Mastercam導(dǎo)入其他CAD模型數(shù)控加工的策略和應(yīng)用

劉偉洪，劉海波

LIU Wei-hong, LIU Hai-bo

（山東理工大學(xué) 精密模具省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，淄博 255049）

0 引言

Mastercam是美國(guó)CNC軟件公司開(kāi)發(fā)的CAD/CAM集成化軟件，基于PC平臺(tái)、支持中文環(huán)境、它把圖形設(shè)計(jì)功能（CAD）和輔助制造功能（CAM）有機(jī)地結(jié)合在一起，操作靈活，易學(xué)易用，運(yùn)行穩(wěn)定，刀路模擬真實(shí)可見(jiàn)，以其強(qiáng)大的加工功能聞名于世。尤其擅長(zhǎng)二維輪廓、三維曲面、孔加工，是目前我國(guó)加工領(lǐng)域應(yīng)用最多的軟件之一[1]。

目前應(yīng)用最廣泛的機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件有UG、Solid Edge、Pro/E、Solidworks等，這些軟件簡(jiǎn)單易學(xué)，容易掌握，尤其以具有真正的特征造型功能而深受用戶(hù)的歡迎，因培訓(xùn)或應(yīng)用環(huán)境的不同而擁有各自不同的用戶(hù)群。

充分利用Mastercam強(qiáng)大的加工優(yōu)勢(shì)，結(jié)合其它優(yōu)秀建模軟件的造型功能實(shí)現(xiàn)零件的數(shù)控編程，是一個(gè)行之有效的加工方案，可大大提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本，促進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展。

Mastercam實(shí)現(xiàn)其他CAD模型文件數(shù)控加工的一般步驟是先選用其他優(yōu)秀的建模軟件建好模型，然后導(dǎo)入到Mastercam中，Mastercam對(duì)模型文件進(jìn)行坐標(biāo)分析、圖形空間方位轉(zhuǎn)換等來(lái)調(diào)整坐標(biāo)原點(diǎn)位置和方向，再根據(jù)該零件的形狀和結(jié)構(gòu)，進(jìn)行面銑、外形銑、挖槽等二維銑削和三維曲面粗精加工如圖1所示。然而在這一過(guò)程中往往會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)入的模型不顯現(xiàn)、線(xiàn)架構(gòu)輪廓不可選無(wú)法進(jìn)行二維輪廓加工等問(wèn)題。針對(duì)Mastercam實(shí)現(xiàn)其它CAD模型文件數(shù)控加工中出現(xiàn)的重要問(wèn)題，本文將結(jié)合應(yīng)用實(shí)際，給出簡(jiǎn)單可靠行之有效的解決方法。

圖1 Mastercam實(shí)現(xiàn)其它CAD模型文件數(shù)控加工的一般步驟

1 Mastercam導(dǎo)入其他CAD模型文件

Mastercam有著非常強(qiáng)大的文件轉(zhuǎn)換功能，具有大量的文件轉(zhuǎn)換選項(xiàng)。比如SolidWorks Files[*.SLDPRT]、Pro/E Files[*.PRT,*.ASM]、AutoCAD Files[*.DWG,*.DXF]、IGES Files[*.IGS,*.IGES]、Solid Edge Files[*.PAR,*.PSM]等十幾種，幾乎囊括了目前市場(chǎng)中所有的機(jī)械CAD軟件所生成的文件。文件轉(zhuǎn)換器和Mastercam程序集成在一起，不需要執(zhí)行特別的命令，只要在打開(kāi)文件時(shí)選擇相應(yīng)的文件類(lèi)型即可[2]。在實(shí)施過(guò)程中，筆者發(fā)現(xiàn)這種方法不可靠，常常達(dá)不到預(yù)期的效果。即軟件雖然已經(jīng)提示文件已導(dǎo)入，但是在Mastercam界面中卻得不到圖形圖像。筆者經(jīng)過(guò)大量的實(shí)踐，找到兩個(gè)可靠的途徑能夠?qū)崿F(xiàn)在Mastercam中順利導(dǎo)入CAD模型文件?，F(xiàn)介紹如下：

1.1 方法一

第一步：把CAD模型文件導(dǎo)入成Mastercam軟件格式

運(yùn)行Mastercam軟件，選擇【File】（文件）/【Import diretory】（輸入文件目錄）命令，系統(tǒng)將彈出相應(yīng)的對(duì)話(huà)框。在Imort form files of type（導(dǎo)入文件類(lèi)型）下拉列表中選擇相應(yīng)的所屬軟件文件類(lèi)型，在From this directory（來(lái)自文件類(lèi)型）下選擇要導(dǎo)入的文件夾所在的目錄，在To this directory（導(dǎo)入到文件目錄）下選擇一個(gè)根目錄或文件夾，選好后單擊【導(dǎo)入】按鈕Import。Mastercam軟件就會(huì)將把要導(dǎo)入的模型文件導(dǎo)入到選定的位置下并轉(zhuǎn)換成Mastercam軟件格式。

第二步：打開(kāi)剛導(dǎo)入的零件CAD模型文件

選擇【File】/【Open】，彈出對(duì)話(huà)框，選擇模型文件所在的路徑，單擊對(duì)話(huà)框中的打開(kāi)按鈕，打開(kāi)附盤(pán)上的文件，文件即可導(dǎo)入，效果如圖2所示。

圖2 導(dǎo)入的CAD模型效果圖

1.2 方法二：將CAD模型保存為IGES格式再導(dǎo)入Mastercam

其他建模軟件建立好模型后將此文件保存為IGES格式，需要注意的是保存的文件名稱(chēng)應(yīng)選擇英文字母表示，若用中文名字保存，在Mastercam中依然打不開(kāi)。然后運(yùn)行Mastercam軟件，使用打開(kāi)文件命令，選擇IGES格式的文件類(lèi)型點(diǎn)擊剛才建立的文件即可。

比較方法一和方法二很容易發(fā)現(xiàn)方法二操作過(guò)程更為簡(jiǎn)單可靠，而且UG、Pro/E、Solidworks等建模軟件均支持輸出IGES格式文件。因此僅需將其它建模軟件建立的CAD模型以IGES格式保存，Mastercam再打開(kāi)IGES格式文件，即可輕松實(shí)現(xiàn)其它CAD模型文件的導(dǎo)入。

2 Mastercam導(dǎo)入其他CAD模型文件后曲面、坐標(biāo)和空間方向分析

2.1 曲面分析

Mastercam導(dǎo)入IGES格式文件后，點(diǎn)擊【Shaped】（實(shí)體化）命令會(huì)發(fā)現(xiàn)有些模型出現(xiàn)了丟失部分面的現(xiàn)象，如圖3a所示。在進(jìn)行大量實(shí)踐檢驗(yàn)后，筆者發(fā)現(xiàn)在建模軟件中只有運(yùn)用“回轉(zhuǎn)”、“掃描”、“放樣”等命令完成的圖形會(huì)出現(xiàn)丟失面的現(xiàn)象，其他命令產(chǎn)生的圖形則不會(huì)出現(xiàn)此類(lèi)問(wèn)題。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，筆者的解決方案是建模軟件在運(yùn)用這些命令建立曲面時(shí)，將形成的曲面再執(zhí)行一次“曲面縫合”命令即可保證面的完整。如圖3b所示為執(zhí)行曲面縫合命令后導(dǎo)入的完整模型。

圖3a 導(dǎo)入后的模型出現(xiàn)丟失面的問(wèn)題

圖3b 執(zhí)行曲面縫合命令后導(dǎo)入的完整模型

2.2 坐標(biāo)及空間方向平移和轉(zhuǎn)換

用戶(hù)在使用其他軟件建模時(shí)，一般不會(huì)考慮加工時(shí)工件坐標(biāo)原點(diǎn)的放置問(wèn)題，所以Mastercam導(dǎo)入的模型很可能出現(xiàn)設(shè)計(jì)零點(diǎn)與加工原點(diǎn)不重合或視圖方位不一致的問(wèn)題。選擇【Analyze】（分析）/【Analyze Position】（分析位置）命令可以完成坐標(biāo)原點(diǎn)的測(cè)量問(wèn)題。

位置分析如果顯示設(shè)計(jì)零點(diǎn)與加工原點(diǎn)不重合，運(yùn)行【Xform】(轉(zhuǎn)換) /【Xform Translate】（轉(zhuǎn)換平移）命令按照提示一步步操作即可達(dá)成意愿。如果再遇到空間方位不一致的情況，執(zhí)行【Xform Translate 3D】 (3D空間移動(dòng)幾何圖形)或鏡像、旋轉(zhuǎn)、縮放幾何圖形命令即可。

3 Mastercam導(dǎo)入其他CAD模型文件后實(shí)現(xiàn)2D和3D銑削加工

3.1 2D銑削加工

數(shù)控銑床是一種三維的機(jī)床，除了曲面，其他的零件大多數(shù)都可以用二維圖形表示，2D銑削加工中多數(shù)刀路路徑要求對(duì)幾何圖形進(jìn)行封閉串聯(lián)，如外形銑削、挖槽銑削、雕刻加工等。但是Mastercam導(dǎo)入IGES格式文件后，在Mastercam界面中得到的卻是一個(gè)能產(chǎn)生曲面模型的線(xiàn)架構(gòu)[3]如圖2所示，而組成線(xiàn)架構(gòu)的幾何元素（點(diǎn)、線(xiàn)、圓弧、曲線(xiàn)等）呈現(xiàn)灰色不能編輯，需要找到一種方法將其“激活”才能應(yīng)用。在其它建模軟件中均有借用前面特征邊線(xiàn)繪制后面特征截面的功能，如Solidworks中的【轉(zhuǎn)換實(shí)體引用】功能，能將已建立的草圖或部分曲線(xiàn)在后建的草圖中真實(shí)完整的“copy”下來(lái)。同樣，在Mastercam中也有這么一個(gè)類(lèi)似的功能：用戶(hù)只需點(diǎn)中所需加工的二維輪廓所在的面，再點(diǎn)擊【Create】/【Curve】/【Create Curve on All Edges】命令即可將點(diǎn)中的線(xiàn)架構(gòu)面上的線(xiàn)段激活，如圖4a所示。

圖4a 激活后的線(xiàn)架構(gòu)

圖4b 需要銑削的串聯(lián)輪廓圖形及分析

將激活的線(xiàn)段經(jīng)過(guò)刪減處理保留需要銑削的輪廓線(xiàn)，而且加工原點(diǎn)與實(shí)際圖形相符。如此操作得到的輪廓線(xiàn)段也有可能會(huì)在相交處被打斷。用戶(hù)運(yùn)行串聯(lián)分析【Analyze Chain】命令可以分析串聯(lián)激活圖形的參數(shù)，若串聯(lián)幾何圖形存在串聯(lián)錯(cuò)誤，系統(tǒng)將在每個(gè)串聯(lián)起點(diǎn)顯示串聯(lián)錯(cuò)誤，并可以設(shè)置在錯(cuò)誤的區(qū)域創(chuàng)建新的幾何圖形，串聯(lián)分析結(jié)果對(duì)話(huà)框如圖4b所示。

Mastercam二維銑削加工包括外形銑削、挖槽、鉆孔、面銑削、雕刻等加工路徑。不同模組加工的幾何模型和參數(shù)各不相同。用戶(hù)根據(jù)需要選取合適的加工模組。

3.2 3D曲面銑削加工

丟失面的問(wèn)題已經(jīng)解決，對(duì)圖形的位置和方位也已調(diào)整完畢，就可進(jìn)入3D曲面刀具路徑創(chuàng)建階段和NC程序的產(chǎn)生。3D曲面加工分曲面粗加工和精加工兩種。粗加工有Parallel(平行粗加工)、Radial（放射粗加工）、Project（投影粗加工）、Flowline（流線(xiàn)粗加工）、Contour（等高線(xiàn)粗加工）等8個(gè)加工模組。曲面精加工系統(tǒng)中有11個(gè)加工模組[3]。用戶(hù)可根據(jù)不同零件的具體情況選用不同的模組。

4 應(yīng)用

本文以Mastercam導(dǎo)入Solidworks軟件建立的CAD模型文件為例，詳細(xì)闡述這一方法的簡(jiǎn)便可靠可行。

1）運(yùn)行Solidworks軟件建立橢圓旋鈕型腔模模型如圖5所示，注意在建模形成回轉(zhuǎn)面后應(yīng)用【曲面縫合】命令對(duì)回轉(zhuǎn)面進(jìn)行縫合。

圖5 選用Solidworks軟件建立橢圓旋鈕型腔模模型

2）保存CAD模型時(shí)選擇IGES格式，命名為英文名稱(chēng)tyxn.IGE，存放在英文名稱(chēng)的文件夾ty中（文件夾名稱(chēng)和路徑用戶(hù)可自定義）；

3）運(yùn)行Mastercam軟件，選擇【File】/【Open】，彈出對(duì)話(huà)框，在文件類(lèi)型選項(xiàng)中選擇IGES格式即可找到tyxn.IGE模型文件，單擊對(duì)話(huà)框中的打開(kāi)按鈕，文件即可導(dǎo)入。

4）點(diǎn)擊【shaped】命令，出現(xiàn)實(shí)體模型。觀(guān)察模型沒(méi)有出現(xiàn)丟失面問(wèn)題。

5） 選 擇【Analyze】（分 析 ）/【Analyze Position】（分析位置）命令發(fā)現(xiàn)工件原點(diǎn)與加工原點(diǎn)不重合，需要在Z軸方向向下平移40mm，選擇【Xform】(轉(zhuǎn)換)/【Xform Translate】（轉(zhuǎn)換平移）命令完成平移。

6）選擇串聯(lián)分析【Analyze Chain】發(fā)現(xiàn)在3處有斷點(diǎn)，啟動(dòng)【Line】指令，補(bǔ)全輪廓，得到完整的可完成串聯(lián)的二維輪廓。

7）本圖形的加工工藝是先進(jìn)行二維挖槽（Pocket）加工，再進(jìn)行三維實(shí)體曲面平行粗精加工。刀具路徑顯示如圖6所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文詳述了Mastercam導(dǎo)入其它CAD模型文件實(shí)現(xiàn)零件的數(shù)控編程的方法和步驟，針對(duì)在導(dǎo)入和實(shí)施加工過(guò)程中出現(xiàn)的典型問(wèn)題，給出了切實(shí)可行的解決辦法。結(jié)果表明，無(wú)需復(fù)雜的模型轉(zhuǎn)換、復(fù)雜的數(shù)據(jù)系統(tǒng)和復(fù)雜的操作過(guò)程，即可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)到加工的一體化技術(shù)，大大提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本，促進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展。

圖6a 2D挖槽加工刀具路徑模擬

圖6b 2D挖槽加工結(jié)束模擬效果

圖6c 3D曲面平行粗加工刀具路徑模擬

[1]瑞杰, 黃一鳴.最新Mastercam模具設(shè)計(jì)教程[M].北京∶中國(guó)石化出版社, 2000.

[2]吳明友.數(shù)控加工自動(dòng)編程-Solidworks+Mastercam詳解[M].北京∶ 清華大學(xué)出版社, 2008.

[3]何滿(mǎn)才.Mastercam X基礎(chǔ)教程[M].北京∶ 人民郵電出版社, 2006.