MasterCAM在零件加工3D建模中应用

MasterCAM在零件加工3D建模中的应用探讨

摘要：在当前流行的 cad/cam 软件中，mastercam 是应用比较广泛的软件。在零件加工前，一般要先绘制出零件加工后的理想表面形状，然后使用刀具切出具有一定形状和尺寸精度的表面。曲面设计是 mastercam 软件的重要功能之一，能正确，灵活的使用相关功能非常重要，本文以如何进行三维建模为主介绍它的典型应用。

关键词：3d建模；曲面造型；修剪/延伸

中图分类号：tg54 文献标识码：a 文章编号：1007-9599 （2012）23-0000-02

1 mastercam 的三维造型功能介绍

计算机操作使用 mastercam 进行编程时，操作顺序依次是：绘制零件的二维或三维图形，设置适合的虚拟毛坯，根据工艺要求选择合适的切削方式，按照工艺方案选择刀具并且设置相关的刀具参数和加工参数，通过动态模拟等手段检验生成程序的正确性，再通过后置处理程序生成数控机床能够识别的加工代码，经过编辑，修改后，传输给数控机床，最后进行各类零件的加工。与过去繁琐而复杂的编程工作相比，使用 mastercam 可以完成复杂的加工程序的编制工作，提高了数控机床的加工效率和产品的经济效益。三维曲面构图应用于绘制复杂的曲面形状，如各种铸造中使用的模具、轮船、飞机、汽车、摩托车等的外形。mastercam 中三维造型可以分为线架造型，曲面造型以及实体造型。以下主要对线架造型和曲

面造型进行描述。

2 如何用 mastercam 进行几何图形的建模

对于基于图纸以及型面特征点测量数据的复杂形状零件数控编程，其首要环节是建立被加工零件的几何模型，它是实现数控加工的基础。mastercam 的几何绘图在主功能表的绘图功能中，使用各个必要的子功能表，可以构建 2d 或3d 图形，适合复杂外形及曲面的造型设计，二维几何图形建模简单，比较容易掌握。在三维几何图形建模中，却有很多值得重视的地方。

2.1 三维线框模型绘制

（1）在绘制三维线框模型前需要确立系统坐标系master cam 中使用的原始基本坐标系统为标准的笛卡儿坐标系，其各轴正向符合右手定则。

（2）构图平面和工作深度。构图平面用于定义平面的方向，几何图形就是要绘制于所定义的构图面上。例如一个圆弧可以构造在平行于 xy 平面，zx 平面或 yz 平面的平面上，这完全要看绘制圆弧之前所选用的平面而定。换句话说，在使用 cad 系统绘制任何图素之前，必须先指定构图平面。

mastercam 提供 9 种构图平面：俯视图、前视图、侧视图、空间图、视角号码、法线构面、选择上次、图素定面、旋转定面。构图平面所在的深度就是工作深度。构图平面和工作深度均可通过点击次功能菜单中相应的项来设定。

（3）绘制曲面之前通常要先绘制线架模型。线架模型用零件的

边界来表示，把非平面的表面以线框图素来构造，才能正确的表现出零件的形状。线框模型是用来定义曲面的边界和曲面的横断面特征，是构建曲面的基础。

2.2 曲面的绘制

使用曲面造型可以很好地表达和描述物体的形状，曲面造型已广泛地运用与汽车、轮船、飞机机身和各种模具的设计和制造中。工件表面的形状都是由曲面构成，一个曲面含有许多断面或曲面片，它们熔接在一起，形成一个图素。对于较复杂的工件，通过多曲面结合，依靠曲面熔接技术，产生单一曲面模型，对于曲面构造与 nc 刀具路径生成是非常有用的。由多个曲面熔接而成的曲面模型通常称为复合曲面。

mastercam 把曲面分为三大类型：几何图形曲面，自由曲面和编辑过的曲面。

（1）所谓几何图形曲面是有固定几何形状的曲面，如球面，锥面，圆柱面等。基本的几何图素可用于形成曲面的边界轮廓或边缘。基本图素包括直线，圆弧，平滑曲线和椭圆等。曲面的造型方式主要有：举升曲面，直纹曲面，旋转曲面，扫描曲面，牵引曲面，昆氏曲面。举升曲面是在一些相连的曲线围成的封闭区域中生成的不规则曲面。当曲面必须通过两条以上的线，以抛物线的方式来熔接时，可以使用本曲面。刀，勺，叉，鹅蛋形，飞机等一些特殊的地方用举升面可以方便地构建出来。举升曲面需要注意的是各截面必须满足同起点，同方向的原则，否则最后生成的曲面会变形，截面

选取的顺序不同，最后获得的曲面形状也不同。直纹曲面在两个或两个以上的线段或曲线之间笔直的对拉出相连的直线而形成的曲面。当曲面要填满两个或两个以上的曲线之间时就可使用直纹曲面。直纹曲面的特点是二条曲线扫描，一圈的形状就是相同的，如剖切线是圆弧，则圆的大小，圆心的 z 值，半径都要一样才可以扫描，是一种规则曲面。旋转曲面是由某一轮廓线绕某一轴线旋转而形成的曲面。其线架结构仅由一段轮廓线和一旋转轴线组成。曲面构建时，先要选定轮廓线，再选定旋转轴，然后还需指定旋转曲面形成的起始角度和终止角度。如果母线本身是一个闭合图形，则最后的曲面也是一个中空的闭合曲面。

扫描曲面可以使用一个截面和两条牵引线，也可是两个截面一个牵引线，扫描曲面轨迹线曲率不能太小，否则影响曲面形状，甚至构成曲面失败。牵引曲面是断面形状沿着直线笔直的挤出而形成的曲面。这条直线是由一段长度和一个角度定义来的，用于构造圆锥，圆柱，有起模角度的模型和并行的圆柱面。

（2）coon 曲面是把一些曲面片熔接而形成的曲面。

这些曲面片是由四条相连结的曲线所形成的封闭区域，通常可以绘制自由曲面。自由曲面不是特定形状的几何图形，它通过根据直线和曲线而决定其形状。这些曲面需要更复杂而难度更高的曲面造型技术。昆氏曲面的空间曲线在相交处的夹角不能小于“分岔角度”，否则可能导致曲面的生成失败。

（3）修整/延伸曲面是由修剪某一已有的曲面到指定的曲线边界

而产生的曲面，用于需要重新定义曲面边界时。曲面的修剪在构建3d 模型中，需要掌握一些技巧。

mastercam 修剪的功能是比较差，如：曲面倒圆角时可以找出圆角面的边界线，用边界线去修剪。修剪面的曲面线要大于面，而且曲线不要刚好在面的边界上，同时，选择合理的构图面，变换不同的构图面修剪。如果还不能修剪，也可以试试将曲线近似转换成直线圆弧，有时也可以修剪。又如：交角的处理。对于三个面相交的角部处理是经常碰到的构面难题，对于这种情况，一般用倒固定圆角或倒变 r 圆角的方法处理。要注意的是要在大 r 角上倒小 r 角，不要在小 r 角倒大 r 角。三面倒圆面的交面处理，先找出倒角面的边界线，再找出边界线的交点，将它连成线，然后修剪相交面，类似另外两个面。最后找出边界作成昆氏面。总之，掌握三维几何模型的构建，对加工符合工艺要求的零件产品至关重要。

3 结束语

采用 cad/cam 的技术已成为整个制造行业当前和将来技术发展的重点。在学习 mastercam 软件的过程中，通过充分的接触各种模型的建立，掌握一定的技巧，多练，才能灵活使用软件绘制各种零件图，掌握三维模型的建立，为零件加工奠定基础。

参考文献：

[1]明兴祖.数控加工技术[m].北京：化学工业出版社，2001.

[2]顾力平.数控机床编程与操作[m].北京：中国劳动社会保障出版社，2005.