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1、编号： 毕业设计(论文)题 目： 基于MasterCam高速切削 加工应用及仿真 学院： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 题目类型：理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 2012年12月13日摘 要高速切削加工是近年来迅速发展起来的先进制造技术，合理且科学的应用高速加工技术，已经成为提高加工效率、提高加工质量、缩短加工时间的重要加工方法之一。它是一种用比常规切削高几倍的切削速度进行的切削加工的高效的新技术。高速切削加工现在已经广泛应用于模具制造、航空航天制造、精密零件加工等领域，可以对有色金属、铸铁、钢、纤维强化复合材料等进行高效加工，还可以用于切削加工各种难以
2、加工的材料。但是由于高速切削的特殊性和控制的复杂性，在高速加工的条件下，使用传统的NC程序已经难以满足要求了。为了高效、高质量的实现高速切削加工，非常有必要采用CAD/CAM软件进行编程，而MasterCAM软件在有关高速加工的模块中，提供了不同加工区域的加工策略和连接方式选项，且生产的速度较快。本文主要基于MasterCam软件中的2D High Speed Toolpaths（2D高速路径）和Surface High Speed Toolpaths(曲面高速路径)两类高速加工功能，研究探讨高速加工的刀具路径和实体零件的自动数控编程。首先，使用Solidworks软件中完成实体零件的特征建模
3、，将模型导入至Mastercam软件，然后，设置零件的毛坯尺寸及高速加工策略及参数，在指定的机床上自动生成零件各加工区域的二维或三维刀具路径，最后利用数控加工仿真验证了自动生成的高速切削的NC刀具轨迹。关键字：高速切削；高效；高质量；刀具路径；MasterCAM；加工仿真AbstractHigh-speed machining is developed rapidly in recent years, advanced manufacturing technology, reasonable and scientific applications high-speed processing t
4、echnology has become to improve processing efficiency, improve processing quality, shorten the processing time is one of the important processing methods. It is a several times higher than with conventional cutting speed for cutting machining and efficient technology. High-speed machining is now wid
5、ely used in mold manufacturing, aerospace manufacturing, precision machining parts and other fields, can be non-ferrous metals, cast iron, steel, fiber-reinforced composite materials for efficient processing, but also can be used for cutting various hard machining materials. However, due to the char
6、acteristic of high-speed cutting and control complexity, high-speed processing conditions, using conventional NC program has been difficult to meet the requirements. For efficient, high-quality high-speed machining, very necessary to use CAD / CAM software for programming, and MasterCAM software mod
7、ule for high-speed machining, machining area provides a different processing strategies and connectivity options, and the production rate rapidly. This article is mainly based on MasterCam software 2D High Speed Toolpaths (2D high-speed path) and Surface High Speed Toolpaths (curved high-speed path)
8、 two high-speed processing capabilities, to analyze high-speed machining tool path and physical parts of automatic CNC programming. First, the use of Solidworks software features complete body parts modeling, the model is imported into Mastercam software, and then set the part of the rough size and
9、high-speed machining strategies and parameters on the specified machine automatically generate parts of the working area of the two-dimensional or three-dimensional tool paths, and finally the use of CNC machining simulation automatically generated high-speed cutting of NC tool paths.Keywords: high-
10、speed；cutting；Efficient ；High quality ；Toolpaths ；MasterCAM ；Machining simulation目 录1 绪论11.1 数控加工的发展11.2 研究目的、内容12 高速加工12.1 高速切削的概念12.2 高速切削的技术体系22.3 高速切削的关键技术22.3.1 高速切削的机理22.3.2高速切削的刀具技术32.3.3 高速切削的机床技术42.3.4高速切削工艺技术42.3.5 高速加工的测试技术52.3.6 CAD/CAM52.3.7 高速加工的数控编程基本原则52.4 高速切削的特点62.5 高速切削在各个领域的应用72.
11、5.1 高速切削在航空航天工业中的应用72.5.2 高速切削在纤维增强塑料中的应用82.5.3 高速切削在模具制造业中的应用83 MasterCAM软件及其高速加工策略83.1 MasterCAM软件及其系统介绍83.1.1 MasterCAM X5版本介绍83.1.2 CAD/CAM模组93.1.3 机床模拟加工模组93.2 MasterCAM工作流程93.3 高速加工模块113.3.1 2D High Speed Toolpaths的加工策略113.3.2曲面高速加工路径113.4 通过实例分析与对比2D高速路径的加工策略123.4.1 动态轮廓铣削123.4.2中心除料铣削和动态核心铣削
12、133.4.3区域铣削和动态区域铣削143.4.4 残料铣削和动态残料铣削153.4.5剥铣和熔接铣削163.5 通过实例分析与对比3D高速路径的加工策略173.5.1 3D高速加工粗加工策略173.5.2 3D高速加工精加工策略184 应用实例的建模214.1 铝合金薄壁后盖零件的建模214.2 烟灰缸凸模的建模245 应用实例的编程加工与仿真275.1 铝合金薄壁雷达后盖的编程275.1.1加工工艺分析及加工方案拟定275.1.2 铝合金薄壁雷达后盖的编程295.2 烟灰缸凸模的编程325.2.1加工工艺分析及加工方案拟定325.2.2 烟灰缸凸模的数控编程335.3 模拟加工与后处理35
13、5.3.1模拟仿真与后处理操作355.3.2 铝合金薄壁雷达后盖与烟灰缸凸模的仿真参数376 结论37谢 辞39参考文献40附 录411 绪论1.1 数控加工的发展数控加工技术是在二战以后，为了适应复杂的外形零件加工而发展起来的一直自动化加工技术，其研究的起源是飞机制造业。数控加工可以有效地提高生产率、保证加工质量、缩短加工周期、增加生产柔性、实现各种复杂精密零件的自动化加工，并且易于在工厂和车间实行计算机管理。故，它是现在制造业的核心和发展军工业的重要技术，是衡量一个国际工业化水平的重要标志。上世纪20年代德国科学家Saloman先生最早提出了高速加工（High Speed Machinin
14、g,简称HSM）的概念，并在1931年申请了专利。到了上世纪50年代末至60年代初，美国和日本也加入对此领域的研究，在此期间德国已经针对不同的高速切削加工过程及有效的机械结构进行了很多的基础性研究工作。自1979年美国空军和洛克希德飞机公司研制了适用于加工轻合金材料的高速铣削设备，开创了“整体制造法”快速切削大量金属材料的方法之后，高速切削加工技术得到了更进一步的发展和更加广泛的应用。到了上世纪80年代初期，因为飞机制造业为了缩短加工时间以及对一些小型特殊零件的薄壁进行加工而提出了快速铣削的要求，于是将HSM技术真正的应用于实践。1.2 研究目的、内容 本文在MasterCAM基于高速加工软件
15、的模拟操作下，并以高速加工机床：加工中心（Machine Center）实际仿真加工验证，将对MasterCAM的高速加工做一个深入的探讨。首先是对同一简单并具有代表性的实体零件使用不同的加工策略，利用数控加工仿真验证获得NC刀具轨迹及加工参数进行一个针对性的比较，从而得出对某一特征加工最优的加工策略，然后再对某一具体零件根据其各区域不同特征选择各自最优的加工策略，并将其进行全面的加工编程。在进行编程时，可以根据不同的需要进行各自参数的定义，并生成模拟刀具路径，经过验证后可以根据需要对刀具路径进行修改、编辑或者是重新生成，在确定是正确的刀具路径后即可进行后处理编辑，导出程序并传输至加工中心去。
16、2 高速加工2.1 高速切削的概念高速切削概念的提出源于德国切削物理学家萨洛蒙(Salomn)先生的著名切削实验及其物理引。他认为对应一定的工件材料有一个临界切削速度，其切削温度最高。在常规切削范围内（见图2.1A区）切削温度随着切削速度的增大而提高，当切削速度到达临界切削速度后，切削速度再增大切削温度反而下降（见图2.1 ）。然而由于受到当时实验条件的限制，这一个理论并不能严格区分切削温度和工件温度的界限。但是，他的思想却给了人们一个非常重要的启示：如果能越过图2.1中的B区，而在高速区（图2.1中的C区）进行切削，则有可能使用现有的刀具进行高速切削，从而大幅度地减少切削工时，成倍或数倍地提
17、高机床的生产率。经过后来从事机械加工研究的人们的不断努力，使这一想法得以实现。 图2.1 高速切削概念的产生到目前为止世界各国对高速切削的速度范围还没有做出明确的定义，通常把切削速度比常规切削速度高510倍以上的切削称为高速切削。不同的材料高速切削速度的范围也不同。常用材料铝合金为10007000m/min，铜为9005000m/min，钢为5002000m/min，灰铸铁为8003000m/min，钛为1001000m/min。加工方式的高速切削速度范围为：车削7007000m/min，钻削1001000m/min，铣削2007000m/min，磨削500010000m/min。与之相对应的
18、进给速度一般为225m/min，高的达6080m/min。2.2 高速切削的技术体系 高速切削技术是一项综合性高技术，按其内容、特点和相互关系可以分为技术原理、基础技术、单元技术和总体技术4个层次，见图2.2。其中技术原理是通过高速切削、磨削实验和理论分析所得到的加工机理，加工过程的变形、力、温度、摩擦和磨损规律等，高速条件下加工系统各部分的稳定性、可靠性以及弹性扩展特性分析。为高速切削技术提出了基本的要求和提供实验与理论依据。基础技术和单元技术是实现高速切削的关键所在，包括材料技术，构件、元件以及部件的设计和制造技术，控制和监测方法。应用了许多技术领域（比如机械、电气、轴承、控制等）的最新技
19、术成果，集中体现了高速切削技术的高性能、高精度、高可靠性和高速度的特点。高速切削的总体技术是各单元技术按其应用特征和技术性能的进一步集成。2.3 高速切削的关键技术2.3.1 高速切削的机理高速切削技术的应用和发展是以高速切削机理为理论基础的。通过对高速加工中切屑形成机理、切削力、切削热、刀具磨损、表面质量等技术的研究，也为开发高速机床、高速加工刀具提供了理论指导。 高速切削机理的研究主要有以下几个方面：（1）、高速切削过程和切削成形机理的研究对高速切削加工中切屑成形机理、切削过程的动态模型、基本切削参数等反映切削过程原理的研究，采用科学实验和计算机模拟仿真两种方法。 （2）、高速加工基本规律
20、的研究对高速切削加工中的切削力、切削温度、刀具磨损、刀具耐用度和加工质量等现象及加工参数对这些现象的影响规律进行研究，提出反映其内在联系的数学模型。 （3）、各种材料的高速切削机理研究由于不同材料在高速切削中表现出不同的特性，所以，要研究各种工程材料在高速切削下的切削机理，包括轻金属材料、钢和铁、复合材料、难加工合金材料等。通过系统的实验研究和分析，建立高速切削数据库，以便指导生产。 （4）、高速切削虚拟技术研究在实验研究的基础上，利用虚拟现实和防真技术，虚拟高速加工过程中刀具和工件相对运动的作用过程，对切屑形成过程进行动态防真，显示加工过程中的热流、相变、温度及应力分布等，预测被加工工件的加
21、工质量，研究切削速度、进给量、刀具和材料以及其他切削参数对加工的影响。2.3.2高速切削的刀具技术高速切削刀具是实现高速加工的关键技术之一。高速加工用刀具单元技术所涉及的关键技术主要有：高速加工用刀具材料及制备技术，高速加工用刀具结构及刀具几何参数的研究等。高速加工刀具必须与工件材料有较少的化学亲和性，具有优良的机械性能、热稳定性、抗冲击和热疲劳特性。一般用于高速切削刀具的材料主要有超细晶粒硬质合金、聚晶金刚石、立方氮化硼、氮化硅陶瓷材料、混合陶瓷和碳（氮）化钛基硬质合金以及用气相沉淀法的超硬材料涂层刀具等。对于高速切削使用的刀具，其结构设计和刀具的装夹结构是非常重要的，要具有可靠的刀体结构和
22、刀片夹紧结构。因此，刀体与刀片之间的连接配合要封闭，刀片夹紧机构要有足够的夹紧力，同时对高速回转刀具还应对动平衡有要求，其次装夹的结构设计必须要有利于迅速换刀并具备广泛的互换性和较高的重复精度。刀具的选择在高速加工中非常重要，不同的刀具参数会直接体现在加工零件的最终加工表面上，所以刀具技术对于数控加工是不可或缺的一个关键技术。2.3.3 高速切削的机床技术实施高速加工技术，首先应有高速加工机床。高速加工机床具有不同于传统数控机床的特点（）高速加工机床的主轴部件，要求采用耐高温、高速、能承受大的负荷的轴承，同时主轴动平衡性能好，有良好的热稳定性，能够传递足够的力距和功率且能承受高的离心力。主轴的
23、刚性好、有恒定的力矩。带有检测过热装置和冷却装置。（）高速加工机床的进给系统一般采用直线电机驱动，能够实现高的进给速度，达到大的加速度。（）高速加工机床采用高性能的数控系统，克服传统数控机床的运算速度低和伺服滞后等缺陷，从而能实现高精密伺服控制、高速数控运算和全公差控制功能。（）高速加工的机床结构一般通过优化设计采用较轻的移动部件，从而能获得高的加速度特征。（）为了能获得高的静态和动态刚度，适应高速旋转的需要，高速加工机床对刀具有严格的要求，尤其是对主轴于刀柄的联结有特殊的要求，广泛使用的刀具一般使用的小锥度，而不使用传统的大锥度刀柄。（）高速加工具有数控代码预览功能，即高速加工机床的数控系统
24、在进行切削加工的过程中，其读取的加工代码可以有一定量的超前，以便于机床调整进给速度以适应刀具轨迹变化的需要。2.3.4高速切削工艺技术高速切削的工艺技术也是成功进行高速加工的关键技术之一。切削方法选择不当，会使刀具加剧磨损，完全达不到高速加工的目的。高速切削的工艺技术包括切削方法和切削参数的选择优化，对各种不同材料的切削方法、刀具材料和刀具几何参数的选择等。切削方法和切削参数的选择与优化在高速切削中，必须对切削方法和切削参数进行优化选择。其中包括优化切削刀具控制，如刀具接近工件的方向、接近的角度、移动的方向和切削过程（顺铣还是逆铣）等。（1）对各种不同材料的切削方法切削铝、铜等轻合金，与切削钢
25、和铸铁以及切削难加工合金钢，由于切削机理不同，除了刀具材料和刀具几何参数的选择外，在切削过程中还要采取不同的切削策略才能得到较好的切削效果。根据不同加工材料来研究高速切削工艺方法，也是高速切削工艺技术研究的重要内容之一。（2）刀具材料和刀具几何参数的选择在研究高速切削工艺技术中，切削方法和技术必须紧密结合刀具材料和刀具几何参数的选择综合进行。2.3.5 高速加工的测试技术高速加工是在密封的机床工作区间里进行的，在零件加工过程中，操作人员很难直接进行观察、操作和控制，因此机床本身有必要对加工情况、刀具的磨损状态等进行监控，实时地对加工过程在线监测，这样才能保证产品质量。提高加工效率，延长刀具使用
26、寿命、确保人员和设备的安全。高速加工的测试技术包括传感技术。信号分析和处理等技术。近年来，在线测试技术在高速机床中使用得越来越多。现在已经在机床使用的有：主轴发热情况测试、滚珠丝杆发热测试、刀具磨损状态测试、工件加工状态监测等。测量传感器有热传感器、测试刀具的声发射传感器、工件加工可视监视器等。智能技术已经应用于测试信号的分析和处理。例如，神经网络技术被应用于刀具磨损状态的识别。2.3.6 CAD/CAM由于安装在数控机床的计算机控制系统里的内存相对比较少，而加工复杂的曲面时，NC代码的文件非常大，必须快速的将CAM系统产生的数据通过网络传入机床的计算机控制系统中。普通的DNC的数据传输速度为
27、110-38400bit/s之间，最常用的是9600bit/s，对高速加工的需要难以满足。而直接CNC网络（DCN）的传输速度是DNC的一千倍，可以很好的解决上述问题。即使加工精密零件时，NC代码定义的位移为0.0025mm，也可以满足对数据传输的要求。2.3.7 高速加工的数控编程基本原则 高速加工对加工工艺走刀方式有着特殊的要求，高速加工的数控编程是一项非常复杂的技术，代码的编程员必须了解高速加工的工艺过程，再编制数控加工程序时，将这些加工工艺考虑进去，一般来说，在利用高速加工技术进行模具加工时，应注意如下一些原则：（）高速加工时，由于进给速度和切削速度很高，应当避免刀具突然切入和切出工件
28、，避免切削力的突然变化减少冲击。因而，编程者应当能够充分预见刀具是如何切入工件，如何切出工件，尽量采用平稳的切入切出方式，下刀或行间、层间的过渡部分最好采用斜式下刀或圆弧下刀，避免垂直下刀直接接近工件材料。 （）在进行高速加工时遇到加工方向改变时，机床为了保证加工的精度，避免过切，通过其预览功能，在加工方向进行改变时一般会自动进行进给速度的调整。但是，当加工方向突然改变时，由于机床的加速度是有限制的，因而，有可能做不到及时的速度调整，造成过切或（欠切），严重的将造成刀具断裂。同时，不断地调整进给速度会严重降低生产效率。因而，编写高速加工数控加工程序时，应尽量避免加工方向的突然改变。行切的端点采
29、用圆弧连接，避免直线连接、层间应采用螺旋式连接，避免直线连接。 （）要尽可能维持恒定切削负载，切削深度、进给量和切削线速度一定要协调好。当遇到某处切削深度有可能增加时，应降低进给速度，以保持恒定的负载。编写高速加工的数控程序时，应能充分考虑残留余量的效应，最好编程软件有残留余量的分析功能，做基于残留余量的刀具轨迹计算。同时，要注意刀具的实际切削位置，避免切削线速度减低的现象发生，确实处于正常的高速加工切削速度范围，应尽量使用多坐标编程，通过刀轴旋转来维持恒定的切触点位置，维持恒定的切削速度。 （）刀具路径越简单越好，应尽量采用圆弧、曲线等插补功能，传统的加工模具时采用的密集点数据刀具路径，不太
30、适合于高速加工，一方面数据量太大，加重数控系统的数据处理负担，造成进给速度要适应数控系统的处理速度而减低。另一方面，密集的直线段之间，是连续的，因而数控系统要不断地调整进给速度，造成进给速度升不上去，严重影响加工效率。 （）在进行高速加工编程时，无论从加工精度还是加工安全性考虑，都应该进行充分的干涉检查和加工过程仿真。（）注意进行多种加工方案的对比分析，选取最佳的切削方案。2.4 高速切削的特点（1）提高生产率随着铣削速度和进给速度的提高，可大大的提高材料的去除率。另外，高速铣削可以对淬硬零件加工，复杂型面零件也可以通过高速铣削一次装夹完成从粗加工到精加工的全部工序，节省了电加工和手工抛光等工
31、序，缩短加工制造的周期，从而提高生产率。如美国通用公司在其发动机总成的制造生产线上，采用了57台日本MAKINO（牧野）公司制造的J88型加工中心，最高加工切削速度能达到1800m/min,是原来刚性生产线切削速度的三倍，生产准备时间也相应减少了6至9个月。（2）提高加工精度和表面质量高速加工中心需要具备高刚性和高精度等性能，由于铣削深度较小，而进给速度较快，高速加工时切削力低、工件热变形减小，可以获得高的加工精度和小的表面粗糙度。根据英国Delcam公司实验加工工厂的报告，采用高速切削加工铝合金件粗糙度可稳定地达到Ra0.40.6，加工钢件可达到Ra0.20.4。（3）可使用直径较小的刀具高
32、速加工的切削力较小、切削负荷较为平稳，较高的主轴转速适合使用小直径的刀具，相对于传统加工所使用的大直径刀具，可以有效的降低刀具的费用。例如，通用公司在RFM 1000S机床上使用高速铣削汽缸精密铸造模具型腔，工件材料硬度为HRC35的钢材（X38CrMoV51高合金工具钢），加工最大转速和最大进给速度分别为30000rpm与5000mm/min，采用的最小刀具半径仅有2mm。（4）可加工薄壁零件和高 强度、高硬度的脆性材料高速加工时的铣削力小, 切削力稳定, 可确保成功的加工出薄壁零件, 采用高速铣削可加工出壁厚0. 2 mm、壁高 20 mm, 甚至壁厚 0. 1 mm、壁高 15 mm的薄
33、壁零件。另外由于加工工艺、刀具等技术的进步, 目前高速加工已可以加工硬度达 HRC60的零件, 可以实现热处理后的再加工, 简化了模具制造工艺。（5）可实现整体结构零件的加工高速加工可加工飞机框架、构架等大材料去除率 90% 的零件, 除了可以有效减轻零部件重量、保证零件材料整体性外, 也可以减少装配工序, 减少零件数目, 提高可靠性。如瑞士派士 12( PC - 12) 客机飞机大梁, 零件形状复杂, 采用 Starragahaeckert公司制造的卧式五坐标加工中心高速加工, 其制造时间缩短为原有的 75% , 同时提高了零件精度和互换性。又如波音公司生产的 F 15战斗机零件中, 原本为
34、需要约 500个零件组装而成的构件, 现仅用一块整料采用高速加工技术即可完成。( 6)可替代其它电加工、磨削等加工工艺由于高速加工可以实现对淬火后零件的切削,以及可获得细腻的表面质量和较高的加工精度, 在模具型腔加工中可以取代电加工和磨削加工, 减少或者取消抛光工序。如上述提及的 通用公司采用高速铣削汽缸精密铸造模具型腔一例中, 高速铣削后的粗糙度低于 R a0. 6, 减少了 80% 的手工抛光时间。 ( 7)提高经济效益由于上述的种种优点, 高速加工工艺提高了加工效率, 改进了加工质量, 简化了加工工序, 减少了额外机床和刀具的费用, 从而使综合经济效益显著提高。近 年 来 出 现 的 柔
35、 性 生 产 线 FTL ( F lex ib leT ransfer L ine), 可以比 FM S减少 30% 的投资额, 适用于大量制造的场合, 目前我国的汽车工业已有诸如上海通用汽车公司等十几条 FTL 投入使用, 在加快制造节拍的同时降低了制造成本。2.5 高速切削在各个领域的应用2.5.1 高速切削在航空航天工业中的应用航空航天工业中许多零件采用薄壁、细筋结构，由于刚度差，不允许有较大的吃刀深度，故，高速切削成为此类零件加工工艺的不二选择。飞机上的一些零件为了提高可靠性和降低成本，将原来有几个铆接或焊接成的部件，改用整体实心材料制造，此即“整体制造法”。有的整体构件的材料去除率高
36、达90%，采用高速切削可极大的提高生产率和产品质量，降低制造成本，这也是高速切削技术在飞机制造业获得广泛应用的主要因素。 航空和动力工业部门还大量采用镍基合金和钛合金制造飞机和发动机零件。这些材料强度大、硬度高、耐冲击，加工中容易硬化，切削温度高，刀具磨损严重，属于难加工材料，至今一般仍然在采用非常低的切削速度加工，如果采用高速切削，其切削速度可以达到1001000m/min,为常规切削速度的10倍左右，不但可大幅度提高生产效率，而且可以有效的减少刀具的磨损，提高加工零件的表面质量。2.5.2 高速切削在纤维增强塑料中的应用纤维增强塑料是机械工业常用的新型复合材料，分为碳素纤维和玻璃纤维两大类
37、，切削这种材料时，对于刀具有非常严重的刻画作用，刀具较容易磨损。当用金刚石刀具对这种材料进行高速切削时，上述问题都可以避免，加工精度和效率将明显提高。2.5.3 高速切削在模具制造业中的应用模具型腔加工在以前一直都是被电加工所垄断，但是其加工效率低。而高速加工切削力小，可以淬硬HRC60的模具钢，加工表面粗糙度值又很小，浅腔大曲率半径的模具完全可用高速铣削来代替电加工；对深腔小曲率的，可用高速铣削加工作为粗加工和半精加工，电加工只作为精加工。这样子就可以大大的提高生产率，缩短生产周期。 由于高速切削的特殊性和控制的复杂性，传统的NC编程已经不能满足加工的需要了。故需要认真考虑加工过程中的每一个
38、细节，深入的研究高速切削状态下的数控编程，而MasterCAM软件具有很强大的CAM功能，而且专门为高速加工提供了编程模块，可很好的对复杂、难加工零件进行编程和程序的自动生成。3 MasterCAM软件及其高速加工策略3.1 MasterCAM软件及其系统介绍3.1.1 MasterCAM X5版本介绍Mastercam是美国CNC Software Inc.公司开发的基于PC平台的CAD/CAMHYPERLINK http:/ Mastercam提供了多种先进的粗加工技术，以提高零件加工的效率和质量。Mastercam还具有丰富的曲面精加工功能，可以从中选择最好的方法，加工最复杂的零件。Ma
39、stercam的多轴加工功能，为零件的加工提供了更多的灵活性。 可靠的刀具路径校验功能 Mastercam可模拟零件加工的整个过程，模拟中不但能显示刀具和夹具，还能检查刀具和夹具与被加工零件的干涉、碰撞情况。 Mastercam提供400种以上的后置处理文件以适用于各种类型的数控系统，比如常用的FANUCHYPERLINK http:/ http:/ http:/ CAD/CAM模组CAD模组具有完整的曲线功能，可设计、编辑复杂2D、3D空间曲线，还能够生成方程曲线，能进行尺寸标注和注释；采用NURBS,PARAMETRICS等数学模型，具有多种生成曲面的方法，能够完成曲面修剪、曲面间变半径倒
40、圆角、倒角、曲面偏置、延伸等编辑功能；在实体造型方面，具有倒圆角、抽壳、布尔运算、延伸、修剪等功能。CAD模组还具有可靠的数据交换能力，可转换的格式包括：IGES,DXF,DWG,ASCII等。CAM模组包括铣床2D加工系统：能完成外形铣削、型腔加工、实体加工、刀具路径模拟、编辑等功能。铣床2.5D加工系统：刀具路径可投影至斜面、圆锥面、球面和圆铜面，能进行直纹曲面、扫描曲面、旋转曲面的加工、单一曲面的精、粗加工及具有程序过滤的功能；铣床3D加工系统：能够完成多重曲面的精、粗加工，并且提供多种加工走刀策略以对应不同的特征。3.1.3 机床模拟加工模组在MasterCAM X5版本之中，还加入了
41、机床模拟这一个模块。在使用该模块时，把鼠标放在菜单栏空白的地方，右键鼠标在出现的下拉菜单中选中Machine Simulation，并把其放置到空白处以添加该模块的启动快捷键。在模拟启动设置选项中可以选择模拟加工时使用的机床和设置加工的毛坯；在进行模拟时可以根据需要选择“隐藏/透明/显示”刀具路径、刀具、机床、工件等。使用该模块进行模拟加工，可以对所编写的程序进行全面的检查，包括模拟切削过程，对加工过程中是否出现撞刀等现象进行检查，得出每个加工步骤及整个加工过程的参数：包括 加工时间、进给率时间、快速进给时间、刀具路径总长度、位移进给长度、快速进给位移长度。MasterCAM软件加入了机床模拟
42、模块使得编程之后可以更加直观的对程序进行检查，大大的方便了使用者。3.2 MasterCAM工作流程由于MasterCAM软件为不同的特征配置了多种加工策略，而每种加工策略都包括很多参数，主要分为加工策略的选择、刀具的选择与设置、主轴转速与进给率的设置、切削方向、进刀与退刀方式、在Z轴方向的深度切削、宽度切削、机床坐标参数等选项，下面将用工作流程图的方法表示出MasterCAM的基本工作流程（见图3.1）。MasterCAM可以使用自带的CAD模块创建几何图形，也可以从其它CAD软件导入，如Solidworks、PROE等。在导入几何图形后，进行CAM编程时：（1） 先在菜单栏机床选项中，选择
43、你要使用加工的机床类型，然后进行材料设置；（2）选择刀具路径，选择所要加工的区域，并根据加工区域的特征选择相对应的加工策略；（3）根据加工区域的特征合理选择加工所使用的刀具，并系统使用自带的切削速度计算工具计算出主轴转速和进给率；（4）根据需要合理的选择切削参数，包括切削的方向、Z轴分层切削深度、厚度切削参数、刀具的步进量等；（5）根据零件的外形等，合理选择机床的基本参数，包括参考点、安全高度、进刀点、加工深度等；（6）在参数都根据需要合理定义后，点击确定生成模拟刀具路径，然后使用模拟加工功能对程序进行验证。如果刀具路径正确则进行下一步操作，否则重新选择加工策略或者对参数重新定义；（7）刀具路
44、径经过模拟验证后，进行后处理操作，导出加工编程的程序，以便传输到加工机床中。MasterCAM系统生成的图形其它CAD系统的图形转换MasterCAM的CAM功能根据几何图形的基本特征刀具路径的描述刀具参数切削参数设定加工参数刀具路径模拟 机床基本参数否正确？是后置处理 NC程序 图3.1 MasterCAM工作流程图3.3 高速加工模块MasterCam X5为用户提供了两种高速加工模块，分别是2D High Speed Toolpaths（2D高速路径）和Surface High Speed Toolpaths(曲面高速路径)，分别对应加工二维平面加工与三维曲面加工，而每种加工模块分别提供
45、了多种种对于不同特征加工区域的高速加工策略。其中在MasterCAM X5版本中最新加入了动态铣削的刀具路径，它区别于之前提供的高速加工策略，主要采用了螺旋走刀和摆线走刀的方法，使得切削过程中刀具的负荷更加稳定，更加快速。以下将列出来MasterCAM X5的高速加工模块中的加工策略及所对应的特征3.3.1 2D High Speed Toolpaths的加工策略 按照不同的加工类型区分：（1）对外轮廓加工的高速加工策略：中心除料铣削（Center Mill）； 动态核心铣削(Dynamic Core Mill)；动态轮廓铣削（Dynamic Contour）。（2）对内轮廓及区域的高速加工策略： 区域铣削（Area Mill）； 动态区域铣削（Dynamic Area Mill）；（3）对加工零件的残料的高