1 加工零件結(jié)構(gòu)分析

    以煙灰缸注射模型芯為例，分別用MasterCAM與Cimatron對其進行加工中心編程，再對MasterCAM與Cimatron的編程功能進行分析對比。型芯零件的簡單結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

    零件分析：

    （1）該零件是兩個煙灰缸注射模型芯，毛坯外形尺寸是280×150mm，材料是國產(chǎn)738鋼。

圖1 零件的簡單結(jié)構(gòu)圖

    （2）該零件的左邊凸起部分最大外徑是φ100mm，斜度是31°，中間凹陷部分的口部直徑是φ64mm，底部直徑是φ54mm，深度是18mm，斜度是16°；零件的右邊凸起部分最大尺寸是100×100mm，側(cè)邊的斜度是27°，中間凹陷部分也是一個方形，尺寸為54×54mm，深度是18mm，側(cè)邊斜度是16°。

    （3）零件左右兩邊各有4個半圓形的小槽，直徑為φ8mm，零件頂部圓角為R2mm。

    （4）通過對零件的分析，得知該零件的加工區(qū)域比較大，開粗時適合用比較大的刀具如選用φ30R5mm的圓鼻刀；半精加工用φ16R0.8mm進行等高線加工，8個小槽的開粗用φ8R4mm的球刀用外形銑削的刀路；精加工時用φ6R3mm的刀具用平行加工的方式加工零件的頂部，零件的斜面與分型面相交的部分用φ16R0.8mm的刀具用等高線加工。

    （5）該零件是模具的型芯，對高度的要求比較高，零件不能高也不能低，因此用零件的底部為基準(zhǔn)面比較合適，零件的中心采用四邊分中的形式。

2 采用MasterCAM軟件進行加工中心編程

    （1）開粗。

    MasterCAM 粗加工選用的命令順序如下：Toolpaths→Surface→Rough→Pocket→All→Surface。選用φ30R5mm的圓鼻刀進行開粗，程式的參數(shù)設(shè)置不在這里詳述。刀路的模擬顯示如圖2所示。

圖2 開粗刀路顯示

    開粗刀路仿真模擬的情況如圖3所示。

圖3 開粗刀路仿真模擬

    （2）半精加工。

    粗加工后，零件表面還留有很多余量，且各部分的余量極不均勻，需半精加工之后才能進行精加工，確保各部分余量均勻，一般來講，半精加工的刀具要比粗加工刀具直徑的一半大一些，這樣，加工兩個型芯之間留下的余量時不會發(fā)生踩刀現(xiàn)象，現(xiàn)在用φ16R0.8mm的刀具用等高線方式進行半精加工，命令選擇如下：

    Toolpaths→Surface→Finish→Contour→All→Surface。

    刀路的模擬顯示如圖4所示。

圖4 半精加工等高線刀路顯示

    從刀路模擬圖上可以看出來，刀路在加工零件的拐角處時是尖角，沒有倒圓角。刀具在加工這類拐角處時，因為突然變向等原因，導(dǎo)致機床的震動很大，刀粒很容易崩角。而且機床在加工到這位置時，會出現(xiàn)短暫停止運動的現(xiàn)象，致使刀粒在零件表面空刮，也很容易傷刀。

    半精加工之后，零件上的上部還有8個小缺口沒有加工，現(xiàn)在需要加工型芯上的8個小缺口后才能精加工，在此采用直紋曲面加工的方式來加工這8個小缺口。首先要先做出這8個缺口的直紋曲面線架構(gòu)圖形，線架構(gòu)的線條通過小缺口的中心，如圖5所示。

圖5 直紋曲面刀路線架構(gòu)圖

    直紋曲面的刀路命令選擇如下：Toolpaths→Next Menu→Wireframe→Ruled，然后選取剛才所做的線段。直紋曲面刀路參數(shù)設(shè)置見圖6。

圖6 直紋曲面刀路參數(shù)設(shè)置

    其中：Zigzag——雙向；Comp in computer off——取消刀具補正；Initial——刀具起始加工的Z值；Finial——刀具終止加工的Z 值；Step——每層加工的厚度；Across cut——刀路兩點之間的距離。

    參數(shù)設(shè)定后，生成一條直紋曲面的刀路，另外三個缺口的刀路可以通過刀路旋轉(zhuǎn)的方式計算出來，刀路模擬顯示如圖7所示。

圖7 直紋刀路

    MasterCAM做外形銑削時，如果要雙向加工，就必須用等直紋曲面的方式才能實現(xiàn)，這點不如Cimatron。

    （3）精加工。

    刀路半精加工之后，現(xiàn)在可以精加工，這個零件的頂部是帶R的不規(guī)則曲面，適合用球頭刀進行精加工，與分型面相交的斜面部分是死角，不適合用球頭刀，適合用平底刀精加工。

    頂部精加工的刀具路徑的方法很多，為了更好的對比MasterCAM 與Cimatron 曲面加工能力，現(xiàn)在用φ6R3mm的球頭刀，采用平行加工的方式來精加工，MasterCAM 命令選擇如下：Toolpaths→Surface→Finish→Parallel→All→Surface。在設(shè)置加工的高度參數(shù)時，將刀度的加工范圍直接輸入：最度點：55mm，最低點：45mm，生成的刀路模擬顯示如圖8所示。

圖8 平行刀路模擬顯示

    從模擬顯示上可看出，MasterCAM平行刀路可以通過高度控制的方式來控制加工范圍，只加工符合高度要求的區(qū)域，但有很多的提刀，這是MasterCAM的不足之處。

    零件左手邊的圓形狀型芯用φ16R0.8mm的刀用2D掃描加工，右手邊的方形狀型芯部分用曲面等高線進行加工，通過對左右兩個型芯不同刀路的分析，可以判斷，用2D掃描刀路，各部分的光潔度非常均勻，對底部曲率變化較大的R處的光潔度也很均勻，如圖9所示。而用等高線加工，在R處的刀路就不均勻，并且刀路差距非常明顯，如圖10所示。

圖9 2D掃描刀路

圖10 曲面等高線刀路

    （4）清角。

    精加工之后，零件有些拐角位還留有余量，需要清角，但MasterCAM的清角功能比較差，只能用較小的刀用等高線方式進行清角。而且清角時底部R處的刀路不均勻，粗糙度比較明顯。如圖11所示。

圖11 MasterCAM的清角

    從路徑模擬圖上可以看出，用等高線清角，在曲面斜率變化比較大的位置（比如R位），刀距變化也較大，加工出來的零件粗糙度也較大。

3 用Cimatron軟件進行加工中心編程

    （1）Cimatron開粗。

    用φ30R5mm的圓鼻刀，Wcut粗加工的方式進行開粗，程序的參數(shù)設(shè)置在這里不再詳述，刀路模擬顯示如圖12所示。

圖12 刀路模擬顯示

    刀路的仿真模擬如圖13所示。

圖13 Cimatron開粗仿真圖

    從仿真圖上可以看出，Cimatron開粗時，能有效地清除刀路間距之間的殘余量，在零件上不再留有兩條刀路之間的殘余料。而且刀路在拐角時的R值可以任意設(shè)置，這點比MasterCAM要好。

    （2）Cimatron半精加工。

    用φ16R0.8mm的刀運用等高線方式進行半精加工，但與MasterCAM的刀路相比，它不但可以任意設(shè)定拐角位刀路的R值，而且Cimatron等高線半精加工有一個附加程序功能，它能在刀路加工到平面時，自動產(chǎn)生一個挖槽程序，清除零件平面開粗時留下的余量，使平面的余量與斜面的余量一致，這樣有利于精加工，參數(shù)設(shè)置如圖14所示。

圖14 Cimatron半精加工

    刀路的模擬顯示如圖15所示。

圖15 Cimatron半精加工路徑模擬

    從路徑模擬顯示圖上可以看出，它加工到平面時，自動用挖槽的方式加工平面，減少粗加工時留下的余量，便于精加工。

    半精加工之后，零件上還有8個小缺口沒有加工，現(xiàn)在需要加工型芯上的8個小缺口，在這里，應(yīng)用外形銑削的加工方式來加工這8個小缺口。首先要先通過這8個缺口的中心做一條直線，再用這條直線來進行外形銑削，設(shè)定刀路的參數(shù)如圖16所示。

圖16 外形加工

    （3）Cimatron精加工。

    Cimatron也是用曲面平行加工的方式加工零件頂部的R部分，參數(shù)的設(shè)置不在這里詳述，路徑模擬如圖17所示。

圖17 Cimatron曲面平行加工刀路模擬

    從路徑模擬圖上可以看出，Cimatron平行加工的刀路采用的是分區(qū)域加工的方式，它在加工過程中很少抬刀，能極大地提高加工的速度，這點比MasterCAM要優(yōu)越很多。但在編寫程序時，不能象MasterCAM那樣直接設(shè)定加工的高度，需要程序員做輔助面或輔導(dǎo)線來設(shè)定加工范圍，這一點不如MasterCAM優(yōu)越。

    Cimatron同MasterCAM一樣，也是用曲面等高線加工的方式加工零件的斜面部分，但與MasterCAM相比，它能在等高線加工完之后，用程式的附加程式自動加工零件的平面部分，路徑模擬如圖18所示。

圖18 Cimatron Wcut精加工路徑模擬圖

    從路徑模擬圖上可以看出，用Wcut等高線精加工時，在曲面斜率變化比較大的位置（比如R位），刀距變化也較大，加工出來的零件粗糙度也較大，這一點不如MasterCAM用2D掃描加工。

    （4）清角。

    與MasterCAM相比，Cimatron有強大的曲面清角功能，它能自動加工上一刀路沒有加工到的拐角位置，程式的參數(shù)設(shè)置不再詳細，刀路模擬顯示如圖19所示。

圖19 Cimatron清角刀路

    Cimatron的仿真刀路如圖20所示。

圖20 Cimatron的仿真刀路模擬圖

4 結(jié)論

    通過以上分析，MasterCAM與Cimatron各有以下優(yōu)點：

    4.1 MasterCAM的優(yōu)點

    （1）MasterCAM有強大的2D功能，是Cimatron刀路所望塵莫及的。

    （2）MasterCAM在進行外形加工、挖槽時所選取圖素的起點就自動是刀路的切入點，而且也能根據(jù)選取方式自動識別是刀具的補正方式，而Cimatron則需要重新設(shè)定刀路的切入點，并具重新設(shè)定補正方式。

    （3）MasterCAM在進行外形加工、挖槽、鉆孔等工作時，可以采用窗選的方式選取所要選取的線與點，而Cimatron 則只能一個接一個的選取，這一點Cimatron遠遠比不上MasterCAM方便。

    （4）MasterCAM在進行曲面加工時，不需要設(shè)定邊界，就能直接形成刀路，而Cimatron則必需要選取邊界才能形成刀路。

    （5）MasterCAM在進行曲面精加工時，可以通過設(shè)定加工的高度來設(shè)定加工范圍，就能直接形成刀路，而Cimatron則必需做輔助邊界或輔助面才能設(shè)定加工范圍。

    4.2 Cimatron的優(yōu)點

    （1）Cimatron曲面運算速度遠遠超過MasterCAM。

    （2）Cimatron曲面加工時，Cimatron刀路能自動分區(qū)域加工，極大地減少提刀次數(shù)。

    （3）Cimatron清角功能非常強大，是MasterCAM望塵莫及。

    （4）Cimatron在用Wcut加工時，可以任意設(shè)定拐角位刀路的圓弧半徑，而MasterCAM則不能設(shè)定圓弧半徑，只能以尖角的方式加工。

    （5）Cimatron用Wcut進行粗加工時，刀路能自動清除刀路間隙的殘余量，并且在實際加工時，不會出現(xiàn)空走現(xiàn)象，耗時比MasterCAM設(shè)計的程式要少很多。

    （6）Cimatron后處理時能自動進行優(yōu)化，后處理程式要比MasterCAM小很多。

    （7）Cimatron仿真模擬的圖形可以保存，也可以截圖、任意角旋轉(zhuǎn)觀看，而且不同刀路之間用不同顏色來區(qū)分，而MasterCAM的仿真模擬刀路不能保存，也只能是單一顏色，而且不能截圖，也不能旋轉(zhuǎn)觀看，退出后會自動消失。

    兩者的區(qū)別相遠遠不止上述這些，希望讀者在工作中好好體會，并根據(jù)零件的實際情況，來選擇合適的加工軟件。

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本文標(biāo)題：MasterCAM與Cimatron的數(shù)控加工中心編程刀路比較

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