验证
刀编具辑轨迹
7.2 CAD/CAM软件系统的组成及功能
几何造型 几何模型是用几何概念描述的一个物理或抽象的对象按照 某种数据结构在计算机中的数字表示。 常用的几何模型有线框模型、面模型、实体模型和特征模 型。 主要功能包括： 二维绘图 三维造型 图形编辑和浏览 阴影和着色 尺寸和公差标注
第七章 CAD/CAM软件及其应用
本章内容 7.1 概述 7.2 CAD/CAM软件系统的组成及功能 7.3 应用CAD/CAM软件编程的过程 7.4 MasterCAM软件的应用
7.1 概述
计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）已广泛应用于绘图、 设计、仿真、分析和制造等方面。
计算机辅助设计（CAD） CAD是指应用计算机技术进行产品设计、绘图、分析和技 术文档编写等活动的总称，一般包括零件几何造型、产品 装配造型、工程分析（如质量特性计算、有限元分析）和 工程绘图等内容。
7.4 Mastercam软件的应用
7.4 Mastercam软件的应用
应用Mastercam编写程序的主要步骤：
启动Mastercam软件。 打开一个零件文件，或根据零件图纸进行零件几何造型。 选择用于加工零件的机床类型和机床定义。用户可根据实际 加工需要对同一个零件选择铣、车等多个机床定义，以完成不 同的加工。当选择一个机床类型时，系统将在刀具轨迹管理器 中自动产生一个新的机床群组和刀具轨迹群组。在生成刀具轨 迹前，必须首先选择机床定义。 设置加工对象和参数（机床群组属性），包括文件、刀具、 毛坯和安全区设置。 生成刀具轨迹。 验证和编辑刀具轨迹。 后置处理。
8. 工艺文档生成 将机床操作人员所需要的工艺信息（如程序名称、加工顺 序、刀具参数等）生成或编写成规范的文档。这一功能虽 然简单，但它对保证编程人员与机床操作人员的配合，避 免失误有重要的作用。
7.3 应用CAD/CAM软件编程的过程
一、编程步骤 1. 数控工艺过程制定 2. 几何模型定义 3. 加工方式及对象指定 4. 参数设置 5. 刀具轨迹生成 6. 刀具轨迹验证与编辑 7. 后置处理 8. 工艺文档生成 在编程过程中，编程人员的工作主要集中在零件工艺过程设 计、参数设置这两个阶段，其中工艺过程设计决定了刀具路径 的质量，参数设置则构成了软件操作的主体。