论文总字数：16373字

摘 要

Abstract 5

第一章 绪论 6

1.1引言 6

1.2选题背景及意义 6

1.3 MASTERCAM技术国内外发展状况 7

1.4 课题的基础了解 10

1.5 本文主要研究的内容 11

第二章 基于MasterCAM的曲面加工相关理论 12

2.1前言 12

2.2 MasterCAM中零件曲面加工分析 12

2.2.1 曲面粗加工 12

2.2.2曲面半精加工 13

2.2.3 曲面精加工 13

2.3 本章小结 13

第三章 对鼠标的数控仿真加工 14

3.1 Master CAM软件简介 14

3.2 Master CAM软件在数控加工应用时的主要步骤 14

3.2.1 零件的工艺分析 15

3.2.2 零件的几何建模 15

3.2.3 刀具路径的确定 15

3.2.4 零件在数控系统中的模拟加工 15

3.2.5　数控代码的生成及传输 16

3.3对鼠标进行建模 16

3.4鼠标加工 23

3.4.1曲面粗加工残料加工 24

3.4.2曲面粗加工平行铣削 27

3.4.3曲面精加工平行铣削 29

3.4.4曲面精加工残料加工 32

3.4.5重建所有的加工路径 35

3.4.6加工仿真 35

3.4.7生成G代码 38

3.5本章小结 39

第四章 总结与展望 40

4.1总结 40

4.2展望 40

致 谢 41

参考文献 42

摘 要

MASTERCAM技术是实现产品设计和制造自动化的关键技术，在产品开发中，引入该技术进行产品设计及数控加工，能大大提高产品的生产效率和质量。MasterCam有着极其强大稳定的曲面造型功能，能够画出复杂的曲线、曲面零件，尤其是对那些曲面粗加工和曲面精加工，能表现出其强大的加工能力，由于曲面的特点，决定了只有用MasterCam技术才能缩短产品设计，制造周期，提高产品的质量。本课题就是基于MasterCam软件围绕着这一主题展开。

鼠标模型是一个比较典型的曲面模型，本课题就是用MaterCam软件进行鼠标的三维曲面建模.首先根据图形实物，确定各部分之间的比例关系，然后根据自己设计的鼠标尺寸，用MaterCam绘制出鼠标模型。根据模型创建出实体模型，然后经行铣削加工，生成刀具路径和加工代码，将加工代码传输到特定的数控机床即可完成数控加工。

通过本次研究进一步证实了MASTERCAM软件在曲面建模加工中所具有的强大功能。

关键字：MASTERCAM 鼠标 建模 数控加工

Abstract

Mastercam product design and technology is the key technology of manufacturing automation, in product development, we introduce this technology what can greatly improve production efficiency and product quality to product design and CNC machining. MasterCam what has an extremely strong and stable surface modeling capabilities can draw complex curves, surfaces, especially for those surface roughing and finishing surfaces. It can exhibit its powerful processing capacity, Since the surface characteristics determine only by MasterCam technology to shorten product design, manufacturing cycle time and improve product quality. This paper around the themes of basing on the MasterCam software.

Mouse model is a typical surface model, this paper is to use three-dimensional to set the surface modeling of mouse by MaterCam software. First, according to the graphic objects, we can determine the proportional relationship between the various parts, Second, according to the size what we decide of mouse, a mouse model can be determined with MaterCam software. Third, based on the model we can create a solid model, and then through the line milling tool path generation and processing code, The code will be transmitted to a particular process to complete CNC machining CNC machine tools.

Through this further studying, we can confirm the software of MASTERCAM has powerful processing capabilities in surface modeling.

Key words: Mouse; MASTERCAM；Modeling; NC

第一章 绪论

1.1引言

Mastercam软件表现出非常强大的绘图功能，有着极其强大稳定的曲面造型功能，能够画出复杂的曲线、曲面零件，尤其是对那些曲面粗加工和曲面精加工，能表现出其强大的加工能力，模拟加工中，不但能显示刀具和夹具，而且还能检查出刀具和夹具与被加工零件的干涉、碰撞情况，还可以通过刀具路径效验功能来模拟零件加工的整个过程，真实反映加工过程中的实际情况，目前被广泛应用在航空，汽车，通用机械等领域，概念设计，工业设计，详细的机械设计及其工程仿真和数控加工等领域，Mastercam被广泛应用。

1.2选题背景及意义

现代制造业其共同特点是以复杂三维型面为结构主体，制造精度要求高，整体结构紧凑，加工成型难度极大,用来加工的经常是具有复杂型腔的高精度模具制造及复杂产品的外型加工，通过近几年对MASTERCAM软件的应用的摸索，针对上述制造过程中普遍存在的技术难点，将传统的工艺方案中适用现代数控加工的精华部分溶入MASTERCAM的应用过程，总结出一套适用于各类复杂型面的数控加工编程方法。

Mastercam具有强劲的曲面粗加工及灵活的曲面精加工功能。 Mastercam提供了多种先进的粗加工技术，以提高零件加工的效率和质量。Mastercam还具有丰富的曲面精加工功能，可以从中选择最好的方法，加工最复杂的零件。Mastercam的多轴加工功能，为零件的加工提供了更多的灵活性。

本课题主要是鼠标设计与数控仿真加工，其研究意义如下：

1. 由于在学校学习过AutoCAD，所以现在学习起Mastercam也并不十分困难。通过上网百度了并且下载了许多Mastercam教学视频，掌握了这款软件的一些基本功能，并且可以运用这些功能能绘制一些简单的图形。通过这次课题，不仅提高了我的自学能力，而且使我更加多掌握该软件的实用。这次的鼠标造型主要是以曲面造型为主， MASTERCAM软件在自由曲面建模上有极其强大的功能，绘制图形是很方便。
2. Mastercam对硬件的要求不高，在一般配置的计算机上就可以运行，且操作灵活，界面友好，易学易用，适用于大多数用户，它能同时提供适合目前国际上通用的各种数控系统的后置处理程序文件。以便将刀具路径文件（NCI）转换成相应的CNC控制器上所使用的数控加工程序（NC代码）。
3. 鼠标模型在MasterCAM 中能生成精确的加工路径，可以很清晰地观察到模拟加工的全过程。
4. 通过MASTERCAM软件完成鼠标的设计，不仅锻炼了我们独自解决问题的能力，还培养了我们的自学能力，让我们有更多机会自己动手实践，掌握基本的解决问题的技巧。

1.3 MASTERCAM技术国内外发展状况

Mastercam软件已被广泛的应用于通用机械、航空、船舶、军工等行业的设计，它是集设计和制造、数控机床自动编程于一体的CAD /CAM软件,是目前世界上应用最广泛、最优秀的软件之一, 从80年代末起，我国就引进了这一款著名的CAD/CAM软件，也是目前在我国应用最广泛、最有代表性的CAD/CAM软件之一, 为我国的制造业迅速崛起作出了巨大贡献。Mastercam X5齐具二维造型、三维曲面设计、三维实体设计、数控Diem基础、二维加工、三维加工、多轴加工等功能。与传统的设计方法比较,Master CAM软件优越性体现在:强大的零件造型功能,型腔铣、轮廓铣和点位加工功能,强劲的曲面粗加工功能,灵活的曲面精加工功能,提高曲面加工效率的最优功能,简捷的加工参数管理及优化工具功能,方便的文件管理及数据交换功能。Master CAM软件可以通过多种途径来完成零件造型,其具有全特征化造型功能和强大的图形编辑、转换处理功能。Master CAM的制造模块可生成和管理多种类型(铣、车、线切割)的数控加工操作。Master CAM具有的关联性特征将加工操作和几何图形、工艺参数联系在一起,既当零件图形或工艺参数被修改时,刀具加工路径可以方便地自动重新生成。

Mastercam是教育科学“十五”国家规划课题之一——“21世纪中国高等学校应用型人才培养体系的创新与实践”课题的研究成果。Mastercam的功能可以实现二维、三维图形的构建，包括实体造型、曲面造型和线架造型；应用数控软件的CAM 功能实现车削、铣削的粗加工、精加工、附加刀具路径等数十种加工方法，仿真模拟及生成NC程序的全过程。

美国CNC Softvare公司开发的基于PC平台的Master CAM软件集CAD/CAM功能于一体，用户可以用它绘制二维图，也能用它绘制三维图，能实现各种体速的拼合，能够绘制各种复杂的曲面，对模型进行加工，即可在CAM部分选择相应的刀具路径，MasterCAM可以自动生成刀具路径的NCI文件，通过与数控机床适应的后置处理器文件，可快速生成加工用NC文件，它具有方便直观的几何造型。 Mastercam提供了设计零件外形所需的理想环境，其强大稳定的造型功能可设计出复杂的曲线、曲面零件。

高东强^[1]讲述了鼠标模型的构建，详细地讲述了鼠标凸模曲面、鼠标凹模曲面的绘制方法，阐述有干涉面和轮廓线的鼠标凸模的建模方法，举例说明了凸模加工工艺、凹模加工工工艺的加工实例，并且对鼠标加工实体进行了模拟。

刘春利^[2]介绍了基于Mastercam自动编程软件如何将电脑鼠标的线框模型转换为实体,详细介绍了鼠标的粗、精加工的走刀路径和实体验证，如何进行后处理并且生成NC文件，还介绍了如何将NC程序调入数控机床来完成数控加工。

陈少克^[3]介绍了采用二次设计和反求设计相结合的方法,可以极大地提高地鼠标上盖的开发效率，最终完成鼠标上盖注射模的设计，需要运用Pro/E对鼠标上盖进行模型重建、二次开发、型腔设计，通过实例，阐述了对鼠标模型重建和模具设计的过程进行分析,深入探讨了点云数据分析、模型曲面的构建以及完善鼠标各部分零件设计的一些技巧和方法。

魏林^[4]介绍了数控加工仿真软件Vericut的功能和作用,阐述了Vericut与其他数控仿真类软件相比较的优点，介绍了仿真系统结构框图，举了一个具体的实例阐述了利用该软件进行数控加工仿真的一般步骤，阐明了VERCUT 软件在数控仿真加工的教学中的实用性与优越性。

李军锋^[5]简要论述了数控机床加工仿真技术及其研究现状 ,介绍了目前国外成熟的数控机床加工仿真软件VERICUT的英勇,并且充分应用这种软件的各项功能进行了具体的机床加工仿真和干涉检查及代码优化。

刘卫^[6]通过建立和分析刀具轨迹优化的数学模型 ,对VERICUT的优化原理进行了探索性的研究 ,并通过一个“瓶子加工”的典型实例展现了VERICUT 4.4版本环境下数控加工优化设计的全过程。

郭宏伟^[7]采用多轴联动数控机床加工时,NC程序编写和检测难度较大。为了验证NC程序的正确性和保证加工质量,需构建虚拟加工仿真系统。利用VERICUT先进的数控加工仿真功能,以DMC60TR为原型,构建五轴数控虚拟加工仿真平台;针对机床建模仿真中的技术难点提出相应的解决方案,实现了加工过程的仿真。结果表明:通过数控仿真验证了NC程序的正确性,提高了加工效率,为多轴联动数控机床的建模仿真提供了指导。

张暴暴^[8]虚拟制造技术是由虚拟现实技术支持的新的研究领域，用三维的和动态的仿真模型模拟产品设计与制造及其相关的过程，虚拟制造系统是企业集成的一种新方案，该文献叙述了虚拟制造体系及其关键技术，系统地简述了虚拟制造体系，组成了一个整体，便于学习。

冯娟^[9]提高自身的制造水平和市场竞争力,制造企业在引进数控设备方面投入了越来越多的资金。数控加工仿真技术需要解决的问题已经不能仅仅考虑刀具轨迹的正确性,同时必须考虑加工系统中的各种因素:机床、工件、NC程序、工装。为此,对仿真系统的模型进行必要扩大和完善,引入虚拟机床模型、工装模型,提高加工过程仿真的真实性,以利于教学和生产。 

王书建^[10]通过运用CAD/CAM软件MasterCAM和专业数控仿真软件Vericut,对数控铣床进行了虚拟机床的技术研究,以期通过虚拟加工教学来缓解教学资源紧缺情况,节省实习成本,极大的保障实习的安全性。首先,对数控机床加工仿真关键技术进行了研究。包括数控仿真原理、虚拟数控机床的功能配置、干涉检查、机床运动参数设置等。同时对刀具系统、毛坯和夹具系统模块进行了建模,创建了基于ACE-V500型数控机床的虚拟加工系统平台。其次,利用MasterCAM软件的CAD模块对加工零件及毛坯进行直接建模,同时在CAM模块中完成数控编程工作,然后运用后处理模块生成可被机床直接执行的G/M代码；运用Vericut创建数控机床系统文件、加工机床和刀具文件,实现数控加工过程仿真,并进行刀具轨迹优化和加工质量检验,实现完全的虚拟加工过程,保证数控程序的正确性。最后将几何仿真与物理因素(切削力)相结合进行了初步探索,证明开发的虚拟机床加工平台是成功的,将MasterCAM和Vericut相结合进行虚拟机床技术研究也是一种切实有效的方法。

1.4 课题的基础了解

该课题是在MASTERCAM 软件及数控机床的基础上，完成鼠标的模型绘制，模拟加工进行，详细步骤如下：

运用MASTERCAM的CAD模型的表达：CAD 模块包括了线框模型，曲面模型和实体模型。

（1）绘制线框模型

绘制的现况模型是鼠标的外轮廓，是以棱边或交线作为形状数据来描述物体。很多复杂的产品，先用几条线勾划出其基本轮廓，然后逐步细化，线框模型的存储量小，操作灵活，响应速度快，可以生成、修改、处理二维和三维线框几何体，可以生成点、直线、圆、二次曲线、样条曲线等，又可以对这些基本线框元素进行修剪、延伸分段、连接等处理，生成更复杂的曲线，但是如果表示圆柱的形状，就必须添加母线，另外，线框模型所构造的实体模型，只有离散的边，而没有边与边的关系，即没有构成面的信息。

（2）曲面模型

曲面的创建都是从曲线开始的，我们可以通过创建点从而创建曲线，最终能创建出各种曲面，也可以通过抽取或使用视图区已有的特征边缘线创建曲面。首先创建曲线，可以用测量得到的点创建曲线，然后再根据创建的曲线，利用过曲线、直纹、过曲线网格、扫掠等选项，创建零件的主要或者大面积的曲面，最后利用桥接面、二次截面、软倒圆、N-边曲面选项，对前面创建的曲面进行过渡接连、编辑或者光顺处理，最终得到完整的产品模型。

（3）实体模型

实体间的联系和利用实体内部的联系来描述客观事物及其联系，称实体模型，它以三角形所确定三个数据点作为基础数据，由一组通过空间位置，在不同平面内的线相互连接而成的，实体模型是建立三维模型的基础。

实体模型是在曲面模型的基础上，定义了曲面之间的相互位置关系。定义实体侧的方法主要有三种：一点制定法，线矢量指定法，包围面的线制定法。

（4）MASTERCAM的铣削加工

创建完成的实体模型可以用Mastercam进行加工，生成精确的刀具路径，用户可以再图形界面中编辑刀具路径，观察刀具的运动过程，显示刀具和夹具，而且还能检查出刀具和夹具与被加工零件的干涉、碰撞情况，并进行加工模拟，生成的刀具路径，可以通过后置处理产生用于特定数控机床的加工代码。

1.5 本文主要研究的内容

全文共分四章，各章的主要内容如下：

第一章 绪论。本章叙述了Master CAM 的国内外相关研究进展，简单的介绍了这个课题的基础了解，简述了论文的主要研究内容。

第二章 基于MasterCAM 的数控加工鼠标仿真的相关理论。本章介绍了数控机床加工曲面（三轴立铣）的相关理论。

第三章，具体仿真实现。本章介绍了仿真软件、研究目标和加工仿真实现的过程，包括鼠标的建模、刀具、加工路径和加工参数。

第四章 总结与展望。本章主要总结了全文的研究内容。

第二章 基于MasterCAM的曲面加工相关理论

2.1前言

MasterCAM是美国CNC Software Inc公司开发的一款功能很强的CAD/CAM软件，它集成了二维绘图三维实体曲面设计数控编程刀具路径模拟等功能，可实现产品的几何设计到加工制造的CAD/CAM一体化，是目前世界上应用最广泛的CAD/CAM软件之一在数控铣削加工中经常会遇见零件的曲面加工，MasterCAM针对复杂的曲面外形，提供了很多种曲面加工方式本文结合实例，探讨了如何利用MasterCAM提高零件曲面加工的生产效率与加工质量。

2.2 MasterCAM中零件曲面加工分析

在数控铣削加工中，假设零件材料：D9；硬度：HRC16；刀具材料：涂层高速钢 在铣床上只对零件凸部分进行加工，其它部分在另外设备中加工 这里重点探讨曲面的加工，曲面加工一般都是先采用曲面粗加工，对曲面留下余量，然后再采用曲面精加工。

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