MasterCAM在數(shù)控實(shí)習(xí)中的應(yīng)用

張中海

摘 要：MasierCAM是我國(guó)目前機(jī)械加工自動(dòng)化中使用最普遍的軟件之一，利用它的圖形設(shè)計(jì)與仿真切削功能，在數(shù)控實(shí)驗(yàn)中加以應(yīng)用，能改善目前數(shù)控技術(shù)課程教學(xué)中實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)效果不理想、效率較低的現(xiàn)象，提高了學(xué)生數(shù)控編程能力、數(shù)控機(jī)床的操作能力及系統(tǒng)的維護(hù)能力。在數(shù)控實(shí)習(xí)教學(xué)中引入MaSterCAM軟件.可以簡(jiǎn)化數(shù)控編程的數(shù)學(xué)計(jì)算，大大提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量、同時(shí)提高學(xué)生的數(shù)控加工能力。

關(guān)鍵詞：MasterCAM實(shí)習(xí)；數(shù)控實(shí)習(xí)；程序；模擬仿真

一、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展及MasterCAM 課程的引入

目前，數(shù)字控制技術(shù)與數(shù)控機(jī)床，給機(jī)械制造業(yè)帶來(lái)了巨大的變化。數(shù)控技術(shù)已成為制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、柔性化、集成化生產(chǎn)的基礎(chǔ)技術(shù)，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與輔助制造和計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)敏捷制造和智能制造等，都是建立在數(shù)控技術(shù)之上。數(shù)控技術(shù)不僅是提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的必不可少的物質(zhì)手段，也是體現(xiàn)一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力水平的重要標(biāo)志。新世紀(jì)機(jī)械制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)，其實(shí)就是數(shù)控技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)?；跀?shù)控技術(shù)在機(jī)械制造業(yè)的重要性，國(guó)內(nèi)一些重點(diǎn)高等院校20世紀(jì)70年代就陸續(xù)在機(jī)械類專業(yè)開(kāi)設(shè)了數(shù)控課程但由于教學(xué)條件的限制，許多院校只能傳授理論知識(shí)，而不能將理論付諸于實(shí)踐。既不能培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力，如數(shù)控編程能力、數(shù)控機(jī)床的操作能力及系統(tǒng)的維護(hù)能力，也不能培養(yǎng)學(xué)生數(shù)控技術(shù)的開(kāi)發(fā)能力。這樣培養(yǎng)出來(lái)的學(xué)生畢業(yè)后走上工作崗位不能很快地獨(dú)立完成在數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用與開(kāi)發(fā)方面的工作任務(wù)。

現(xiàn)在工程技術(shù)教育正處在改革時(shí)期。眾所周知，教改的目的是為了培養(yǎng)素質(zhì)高、口徑寬、基礎(chǔ)厚、適應(yīng)面廣、能力強(qiáng)的現(xiàn)代工程技術(shù)人才。在數(shù)控技術(shù)方面，學(xué)生獲得這種能力有幾種途徑：一是有合適的實(shí)習(xí)基地，但在目前國(guó)內(nèi)的情況下很難做到這一點(diǎn)；二是學(xué)校用有限的資金投資購(gòu)買數(shù)控機(jī)床，加工中心等建設(shè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)境。此類設(shè)備價(jià)格昂貴，即使用大量資金買回一臺(tái)兩臺(tái)，無(wú)論從數(shù)量上、還是從成本安全性上考慮，都不大適合學(xué)生的普及性教學(xué)和實(shí)驗(yàn)。這類教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心即便建成，實(shí)際應(yīng)用效率和效果往往也不是很理想。因此，如何改善和提高數(shù)控技術(shù)課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，使學(xué)生能學(xué)有所練、學(xué)用結(jié)合，是數(shù)控技術(shù)教學(xué)工作面臨的一個(gè)非常大的難題。

綜前所述 ，數(shù)控技術(shù)課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，離開(kāi)實(shí)踐，就談不上素質(zhì)，實(shí)踐是知識(shí)轉(zhuǎn)化并升華為素質(zhì)的根本條件。要想達(dá)到理想的教學(xué)和實(shí)踐效果，僅在課堂上實(shí)施全方位的教學(xué)是不夠的，還應(yīng)具備一個(gè)良好的實(shí)踐教學(xué)環(huán)境。考慮到前面談到的數(shù)控設(shè)備價(jià)格的因素，經(jīng)過(guò)多方調(diào)研，我們選定了一種能在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行手工編程和自動(dòng)編程、并能動(dòng)態(tài)模擬加工軌跡、與數(shù)控機(jī)床有良好數(shù)據(jù)接口的美國(guó)CNCsoftware公司研制的基于PC平臺(tái)的masterCAM

利用MasterCAM 系統(tǒng)中的CAD繪圖建模功能繪制生成的二維或三維零件模型，或利用該系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)接口將在其它CAD 軟件中做好的零件模型數(shù)據(jù)讀入，然后綜合運(yùn)用所學(xué)過(guò)的相關(guān)知識(shí)，選擇合適的加工方法，選取要加工的對(duì)象以及刀具、切削用量、進(jìn)退刀路線等參數(shù)后，該系統(tǒng)便自動(dòng)計(jì)算出加工余量，并動(dòng)態(tài)顯示出各不同加工表面的刀具路徑，隨后設(shè)定工件毛坯及機(jī)床坐標(biāo)系等相關(guān)參數(shù)后進(jìn)行加工仿真模擬，經(jīng)仔細(xì)檢驗(yàn)各切削參數(shù)及刀具路徑合理后，最終通過(guò)程序的后處理生成數(shù)控加工指令代碼，再通過(guò)計(jì)算機(jī)與機(jī)床的通訊接口（如RS232）將數(shù)控指令加工代碼輸入到數(shù)控機(jī)床既可完成零件的加工。

二、利 用MasterCAM進(jìn)行手工編程，并進(jìn)行程序校驗(yàn)

數(shù)控程序的手工編制是計(jì)算機(jī)自動(dòng)數(shù)控編程的墓礎(chǔ)，應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)控加工自動(dòng)編程最終也還要經(jīng)過(guò)后置處理轉(zhuǎn)換成NC程序代碼。作為數(shù)控技術(shù)人才，不僅是數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用者，更應(yīng)該是數(shù)控技術(shù)的開(kāi)發(fā)者。因此要使學(xué)生知其然并知其所以然，手動(dòng)編程是學(xué)生熟悉并掌握NC程序基本原理的一個(gè)重要途徑。但數(shù)控指令枯燥、不易記憶，編寫的程序又不能得到實(shí)現(xiàn)，學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣不高，也得不到應(yīng)有的實(shí)際動(dòng)手的訓(xùn)練。同時(shí)對(duì)同一零件編程，學(xué)生編寫的程序會(huì)有多種，老師批改作業(yè)、檢查學(xué)生掌握情況也十分困難。這一難題在masterCAM系統(tǒng)中就迎刃而解了：只要將NC代碼輸入該系統(tǒng)，通過(guò)加工軌跡校驗(yàn)，NC程序的結(jié)果就非常直觀地仿真出來(lái)了。

三、設(shè)置工藝參數(shù)，定義霉件加工工藝

利用masterCAM系統(tǒng)中的CAD繪圖建模功能繪制生成三維零件模型，或利用該系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)接口將在其它CAD系統(tǒng)中做好的零件模型數(shù)據(jù)讀人，然后綜合運(yùn)用所學(xué)過(guò)的如《機(jī)械制造工藝學(xué)》、《金屬切削機(jī)床》等課程的相關(guān)知識(shí)，選擇合適的加工工藝方法，安排零件的加工工序，確定粗加工、半精加工、精加工所對(duì)應(yīng)的不同加工表面的刀具、切削用量、進(jìn)退刀路徑、主軸轉(zhuǎn)速等參數(shù)后，該系統(tǒng)便自動(dòng)計(jì)算出機(jī)加工余量，并動(dòng)態(tài)顯示出和粗加工、半精加工、精加工所對(duì)應(yīng)的不同加工表面的刀位軌跡和機(jī)床代碼，省去了人為編制NC程序的煩惱。這一過(guò)程將數(shù)控編程、制造工藝、刀具、數(shù)控機(jī)床、數(shù)控加工等課程有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，使學(xué)生覺(jué)得以前所學(xué)的知識(shí)不再孤立、枯燥，在數(shù)控技術(shù)課程中達(dá)到了融匯貫通，并在計(jì)算機(jī)上變得生動(dòng)、形象起來(lái)，鞏固了學(xué)生的加工工藝方面的知識(shí)，強(qiáng)化了利用mastercam系統(tǒng)數(shù)控教學(xué)的效果。

四、利用masterCAM 系統(tǒng)，對(duì)計(jì)算機(jī)計(jì)算的刀具軌跡進(jìn)行模擬仿真

masterCAM特有的模擬仿真功能，可以進(jìn)行三維真實(shí)感動(dòng)態(tài)仿真加工，每個(gè)學(xué)生都有模擬加工的機(jī)會(huì)，省時(shí)間、省材料、省設(shè)備投人。在仿真過(guò)程中，刀具沿著所定義的加工軌跡進(jìn)行動(dòng)態(tài)加工，學(xué)生可以直觀地掌握數(shù)控加工的過(guò)程，判斷刀具軌跡的連續(xù)性、合理性，是否存在刀具干涉、空走刀撞刀等情況，刀位計(jì)算機(jī)是否正確，加深了學(xué)生對(duì)加工工藝的理解和對(duì)刀具軌跡的認(rèn)識(shí)。通過(guò)對(duì)照加工后的結(jié)果，學(xué)生明白了不同的刀位軌跡，其加工結(jié)果有很大的差異實(shí)質(zhì)上，加工刀具軌跡定義的合理與否，與學(xué)生對(duì)零件加工工藝知識(shí)掌握的熟練程度有密切的關(guān)系。學(xué)生可以發(fā)揮自己的創(chuàng)造性和綜合能力，對(duì)不滿意的加工結(jié)果重新進(jìn)行零件建?；蛑匦露x刀位軌跡，實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)汁與虛擬加工。

五、利用masterCAM 系統(tǒng)將刀具軌跡轉(zhuǎn)換成數(shù)控加工程序，通過(guò)計(jì)算機(jī)機(jī)床接口傳送，并控制數(shù)控機(jī)床進(jìn)行實(shí)際加工

前面所做的工作均是在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行的，學(xué)生還很難將NC程序和實(shí)際的加工聯(lián)系起來(lái)，總的理解是停留在理論知識(shí)上，感性認(rèn)識(shí)不足，實(shí)際應(yīng)用能力的訓(xùn)練環(huán)節(jié)很不夠。因此在條件允許的情況下，讓學(xué)生將零件的NC程序通過(guò)數(shù)據(jù)接口傳至數(shù)控機(jī)床，控制機(jī)床進(jìn)行加工。在這個(gè)過(guò)程中，NC程序、數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)接口起了非常重要的作用。作為數(shù)控技術(shù)開(kāi)發(fā)人才，應(yīng)該熟練掌握數(shù)控編程、數(shù)據(jù)通訊、接口技術(shù)等專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，并得到相應(yīng)的動(dòng)手能力的訓(xùn)練。

六、小結(jié)

我們認(rèn)為數(shù)控實(shí)驗(yàn)室的功能應(yīng)該是多方面的除滿足教學(xué)需要外，還可以進(jìn)行科研項(xiàng)目研究，提高教師自身的業(yè)務(wù)水平，同時(shí)為生產(chǎn)科研服務(wù)，并積極開(kāi)展對(duì)外技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)服務(wù)，以及承接加工任務(wù)等，從中獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益，用以改善實(shí)驗(yàn)室的條件、促進(jìn)正常的教學(xué)科研活動(dòng)，推動(dòng)教學(xué)改革與課程的建設(shè)。

參考文獻(xiàn)

[1]吳長(zhǎng)有，史會(huì).MasterCAM在數(shù)控實(shí)習(xí)教學(xué)中的應(yīng)用，《中國(guó)科技信息》 2006年15期

[2][美]彼得·斯密斯.著 羅學(xué)科 劉瑛 黃根隆 譯 .數(shù)控編程手冊(cè). 北京.化學(xué)工業(yè)出版社.2005.