MasterCAM在零件加工3D建模中的應(yīng)用探討

摘要：在當(dāng)前流行的 CAD/CAM 軟件中，MasterCAM 是應(yīng)用比較廣泛的軟件。在零件加工前，一般要先繪制出零件加工后的理想表面形狀，然后使用刀具切出具有一定形狀和尺寸精度的表面。曲面設(shè)計(jì)是 MasterCAM 軟件的重要功能之一，能正確，靈活的使用相關(guān)功能非常重要，本文以如何進(jìn)行三維建模為主介紹它的典型應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：3D建模；曲面造型；修剪/延伸

中圖分類號：TG54 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9599 （2012） 23-0000-02

1 MasterCAM 的三維造型功能介紹

計(jì)算機(jī)操作使用 MasterCAM 進(jìn)行編程時(shí)，操作順序依次是：繪制零件的二維或三維圖形，設(shè)置適合的虛擬毛坯，根據(jù)工藝要求選擇合適的切削方式，按照工藝方案選擇刀具并且設(shè)置相關(guān)的刀具參數(shù)和加工參數(shù)，通過動(dòng)態(tài)模擬等手段檢驗(yàn)生成程序的正確性，再通過后置處理程序生成數(shù)控機(jī)床能夠識別的加工代碼，經(jīng)過編輯，修改后，傳輸給數(shù)控機(jī)床，最后進(jìn)行各類零件的加工。與過去繁瑣而復(fù)雜的編程工作相比，使用 MasterCAM 可以完成復(fù)雜的加工程序的編制工作，提高了數(shù)控機(jī)床的加工效率和產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益。三維曲面構(gòu)圖應(yīng)用于繪制復(fù)雜的曲面形狀，如各種鑄造中使用的模具、輪船、飛機(jī)、汽車、摩托車等的外形。MasterCAM 中三維造型可以分為線架造型，曲面造型以及實(shí)體造型。以下主要對線架造型和曲面造型進(jìn)行描述。

2 如何用 MasterCAM 進(jìn)行幾何圖形的建模

對于基于圖紙以及型面特征點(diǎn)測量數(shù)據(jù)的復(fù)雜形狀零件數(shù)控編程，其首要環(huán)節(jié)是建立被加工零件的幾何模型，它是實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工的基礎(chǔ)。MasterCAM 的幾何繪圖在主功能表的繪圖功能中，使用各個(gè)必要的子功能表，可以構(gòu)建 2D 或3D 圖形，適合復(fù)雜外形及曲面的造型設(shè)計(jì)，二維幾何圖形建模簡單，比較容易掌握。在三維幾何圖形建模中，卻有很多值得重視的地方。

2.1 三維線框模型繪制

（1）在繪制三維線框模型前需要確立系統(tǒng)坐標(biāo)系Master CAM 中使用的原始基本坐標(biāo)系統(tǒng)為標(biāo)準(zhǔn)的笛卡兒坐標(biāo)系，其各軸正向符合右手定則。

（2）構(gòu)圖平面和工作深度。構(gòu)圖平面用于定義平面的方向，幾何圖形就是要繪制于所定義的構(gòu)圖面上。例如一個(gè)圓弧可以構(gòu)造在平行于 XY 平面，ZX 平面或 YZ 平面的平面上，這完全要看繪制圓弧之前所選用的平面而定。換句話說，在使用 CAD 系統(tǒng)繪制任何圖素之前，必須先指定構(gòu)圖平面。

MasterCAM 提供 9 種構(gòu)圖平面：俯視圖、前視圖、側(cè)視圖、空間圖、視角號碼、法線構(gòu)面、選擇上次、圖素定面、旋轉(zhuǎn)定面。構(gòu)圖平面所在的深度就是工作深度。構(gòu)圖平面和工作深度均可通過點(diǎn)擊次功能菜單中相應(yīng)的項(xiàng)來設(shè)定。

（3）繪制曲面之前通常要先繪制線架模型。線架模型用零件的邊界來表示，把非平面的表面以線框圖素來構(gòu)造，才能正確的表現(xiàn)出零件的形狀。線框模型是用來定義曲面的邊界和曲面的橫斷面特征，是構(gòu)建曲面的基礎(chǔ)。

2.2 曲面的繪制

使用曲面造型可以很好地表達(dá)和描述物體的形狀，曲面造型已廣泛地運(yùn)用與汽車、輪船、飛機(jī)機(jī)身和各種模具的設(shè)計(jì)和制造中。工件表面的形狀都是由曲面構(gòu)成，一個(gè)曲面含有許多斷面或曲面片，它們?nèi)劢釉谝黄?，形成一個(gè)圖素。對于較復(fù)雜的工件，通過多曲面結(jié)合，依靠曲面熔接技術(shù)，產(chǎn)生單一曲面模型，對于曲面構(gòu)造與 NC 刀具路徑生成是非常有用的。由多個(gè)曲面熔接而成的曲面模型通常稱為復(fù)合曲面。

MasterCAM 把曲面分為三大類型：幾何圖形曲面，自由曲面和編輯過的曲面。

（1）所謂幾何圖形曲面是有固定幾何形狀的曲面，如球面，錐面，圓柱面等?；镜膸缀螆D素可用于形成曲面的邊界輪廓或邊緣?；緢D素包括直線，圓弧，平滑曲線和橢圓等。曲面的造型方式主要有：舉升曲面，直紋曲面，旋轉(zhuǎn)曲面，掃描曲面，牽引曲面，昆氏曲面。舉升曲面是在一些相連的曲線圍成的封閉區(qū)域中生成的不規(guī)則曲面。當(dāng)曲面必須通過兩條以上的線，以拋物線的方式來熔接時(shí)，可以使用本曲面。刀，勺，叉，鵝蛋形，飛機(jī)等一些特殊的地方用舉升面可以方便地構(gòu)建出來。舉升曲面需要注意的是各截面必須滿足同起點(diǎn)，同方向的原則，否則最后生成的曲面會變形，截面選取的順序不同，最后獲得的曲面形狀也不同。直紋曲面在兩個(gè)或兩個(gè)以上的線段或曲線之間筆直的對拉出相連的直線而形成的曲面。當(dāng)曲面要填滿兩個(gè)或兩個(gè)以上的曲線之間時(shí)就可使用直紋曲面。直紋曲面的特點(diǎn)是二條曲線掃描，一圈的形狀就是相同的，如剖切線是圓弧，則圓的大小，圓心的 Z 值，半徑都要一樣才可以掃描，是一種規(guī)則曲面。旋轉(zhuǎn)曲面是由某一輪廓線繞某一軸線旋轉(zhuǎn)而形成的曲面。其線架結(jié)構(gòu)僅由一段輪廓線和一旋轉(zhuǎn)軸線組成。曲面構(gòu)建時(shí)，先要選定輪廓線，再選定旋轉(zhuǎn)軸，然后還需指定旋轉(zhuǎn)曲面形成的起始角度和終止角度。如果母線本身是一個(gè)閉合圖形，則最后的曲面也是一個(gè)中空的閉合曲面。

掃描曲面可以使用一個(gè)截面和兩條牽引線，也可是兩個(gè)截面一個(gè)牽引線，掃描曲面軌跡線曲率不能太小，否則影響曲面形狀，甚至構(gòu)成曲面失敗。牽引曲面是斷面形狀沿著直線筆直的擠出而形成的曲面。這條直線是由一段長度和一個(gè)角度定義來的，用于構(gòu)造圓錐，圓柱，有起模角度的模型和并行的圓柱面。

（2）COON 曲面是把一些曲面片熔接而形成的曲面。

這些曲面片是由四條相連結(jié)的曲線所形成的封閉區(qū)域，通?？梢岳L制自由曲面。自由曲面不是特定形狀的幾何圖形，它通過根據(jù)直線和曲線而決定其形狀。這些曲面需要更復(fù)雜而難度更高的曲面造型技術(shù)。昆氏曲面的空間曲線在相交處的夾角不能小于“分岔角度”，否則可能導(dǎo)致曲面的生成失敗。

（3）修整/延伸曲面是由修剪某一已有的曲面到指定的曲線邊界而產(chǎn)生的曲面，用于需要重新定義曲面邊界時(shí)。曲面的修剪在構(gòu)建 3D 模型中，需要掌握一些技巧。

MasterCAM 修剪的功能是比較差，如：曲面倒圓角時(shí)可以找出圓角面的邊界線，用邊界線去修剪。 修剪面的曲面線要大于面，而且曲線不要?jiǎng)偤迷诿娴倪吔缟?，同時(shí)，選擇合理的構(gòu)圖面，變換不同的構(gòu)圖面修剪。如果還不能修剪，也可以試試將曲線近似轉(zhuǎn)換成直線圓弧，有時(shí)也可以修剪。又如：交角的處理。對于三個(gè)面相交的角部處理是經(jīng)常碰到的構(gòu)面難題，對于這種情況，一般用倒固定圓角或倒變 R 圓角的方法處理。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。三面倒圓面的交面處理，先找出倒角面的邊界線，再找出邊界線的交點(diǎn)，將它連成線，然后修剪相交面，類似另外兩個(gè)面。最后找出邊界作成昆氏面?？傊莆杖S幾何模型的構(gòu)建，對加工符合工藝要求的零件產(chǎn)品至關(guān)重要。

3 結(jié)束語

采用 CAD/CAM 的技術(shù)已成為整個(gè)制造行業(yè)當(dāng)前和將來技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。在學(xué)習(xí) MasterCAM 軟件的過程中，通過充分的接觸各種模型的建立，掌握一定的技巧，多練，才能靈活使用軟件繪制各種零件圖，掌握三維模型的建立，為零件加工奠定基礎(chǔ)。

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