数控技术与编程 -程广振课件 第10章 Mastercam X数控编程基础

第10章

MastercamX数控编程基础

10.1MastercamX简介10.2MastercamX数控编程实例10.3思考与练习第十章本章教学要点知识要点掌握程度相关知识MastercamX简介①了解MastercamX主要功能；②了解刀具路径；③MastercamX编程步骤；④熟悉工作界面。计算机辅助制造；三维造型；数控自动编程。MastercamX数控编程实例①了解进入MastercamX加工模块；②了解设置毛坯；③熟悉选择刀具；③掌握设置加工参数；④掌握加工仿真生成NC程序。初始平面；安全平面；参考平面；

模拟加工；NC程序生成。

10.1MastercamX简介

MastercamX共包含5个模块Design(设计模块)，Mill(铣削模块)，Lathe(车削模块)，Wire(线切割模块)，Router(雕刻模块)。Design模块用于被加工零件的造型设计，Mill模块主要用于生成铣削加工刀具路径，Lathe模块主要用于生成车削加工刀具路径，Wire模块主要用于线切割。Router模块主要用于雕刻。10.1.1MastercamX主要功能1.二维或三维造型

MastercamX可以非常方便地完成各种二维平面图形的绘制工作，并能方便地对它们进行尺寸标注、图案填充等操作。同时它也提供了多种方法创建规则曲面(圆柱面、球面等)和复杂曲面(波浪形曲面、鼠标状曲面等)。在三维造型方面，MastercamX采用目前流行的功能强大的Parasolid核心。用户可以随意地创建各种基本实体，再联合各种编辑功能创建出任意复杂程度的实体。创建出来的三维模型可以进行着色、赋材质和设置光照效果等渲染处理。2.生成刀具路径MastercamX的终极目标是将设计出来的模型进行加工。刀具的运动轨迹实际上就决定了零件加工后的形状，因而设计刀具路径是至关重要的。在MastercamX中，利用系统提供的功能选择合适的刀具、材料和工艺参数，完成刀具路径设计，这个过程实际上就是数控加工中最重要的部分。3.模拟加工与生成数控程序完成刀具路径的规划以后，在数控机床上正式加工，还需要一份对应于机床控制系统的数控程序。MastercamX可以在图形和刀具路径的基础上，自动生成加工程序，并允许修改，数控机床采用的控制系统不一样，则生成的程序也有差别。为便于观察加工过程、判断刀具轨迹和加工结果的正确性，MastercamX提供了一个功能齐全的模拟器，从而使用户可以在屏幕上预见实际的加工效果。

10.1MastercamX简介10.1.2刀具路径

MastercamX支持2轴、3轴和多轴加工，刀具路径有二维加工、曲面粗加工、曲面精加工、线框加工、多轴加工等五大类加工模块。MastercamX针对加工对象三维模型、设置刀具参数和加工方法，生成刀具路径文件(即NCI文件)。下面以数控铣床为例介绍目前常用的刀具路径功能。1.二维加工(1)基于特征的铣削加工。根据3D模型特征，自动进行工艺规划和钻铣削的编程加工。操作者根据需要进行相关参数的设置或直接由MastercamX根据零件的特征信息自动给出最适合的加工策略。(2)外形铣削加工。生成沿二维或三维曲线移动的刀具路径，通常用于工件的外形加工。可实现在料外进刀，下刀点应避开曲线的拐角处。可实现粗、精加工。(3)钻孔加工。主要用于加工钻孔、攻螺纹等，以点确定加工位置。

10.1MastercamX简介(4)挖槽加工。将开放或封闭曲线边界所包围的材料进行加工，从而获得所需的形状，可实现粗、精加工，操作方便简单。对封闭凹槽粗加工时，要注意设置好刀具在坯料上进刀，下刀时选用螺旋或斜线下刀。(5)平面铣削加工。主要用于同一深度内生成铣削加工的刀具路径，常用于平面精加工。用外形铣削和二维挖槽加工可达到相同效果。(6)二维高速加工。生成二维高速加工刀具路径，相比外形轮廓铣具有高速高效的特点。(7)雕刻加工。用于生成文字雕刻的刀具路径，是挖槽加工的一种特殊形式。2.三维曲面粗加工(1)平行粗加工。生成分层平行铣削的粗加工刀具路径，加工表面刀具路径呈平行条纹状。刀具路径生成时间长，提刀较多，粗加工效率低，较少采用。(2)放射状粗加工。生成以定点为径向中心的放射状粗加工刀具路径，加工表面呈放射状。生成的刀具路径在靠近中心位置的地方重叠多，离中心位置越远的地方刀具路径间的间距就会越大，往往造成余量过多，而且提刀次数多，刀具路径生成时间长，效率低，较少采用。

10.1MastercamX简介(3)投影粗加工。将几何图素或已有的刀具路径数据投影到曲面上形成新的加工刀具路径。(4)曲面流线粗加工。刀具依据构成曲面的横向或纵向结构线方向进行加工。(5)等高外形粗加工。刀具沿曲面进行等高曲线加工，对复杂曲面的加工效果显著，加工后的工件表面呈梯田状。(6)残料清除粗加工。对己加工或因刀具较大所残留的材料作进一步修整加工，达到清除残料的目的，刀具路径生成时间长，较少采用。(7)曲面挖槽粗加工。根据曲面形态在Z方向分层切除位于曲面与加工边界之间的所有材料，加工表面呈梯田状。设置操作简单，刀具路径生成时间短，刀具切削负荷均匀，几乎能清除曲面所需切除的全部材料，效率是最高的，常作为粗加工首选方案，其走刀方式一般选择双向铣削。(8)插削式粗加工。在曲面与凹槽边界材料之间生成类似钻孔方式的刀具路径，加工效率高，但对机床和刀具的性能要求高，加工成本高。

10.1MastercamX简介3.三维曲面精加工(1)平行精加工。与平行粗加工类似，但无深度方向的分层控制，加工较平坦的曲面时能取得较好的效果，对陡斜面的效果不明显，此时需注意加工角度的控制。精加工时应用广泛，粗加工时也可使用。(2)平行陡斜面精加工。生成清除曲面斜坡上残留材料的精加工刀具路径。一般作为加工陡斜面效果不佳时的补充方案，和其他加工方法配合使用，可达到良好效果。(3)放射状精加工。与放射状粗加工类似，适用于如球类特征的曲面精加工，当加工范围不大时能取得较好的效果。(4)投影精加工。与投影粗加工类似，将几何图素或已有的刀具路径数据投影到曲面上形成新的加工刀具路径，一般作为补充加工方案。(5)曲面流线精加工。与曲面流线粗加工类似，刀具依据构成曲面的横向或纵向结构线方向进行加工。(6)等高外形精加工。与等高外形粗加工类似，广泛应用于直壁或陡峭面精加工，应用广泛。

10.1MastercamX简介(7)浅平面精加工。与等高外形加工相似，适合于加工小坡度的曲面，加工范围由角度限制，加工效果好，可作为等高外形加工效果不佳时的补充方案。(8)交线清角精加工。在曲面相交处生成刀具路径以清除残料，是比较实用的清角方法，作为补加工。(9)残料清除精加工。用于因使用较大直径刀具加工所残留材料的精加工。刀具路径生成时间长。(10)环绕等距精加工。生成以等步距环绕工件曲面加工的刀具路径，加工坡度不大的曲面时可取得良好效果，适用范围广泛。

10.1MastercamX简介10.1.3MastercamX数控编程内容与步骤熟练掌握MastercamX软件数控编程的流程，可以有效减少在加工过程中的出错率，提高加工效率，MastercamX加工软件因其操作便捷，容易掌握，在国内广泛应用。MastercamX软件数控编程包括如下内容。1.获得CAD模型CAD模型是MastercamX数控编程的前提和基础，任何MastercamX程序编制必须有CAD模型作为加工对象，才能编程。CAD模型可以由MastercamX软件自带的CAD功能造型获得，也可由其他软件建立，通过数据转换获得。目前很多CAM软件都集成有这两种功能，如UG、Mastercam、Catia、Cinmatron、Pro/E等。等文件。通过MastercamX的标准接口可以转换并读取IGES、STEP、PRT、DWG等文件。

10.1MastercamX简介2.分析CAD模型和确定加工工艺1)分析CAD模型对CAD模型进行分析是确定加工工艺的首要工作，要细致地分析模型的几何特点、形状与位置公差要求、表面粗糙度要求、毛坯形状、材料性能要求、生产批量大小等。其中，进行几何特点分析时应根据方便编程和加工的原则确定工件坐标系。2)确定加工工艺(1)选择加工设备。根据模型几何特点，确定数控加工的部位及各工序内容，以充分发挥数控设备的功用。因为并不是所有的部位都可以采用数控铣床或加工中心去完成加工任务，如有些方孔的或细小尖角部位，应使用线切割或电火花加工。(2)选择夹具。确定采用的装夹工具与方法，装夹时应考虑在加工过程中防止工件与夹具发生干涉。

10.1MastercamX简介(3)划分加工区域。针对不同的区域进行规划，可以起到事半功倍的加工效果。(4)加工顺序和走刀方式。根据粗、精加工的顺序及加工余量的分配，确定加工顺序和走刀方式，缩短加工路线，减少空走刀，确定采用顺铣或逆铣。(5)确定刀具参数。选好刀具的种类和规格，设置合理的进给速度、主轴转速和背吃刀量，采用合理的冷却方式，以充分发挥机床和刀具的性能。根据以上内容填写数控加工工序单，作为数控编程的技术指导文件。3.自动编程结合加工工艺确定的内容，设置相关参数后，MastercamX系统将根据设置结果，生成刀具路径。4.程序检验编制好的刀具路径必须进行检验，以免因个别程序出错影响加工效果或造成事故，主要检查是否过切、欠切或夹具与工件之间的干涉。可通过刀具路径重绘，查看刀具路径有无明显的不正常现象，如有些圆弧或直线形状不正常，显得杂乱等，也可利用实体模拟加工检验切削效果。

10.1MastercamX简介5.后处理将生成的刀具路径文件转化为NC程序代码并导出，通过对NC文件进行一定的编辑后传输到数控机床进行实际加工。MastercamX数控编程步骤如图10-1所示。图10-1MastercamX数控编程步骤

10.1MastercamX简介10.1.4工作界面当启动MastercamX时，会出现如图1-2所示的工作界面。

图10-2Mastercam工作界面

10.1MastercamX简介1.标题栏

MastercamX的标题栏在工作界面的最上方。标题栏不仅显示MastercamX图标和名称，还显示了当前所使用的功能模块。可以通过选择【机床类型】菜单命令，进行功能模块的切换。进入相应的【铣削】、【车削】、【线切割】、【雕刻】模块，而对于【设计】则可以直接选择【机床类型】→【设计】命令切换至该模块。2.菜单栏显示软件所有的主菜单，包含软件当前模块的所有命令，各个模块整合为一体，不管哪个模块，菜单栏都相同。主菜单栏包括:文件、编辑、视图、分析、绘图、实体、转换、机床类型、刀具路径、屏幕、浮雕、设置、帮助。3.工具栏工具栏是为了提高绘图效率，提高命令的输入速度而设定的命令按钮的集合，工具栏提供了比命令更加直观的图标符号。用鼠标单击这些图标按钮就可以直接打开并执行相应的命令，这比通过菜单方式更加直接方便。

10.1MastercamX简介4.临时工具栏最近所使用的10个命令都逐一记录在此操作栏中，当再次使用该命令时可以直接从操作命令记录栏中选择，提高选择命令的效率。5.工作区工作区是绘图和数控加工时最常用区域，也是最大的区域，利用工作区，可以方便地观察、创建和修改几何图形、拉拔几何体和定义刀具路径。在该区域的左下角显示有一个图标，这是工作坐标系(WCS，WorkCoordinateSystern)图标。同时，还显示了视角(Gview)、坐标系(WCS)和绘图平面(Cplane)的设置等信息。6.状态栏状态栏显示在绘图窗口的最下端，可以通过它来修改当前实体的颜色、层别、群组、方位等设置。

10.1MastercamX简介7.操作管理器

MastercarnX将刀具路径管理器和实体管理器集中在一起，并显示在主界面上。刀具路径管理器对己经产生的刀具参数进行修改，如重新选择刀具大小及形状、修改主轴转速及进给率等，而实体管理器则能够修改实体尺寸、属性及重排实体构建顺序等。8.提示栏当用户选择一种功能时，在绘图区会出现一个小的提示栏，它引导用户按照提示一步步实现刚选择的功能。例如，当用户执行【绘图】→【任意线】→【绘制任意线】命令时，在绘图区会弹出【指出第一个端点】提示栏。

10.1MastercamX简介

10.2MastercamX数控编程实例

MastercamX的加工模块提供了非常方便、实用的数控加工功能，本节将通过一个简单零件的加工来说明数控加工操作的一般过程。通过学习，了解数控加工的一般流程及操作方法和基本原理。10.2.1进入MastercamX加工模块在进行数控加工操作之前，首先进入MastercamX数控加工环境。打开计算机，选择【开始】→【所有程序】→【Mastercam

X】→【MastercamX】，进入MastercamX工作界面。获得CAD模型，可以由MastercamX软件自带的CAD功能直接造型，也可以通过【文件】→【汇入目录】命令读取其他CAD软件生成的零件模型，通过MastercamX的标准转换接口可以转换并读取如IGES、STEP等文件。1.打开原始模型选择菜单栏的【文件】→【打开文件】命令，系统弹出图10-3所示的打开对话框。图10-3打开mcx模型文件在“查找范围”下拉列表中选择存放CAD模型文件的文件夹，例如F:\CAD.MCX\，在列表框中选择要打开的文件，例如art1.mcx，单击“√”按钮，系统打开模型，并进入MastercamX的建模环境。

10.2MastercamX数控编程实例图10-4进入数控铣床加工环境2.进入加工环境选择下拉菜单【M

机床类型】→【M

铣床】→【默认】命令，如图10-4所示，系统进入数控铣床加工环境。

10.2MastercamX数控编程实例10.2.2设置毛坯毛坯是加工零件的坯料，为了模拟加工的仿真效果更加真实，需要在模型中设置毛坯。系统自动运算进给速度等参数时，也需要设置毛坯的几何形状尺寸及位置参数。设置毛坯的步骤为。1.打开机器群组属性对话框在操作管理器中单击【属性－MillDefaultMM】点前的“+”号，将该节点展开，然后单击【材料设置】，系统弹出图10-5所示的“机器群组属性”对话框。2.设置毛坯的形状与尺寸在“机器群组属性”对话框的形状区域中选中立方体单选项，设置工件毛坯形状为立方体。并单击边界盒按钮，系统弹出图10-6所示的“边界盒选项”对话框，把“延伸”区域X、Y、Z均设为2，单击“边界盒选项”对话框中的“√“按钮，返回到“机器群组属性”对话框，如图10-7所示，工件毛坯尺寸为124×60×29。单击“机器群组属性”对话框中的“√”按钮，完成毛坯设置，可以观察到零件的边缘多了红色的双点画线，双点画线围成的图形即为零件毛坯。

10.2MastercamX数控编程实例10.2.3选择加工方法

MastercamX为用户提供了很多种加工方法，对不同的零件，选择合适的加工方式，才能提高加工效率和加工质量，并通过生成CNC加工刀具路径，获取控制机床自动加工的NC程序。在编制零件数控加工程序时，还要仔细考虑成型零件公差、形状特点、材料性质以及技术要求等因素，进行合理的加工参数设置，才能保证编制的数控程序高效、准确地加工出质量合格的零件。

10.2MastercamX数控编程实例图10-5机器群组属性图10-6边界盒选项图10-7机器群组属性

10.2MastercamX数控编程实例1.选择刀具路径选择下拉菜单【T

刀具路径】→【R

曲面粗加工】→【K

粗加工挖槽加工】命令，如图10-8所示，系统弹出图10-9所示的"输入新NC名称"对话框，采用系统默认的NC名称或输入新命名的NC名称，单击“√”按钮，弹出图10-10，提示选择加工面。

10.2MastercamX数控编程实例图10-8刀具路径选择图10-9输入新NC名称

图10-10加工面选择

10.2MastercamX数控编程实例2.加工面选择在工作区中选取图10-10所示的凹槽的全部曲面(共7个小曲面)，然后按Enter键，系统弹出图10-11所示的“刀具路径的曲面选取”对话框。在“刀具路径的曲面选取”对话框中单击“√”按钮，系统弹出图10-12所示的“曲面粗加工挖槽”对话框。图10-11刀具路径的曲面选取图10-12曲面粗加工挖槽加工

10.2MastercamX数控编程实例10.2.4选择刀具在MastercamX生成刀具路径之前，需选择加工所使用的刀具。一个零件从粗加工到精加工可能要分成若干步骤，需要使用若干把刀具，而刀具的选择直接影响加工的成败和效率。在选择刀具之前，要先了解加工零件的特征、机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其他相关的因素，然后再选用合适的刀具。下面紧接着上节的操作说明选择刀具的一般步骤:

10.2MastercamX数控编程实例1.确定刀具类型在“曲面粗加工挖槽”对话框中，单击“刀具过滤”按钮，系统弹出如图10-13所示的“刀具过滤设置”对话框。单击该对话框“刀具类型”中的“全关”按钮后，在“刀具类型”区域选中“圆鼻刀”，然后单击“√”按钮，关闭“刀具过滤设置”对话框，系统返回到“曲面粗加工挖槽”对话框。图10-13刀具过滤设置

10.2MastercamX数控编程实例2.选择刀具在“曲面粗加工挖槽”对话框中，单击“选择库中刀具”按钮，系统弹出如图10-14所示的“选择刀具”对话框。在该对话框的列表区域中选择图10-14所示的刀具，单击“√”按钮，关闭“选择刀具”对话框，系统返回“曲面粗加工挖槽”对话框如图10-15。图10-14选择刀具对话框

10.2MastercamX数控编程实例图10-15曲面粗加工挖槽及定义刀具－机床群组-1对话框2.选择刀具

10.2MastercamX数控编程实例3.设置刀具参数（1）定义刀具。

在图10-15的“曲面粗加工挖槽”对话框中，选中“刀具路径参数”选项卡，列表框中显示出上步选取的刀具。双击该刀具，系统弹出图10-16所示的“定义刀具－机床群组-1”对话框。（2）设置刀具号。在“定义刀具－机床群组-1”对话框中，把“刀具号码”文本框中原有的数值123改为1。图10-16定义刀具－机床群组-1对话框

10.2MastercamX数控编程实例(3)设置刀具的加工参数。单击“定义刀具一机床群组-1”对话框的“参数”选项卡，设置如图10-17所示的参数。(4)设置冷却方式。在“参数”选项卡中单击“Coolant”按钮，系统弹出“Coolant...”对话框，在“Flood”(切削液)下拉列表中选择“on”，单击“√”按钮，关闭“Coolant...”对话框。4.完成刀具设置单击"定义刀具－机床群组-1"对话框中的“√”按钮，完成刀具设置。图10-17定义刀具参数选项卡

10.2MastercamX数控编程实例10.2.5设置加工参数在MastercamX中需要设置的加工参数包括共性参数，以及在不同的加工方式中所采用的特性参数。这些参数的设置直接影响到数控程序的质量，程序加工效率的高低取决于加工参数设置的是否合理。1.设置共性参数(1)设置曲面加工参数。在"曲面粗加工挖槽"对话框中单击“曲面加工参数”选项卡，设置如图10-18所示的参数。

10.2MastercamX数控编程实例图10-1曲面粗加工挖槽(2)设置粗加工参数。在“曲面粗加工挖槽"对话框中单击“粗加工参数”选项卡，设置参数。在“Z轴最大进给量”文本框中输入0.5，其他参数采用系统默认设置，如图10-19所示。2.设置挖槽加工特性参数(1)

在"曲面粗加工挖槽"对话框中单击“挖槽参数”选项卡，设置如图10-20所示的参数。(2)选中“粗加工”复选框，并在“切削方式”列表框中选择“平行环切”。(3)在"曲面粗加工挖槽"对话框中单击“√”按钮，完成加工参数设置，系统自动生成刀具路径。10.2.6加工仿真生成NC程序加工仿真是用实体切削的方式来模拟刀具路径。对于己生成的刀具路径，可在图形窗口中以线框形式或实体形式模拟刀具路径，直接观察刀具切削工件的过程，以验证各操作定义的合理性。加工仿真的一般步骤如下。

10.2MastercamX数控编程实例图10-19粗