張中海

摘 要：MasierCAM是我國目前機械加工自動化中使用最普遍的軟件之一，利用它的圖形設(shè)計與仿真切削功能，在數(shù)控實驗中加以應(yīng)用，能改善目前數(shù)控技術(shù)課程教學(xué)中實驗環(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)控機床的操作能力及系統(tǒng)的維護能力。在數(shù)控實習(xí)教學(xué)中引入MaSterCAM軟件.可以簡化數(shù)控編程的數(shù)學(xué)計算，大大提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量、同時提高學(xué)生的數(shù)控加工能力。

關(guān)鍵詞：MasterCAM實習(xí)；數(shù)控實習(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)控機床，給機械制造業(yè)帶來了巨大的變化。數(shù)控技術(shù)已成為制造業(yè)實現(xiàn)自動化、柔性化、集成化生產(chǎn)的基礎(chǔ)技術(shù)，計算機輔助設(shè)計與輔助制造和計算機集成制造技術(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、提高勞動生產(chǎn)率的必不可少的物質(zhì)手段，也是體現(xiàn)一個國家綜合國力水平的重要標(biāo)志。新世紀(jì)機械制造業(yè)的競爭，其實就是數(shù)控技術(shù)的競爭?；跀?shù)控技術(shù)在機械制造業(yè)的重要性，國內(nèi)一些重點高等院校20世紀(jì)70年代就陸續(xù)在機械類專業(yè)開設(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，而不能將理論付諸于實踐。既不能培養(yǎng)學(xué)生的實際應(yīng)用能力，如數(shù)控編程能力、數(shù)控機床的操作能力及系統(tǒng)的維護能力，也不能培養(yǎng)學(xué)生數(shù)控技術(shù)的開發(fā)能力。這樣培養(yǎng)出來的學(xué)生畢業(yè)后走上工作崗位不能很快地獨立完成在數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用與開發(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：一是有合適的實習(xí)基地，但在目前國內(nèi)的情況下很難做到這一點；二是學(xué)校用有限的資金投資購買數(shù)控機床，加工中心等建設(shè)教學(xué)實驗環(huán)境。此類設(shè)備價格昂貴，即使用大量資金買回一臺兩臺，無論從數(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)和實驗。這類教學(xué)實驗中心即便建成，實際應(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)課程的實驗環(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)工作面臨的一個非常大的難題。

綜前所述 ，數(shù)控技術(shù)課程是一門實踐性很強的課程，離開實踐，就談不上素質(zhì)，實踐是知識轉(zhuǎn)化并升華為素質(zhì)的根本條件。要想達到理想的教學(xué)和實踐效果，僅在課堂上實施全方位的教學(xué)是不夠的，還應(yīng)具備一個良好的實踐教學(xué)環(huán)境?？紤]到前面談到的數(shù)控設(shè)備價格的因素，經(jīng)過多方調(diào)研，我們選定了一種能在計算機上進行手工編程和自動編程、并能動態(tài)模擬加工軌跡、與數(shù)控機床有良好數(shù)據(jù)接口的美國CNCsoftware公司研制的基于PC平臺的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，然后綜合運用所學(xué)過的相關(guān)知識，選擇合適的加工方法，選取要加工的對象以及刀具、切削用量、進退刀路線等參數(shù)后，該系統(tǒng)便自動計算出加工余量，并動態(tài)顯示出各不同加工表面的刀具路徑，隨后設(shè)定工件毛坯及機床坐標(biāo)系等相關(guān)參數(shù)后進行加工仿真模擬，經(jīng)仔細檢驗各切削參數(shù)及刀具路徑合理后，最終通過程序的后處理生成數(shù)控加工指令代碼，再通過計算機與機床的通訊接口（如RS232）將數(shù)控指令加工代碼輸入到數(shù)控機床既可完成零件的加工。

二、利 用MasterCAM進行手工編程，并進行程序校驗

數(shù)控程序的手工編制是計算機自動數(shù)控編程的墓礎(chǔ)，應(yīng)用計算機進行數(shù)控加工自動編程最終也還要經(jīng)過后置處理轉(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)的開發(fā)者。因此要使學(xué)生知其然并知其所以然，手動編程是學(xué)生熟悉并掌握NC程序基本原理的一個重要途徑。但數(shù)控指令枯燥、不易記憶，編寫的程序又不能得到實現(xiàn)，學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣不高，也得不到應(yīng)有的實際動手的訓(xùn)練。同時對同一零件編程，學(xué)生編寫的程序會有多種，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)，通過加工軌跡校驗，NC程序的結(jié)果就非常直觀地仿真出來了。

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，然后綜合運用所學(xué)過的如《機械制造工藝學(xué)》、《金屬切削機床》等課程的相關(guān)知識，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、精加工所對應(yīng)的不同加工表面的刀具、切削用量、進退刀路徑、主軸轉(zhuǎn)速等參數(shù)后，該系統(tǒng)便自動計算出機加工余量，并動態(tài)顯示出和粗加工、半精加工、精加工所對應(yīng)的不同加工表面的刀位軌跡和機床代碼，省去了人為編制NC程序的煩惱。這一過程將數(shù)控編程、制造工藝、刀具、數(shù)控機床、數(shù)控加工等課程有機地結(jié)合起來，使學(xué)生覺得以前所學(xué)的知識不再孤立、枯燥，在數(shù)控技術(shù)課程中達到了融匯貫通，并在計算機上變得生動、形象起來，鞏固了學(xué)生的加工工藝方面的知識，強化了利用mastercam系統(tǒng)數(shù)控教學(xué)的效果。

四、利用masterCAM 系統(tǒng)，對計算機計算的刀具軌跡進行模擬仿真

masterCAM特有的模擬仿真功能，可以進行三維真實感動態(tài)仿真加工，每個學(xué)生都有模擬加工的機會，省時間、省材料、省設(shè)備投人。在仿真過程中，刀具沿著所定義的加工軌跡進行動態(tài)加工，學(xué)生可以直觀地掌握數(shù)控加工的過程，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，刀位計算機是否正確，加深了學(xué)生對加工工藝的理解和對刀具軌跡的認(rèn)識。通過對照加工后的結(jié)果，學(xué)生明白了不同的刀位軌跡，其加工結(jié)果有很大的差異實質(zhì)上，加工刀具軌跡定義的合理與否，與學(xué)生對零件加工工藝知識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，對不滿意的加工結(jié)果重新進行零件建?；蛑匦露x刀位軌跡，實現(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，通過計算機機床接口傳送，并控制數(shù)控機床進行實際加工

前面所做的工作均是在計算機上進行的，學(xué)生還很難將NC程序和實際的加工聯(lián)系起來，總的理解是停留在理論知識上，感性認(rèn)識不足，實際應(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程序通過數(shù)據(jù)接口傳至數(shù)控機床，控制機床進行加工。在這個過程中，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，并得到相應(yīng)的動手能力的訓(xùn)練。

六、小結(jié)

我們認(rèn)為數(shù)控實驗室的功能應(yīng)該是多方面的除滿足教學(xué)需要外，還可以進行科研項目研究，提高教師自身的業(yè)務(wù)水平，同時為生產(chǎn)科研服務(wù)，并積極開展對外技術(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)濟效益，用以改善實驗室的條件、促進正常的教學(xué)科研活動，推動教學(xué)改革與課程的建設(shè)。

參考文獻

[1]吳長有，史會.MasterCAM在數(shù)控實習(xí)教學(xué)中的應(yīng)用，《中國科技信息》 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. 北京.化學(xué)工業(yè)出版社.2005.