摘要：在當前流行的 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 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9599 （2012） 23-0000-02

1 MasterCAM 的三維造型功能介紹

計算機操作使用 MasterCAM 進行編程時，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)，通過動態(tài)模擬等手段檢驗生成程序的正確性，再通過后置處理程序生成數(shù)控機床能夠識別的加工代碼，經(jīng)過編輯，修改后，傳輸給數(shù)控機床，最后進行各類零件的加工。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)控機床的加工效率和產(chǎn)品的經(jīng)濟效益。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、汽車、摩托車等的外形。MasterCAM 中三維造型可以分為線架造型，曲面造型以及實體造型。以下主要對線架造型和曲面造型進行描述。

2 如何用 MasterCAM 進行幾何圖形的建模

對于基于圖紙以及型面特征點測量數(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，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)坐標系Master CAM 中使用的原始基本坐標系統(tǒng)為標準的笛卡兒坐標系，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擊次功能菜單中相應(yīng)的項來設(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和描述物體的形狀，曲面造型已廣泛地運用與汽車、輪船、飛機機身和各種模具的設(shè)計和制造中。工件表面的形狀都是由曲面構(gòu)成，一個曲面含有許多斷面或曲面片，它們?nèi)劢釉谝黄?，形成一個圖素。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。當曲面必須通過兩條以上的線，以拋物線的方式來熔接時，可以使用本曲面。刀，勺，叉，鵝蛋形，飛機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，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。直紋曲面在兩個或兩個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。當曲面要填滿兩個或兩個以上的曲線之間時就可使用直紋曲面。直紋曲面的特點是二條曲線掃描，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，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閉合圖形，則最后的曲面也是一個中空的閉合曲面。

掃描曲面可以使用一個截面和兩條牽引線，也可是兩個截面一個牽引線，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。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，而且曲線不要剛好在面的邊界上，同時，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，有時也可以修剪。又如：交角的處理。對于三個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，將它連成線，然后修剪相交面，類似另外兩個面。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)已成為整個制造行業(yè)當前和將來技術(shù)發(fā)展的重點。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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