Master CAM與數(shù)控教學

巴寶蓮

(蘭州職業(yè)技術(shù)學院,蘭州 730070)

Master CAM與數(shù)控教學

巴寶蓮

(蘭州職業(yè)技術(shù)學院,蘭州 730070)

Master CAM是美國 CNC Software公司研發(fā)的基于 PC平臺的 CAD/CAM套裝系統(tǒng)軟件,是目前我國機械加工行業(yè)中廣泛使用的軟件之一,具有良好的圖形設(shè)計與數(shù)控加工仿真等功能,應(yīng)用于數(shù)控教學中,有效改善了數(shù)控技術(shù)課程的教學效果,同時提高了學生數(shù)控編程及數(shù)控技術(shù)綜合應(yīng)用的能力。

Master CAM;數(shù)控技術(shù);數(shù)控教學;數(shù)控加工

1 數(shù)控教學引入 CAD/CAM軟件的必要性

新世紀機械制造業(yè)的競爭,其實就是數(shù)控技術(shù)的競爭。隨著 CAD/CAM技術(shù)的飛速發(fā)展,其在現(xiàn)代制造企業(yè)中的應(yīng)用非常普及。CAD/CAM軟件的使用已成為工科院校機械類專業(yè)學生必須掌握的一種工具。并且高職院校機械類專業(yè)都相繼開設(shè)了“CAD/CAM技術(shù)及應(yīng)用”這門校本課程,該課程綜合性強、實踐性強,是彌補規(guī)劃教材不足,主動適應(yīng)社會需求,形成專業(yè)特色,提高學生職業(yè)能力的有效途徑。但由于教學條件的限制,許多院校只能傳授理論知識,卻不能將理論完全付諸于實踐。同時由于課時少,課堂上老師講得多,學生參與少,導致最后的教學效果并不理想,很多學生到工作崗位之后反映在學校學得太少、太淺,不會解決實際問題,不能很快地獨立完成在數(shù)控技術(shù)應(yīng)用方面的工作任務(wù),這樣培養(yǎng)出來的學生不能適應(yīng)培養(yǎng)高技能人才的需要。因此,怎樣提高數(shù)控技術(shù)課程的教學質(zhì)量顯得尤為重要。在數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用方面,學生獲取這種能力必然需要有一個良好的教學實驗環(huán)境,而這個實驗環(huán)境需要學校購買數(shù)控設(shè)備來創(chuàng)造,但此類設(shè)備價格昂貴,無論從數(shù)量、成本還是安全性方面考慮,都不能完全實現(xiàn)學生的普及性教學和實驗。因此,如何改善和提高數(shù)控技術(shù)課程的實驗環(huán)境,培養(yǎng)學生利用CAD/CAM技術(shù)進行輔助創(chuàng)新設(shè)計和制造是數(shù)控技術(shù)教學工作中面臨的一個非常大的難題。

Master CAM作為基于 PC平臺的 CAD/CAM軟件,有Design(造型 )、Mill(銑削加工 )、Lathe(車削加工 )和 W ire(線切割)4個功能模塊,集設(shè)計與制造于一體,通過對零件工藝分析,幾何建模,以合理的加工工序生成刀具路徑,通過程序的后置處理生成數(shù)控加工指令代碼,進而傳輸給數(shù)控機床即可完成加工。它具有二維幾何圖形構(gòu)建、三維曲面、實體設(shè)計功能,并能動態(tài)和逼真地模擬刀具路徑和進行實體切削加工,且對硬件要求不高,操作靈活,易學易用和具有良好的性價比,并與數(shù)控機床有良好數(shù)據(jù)接口,上述問題便迎刃而解。

2 Master CAM在數(shù)控教學中的應(yīng)用

2.1 零件的加工工藝分析和幾何建模

運用Master CAM軟件對零件進行數(shù)控加工自動編程前,首先要對零件進行加工工藝分析。工藝分析是生產(chǎn)加工中重要的環(huán)節(jié),它直接決定生產(chǎn)加工的合理性,有效的工藝分析可提高生產(chǎn)效率,降低生產(chǎn)成本。工藝分析主要體現(xiàn)在以下方面:確定合理的加工順序時,在保證零件的表面粗糙度和加工精度的同時,要盡量減少換刀次數(shù),提高加工效率,并充分考慮零件的形狀、尺寸和加工精度,以及零件剛度和變形等因素,做到先粗加工后精加工;先加工主要表面后加工次要表面;先加工基準面后加工其他表面。

建立零件的幾何模型是實現(xiàn)數(shù)控加工的基礎(chǔ),Master CAM四大模塊中的任何一個模塊都具有進行二維三維的設(shè)計功能,具有較強的 CAD繪圖功能?？梢赃\用 Design模塊建模,也可以根據(jù)加工要求使用 Mill模塊和 Mire模塊直接建模。在Master CAM中提供三維線框、三維曲面及實體建模三種基本方式,這三種方式緊密結(jié)合,可以完成對復(fù)雜零件的幾何圖形設(shè)計。另外還可利用系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)接口將其他類型的圖形文件如 AutoCAD,UG,Pro/E等軟件上構(gòu)建的圖形轉(zhuǎn)換至Master CAM系統(tǒng)上使用,更加快捷方便。

2.2 刀具路徑編制、模擬及實體切削仿真

零件建模后,根據(jù)加工工藝的安排,選用相應(yīng)工序所使用的刀具,根據(jù)零件的要求設(shè)置加工毛坯,同時選擇工件坐標原點,建立工件坐標系統(tǒng),確定工件坐標系與機床坐標系的相對尺寸,設(shè)定各種工藝參數(shù),從而進行刀具路徑的編制。刀具路徑編制是Master CAM的核心內(nèi)容,它主要是借助幾何模型,進行刀位點的運動方式控制,從而生成刀具的運動軌跡,即刀具路徑。在Master CAM中幾何模型引用相對靈活,可以根據(jù)刀具路徑生成需求,選擇必要的參考 (點、線、面),這樣提高了刀具路徑編制效率,同時由于引用的參考較少,降低了刀具路徑生成的運算量,節(jié)省了計算機預(yù)算時間。另外在刀具路徑編制中還要設(shè)置加工信息,如進刀量、主軸轉(zhuǎn)速、冷卻液控制指令等。最終刀具路徑以工藝數(shù)據(jù)文件NCI的形式存在。

Master CAM具有刀具路徑模擬及實體切削仿真的功能,且整個過程體現(xiàn)得非常逼真形象。刀具沿著預(yù)先定義的加工軌跡進行動態(tài)模擬加工時,學生可以判斷刀具軌跡的連續(xù)性、合理性,是否存在刀具干涉、空走刀、撞刀,設(shè)備的運行動作是否正確,加工零件是否符合設(shè)計要求等情況,進而非常直觀地掌握數(shù)控加工的過程。同時系統(tǒng)會給出相關(guān)加工過程的報告,這樣利于學生加深對加工工藝的理解和對刀具路徑的認識。并且通過加工結(jié)果的比對,學生很容易就能理解刀具軌跡定義的合理與否,直接影響加工結(jié)果。不同的刀具路徑,其加工結(jié)果不同。另外每個學生都有很多機會,通過反復(fù)操作練習可以激發(fā)他們的創(chuàng)造力和求學欲望,設(shè)計圖形、建模和編制刀具路徑,實現(xiàn)虛擬設(shè)計與虛擬加工,進一步提高獨立操作軟件的水平、分析解決實際問題和綜合應(yīng)用的能力,同時強化了運用Master CAM系統(tǒng)在數(shù)控教學中的應(yīng)用效果。

2.3 刀具路徑自動轉(zhuǎn)換成數(shù)控加工程序 (NC程序)及程序傳輸

生成刀具路徑后,通過計算機模擬數(shù)控加工,確認符合實際加工要求時,就可以利用Master CAM的后置處理程序?qū)?NCI文件轉(zhuǎn)換成數(shù)控機床 CNC控制器可以解讀的 NC數(shù)控代碼,再由介質(zhì)傳送給數(shù)控機床就可以加工出所需的零件。Master CAM系統(tǒng)本身提供了多種后置處理程序,對于具體的數(shù)控設(shè)備,應(yīng)選用對應(yīng)的后置處理程序,后置處理生成的 NC代碼經(jīng)適當編修后,如能符合所用數(shù)控設(shè)備的要求,通過數(shù)據(jù)接口就可傳送到數(shù)控機床中進行實際加工。這樣 NC程序和實際的加工緊密聯(lián)系起來,整個過程又將數(shù)控編程、制造工藝、刀具、數(shù)控機床、數(shù)控加工等課程有機地結(jié)合起來,讓學生感到以前所學的知識不再孤立、枯燥,有助于提高學習興趣,并掌握該軟件的工作流程,很好理解其在數(shù)控加工中應(yīng)用的意義,同時深刻認知數(shù)控專業(yè)學習該軟件的必要性,對他們樹立積極正確的學習態(tài)度也有很好的幫助。另外要加強學生實際應(yīng)用能力的訓練環(huán)節(jié),通過使用該軟件進行虛擬設(shè)計和虛擬加工,讓學生將利用 Master CAM軟件生成的 NC程序通過數(shù)據(jù)接口傳至數(shù)控機床,在這個過程中,學生還可進一步學習掌握數(shù)控機床的操作、NC程序的傳送、工件夾具的使用等技能,并對熟練掌握數(shù)控編程、數(shù)控加工等各專業(yè)基礎(chǔ)知識有一定幫助,最終使他們能夠解決實際的設(shè)計問題,并具有一定的工程實踐能力。

2.4 利用Master CAM可對手工編制的程序進行校驗

對于同一零件的編程,學生們往往會編寫出很多種,只要將NC代碼導入該系統(tǒng),通過加工軌跡校驗,NC程序的結(jié)果就通過刀具路徑直觀顯示出來了,從而根據(jù)需要對程序進行再編輯修改。這樣學生們自己編寫的程序能馬上得到驗證,對提高他們的學習效果有很大幫助,同時也很好地鞏固了對數(shù)控編程及NC程序的掌握。

3 結(jié)語

從學生的切身利益和教學目標出發(fā),數(shù)控教學中不斷提高使用 CAD/CAM軟件的成效是我們要做的。采用Master CAM軟件能方便地建立零件的幾何模型,特別對復(fù)雜零件的數(shù)控程序編制,能迅速自動生成數(shù)控代碼,縮短編程時間,可大大提高程序的正確性和安全性,降低生產(chǎn)成本,提高工作效率。并為學生建立創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力打下堅實的基礎(chǔ)。從教學本身出發(fā),結(jié)合實際情況努力改善教學條件,提高教學效果。不斷提升教師自身的業(yè)務(wù)水平,并鼓勵參加或進行一些項目研究。同時從長遠發(fā)展來看,可積極開展校企合作,進一步為學生創(chuàng)造有利的實訓條件,還可對外進行技術(shù)培訓和技術(shù)服務(wù),或承接加工任務(wù)等,從中獲得一定的經(jīng)濟效益,用以改善教學實驗環(huán)境,促進正常的教學科研活動,推動教學改革與課程的建設(shè)。

[1]梁旭坤.CAD/CAM應(yīng)用——Master CAM 9.0[M].長沙:中南大學出版社,2004.

[2]何偉編.Master CAM基礎(chǔ)與應(yīng)用教程 [M].北京:機械工業(yè)出版社,2006.

[3]張導成.三維 CAD/CAM——Master CAM應(yīng)用 [M].北京:機械工業(yè)出版社,2005.

G642.0

A

1674-6341(2010)01-0103-02

2009-12-09

巴寶蓮 (1980-),女,甘肅蘭州人,教師。

責任編輯:柴造坡