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Mastercam 與 Cimatron 及 UG 數(shù)控編程刀路的比較

2017-12-18 來源：廣東省華立技師學(xué)院作者：詹建新

【摘要】Mastercam、Cimatron和UG都是目前被廣泛運(yùn)用的加工中心編程軟件，目前三者的智能化水平都相當(dāng)高，都有很強(qiáng)大的2D和曲面加工能力，但三者在運(yùn)用過程中比較起來，各有優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在Mastercam的2D/2.5D編程功能相當(dāng)強(qiáng)大，而Cimatron的曲面加工能力又遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于Mastercam，而UG運(yùn)用實(shí)體編程，在加工復(fù)雜零件時(shí)，與上述兩個(gè)軟件相比，則優(yōu)勢相當(dāng)明顯，因此在實(shí)際加工編程過程中，如果能根據(jù)零件的實(shí)際形狀，合理的選擇加工中心編程軟件，既能減輕編程員的工作強(qiáng)度，又能編寫出高質(zhì)量的加工程序。

關(guān)鍵詞：Mastercam；Cimatron；UG；加工中心；編程

1 、零件分析

下面以兩個(gè)簡單的零件（一個(gè)方形的煙灰缸與一個(gè)圓形的煙灰缸）為例，分別用Mastercam、Cimatron和UG 對其進(jìn)行加工中心編程，再對 Mastercam、Cimatron和 UG 的編程功能進(jìn)行分析對比，零件的簡單結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 零件的簡單結(jié)構(gòu)圖

（1）該零件是凸模，毛坯外形尺寸是280×150mm，材料是國產(chǎn)738鋼。

（2）該零件兩個(gè)凸模之間最小的間距是20mm，能過直徑16R0.8mm的刀，但不能過直徑30R5mm的刀。

（3）每個(gè)煙灰缸的頂部各有四個(gè)半圓形的小槽，直徑為直徑8mm，零件頂部圓角為R2mm。

（4）通過對零件的分析，我們得知該零件的加工區(qū)域比較大，開粗時(shí)適合用比較大的刀具如選用

直徑30R5mm 的圓鼻刀；半精加工用直徑16R0.8mm 進(jìn)行等高線加工，8 個(gè)小槽的開粗用直徑8R4mm 的球刀用外形銑削的刀路；精加工時(shí)用直徑6R3mm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直徑16R0.8mm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 、用 Mastercam 軟件對該零件進(jìn)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。選用直徑30R5mm 的圓鼻刀進(jìn)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。開粗刀路仿真模擬的情況如圖3所示。

圖2 開粗刀路顯示

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(jìn)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(gè)型芯之間留下的余量時(shí)不會(huì)發(fā)生踩刀現(xiàn)象，現(xiàn)在用直徑16R0.8mm的刀具用等高線方式進(jìn)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(shí)是尖角，沒有倒圓角。刀具在加工這類拐角處時(shí)，因?yàn)橥蝗蛔兿虻仍颍瑢?dǎo)致機(jī)床的震動(dòng)很大，刀粒很容易崩角。而且機(jī)床在加工到這位置時(shí)，會(huì)出現(xiàn)短暫停止運(yùn)動(dòng)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(gè)小缺口沒有加工，現(xiàn)在需要加工型芯上的8個(gè)小缺口后才能精加工，在這里，采用直紋曲面加工的方式來加工這 8個(gè)小缺口。首先要先做出這 8 個(gè)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

參數(shù)設(shè)定后，生成一條直紋曲面的刀路，另外3個(gè)缺口的刀路可以通過刀路旋轉(zhuǎn)的方式計(jì)算出來，刀路模擬顯示如圖6所示。

圖6 直紋刀路

Mastercam 做外形銑削時(shí)，如果要雙向加工，就必須用等直紋曲面的方式才能實(shí)現(xiàn)，這點(diǎn)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(gè)零件的頂部是帶R的不規(guī)則曲面，適合用球頭刀進(jìn)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)在用直徑6R3mm 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(shí) ，將刀路的加工范圍直接輸入：最高點(diǎn)55mm，最低點(diǎn) 45mm，生成的刀路模擬顯示如圖 7所示。

圖7 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直徑16R0.8mm 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(jìn)行加工，通過對左右兩個(gè)型芯不同刀路的分析，我們可以判斷，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8所示。

圖8 2D掃描刀路

（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 Master CAM 的清角功能比較差，只能用較小的刀用等高線方式進(jìn)行清角。而且清角時(shí)底部 R 處的刀路不均勻，粗糙度值比較大。如圖9所示。

圖9 Master CAM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 軟件對該零件進(jìn)行加工中心編程（1）Cimatron開粗。用直徑30R5mm 的圓鼻刀，Wcut 粗加工的方式進(jìn)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10所示。

圖10 刀路模擬顯示

刀路的仿真模擬如圖11所示。

圖11 Cimatron開粗仿真圖

從仿真圖上可以看出，Cimatron開粗時(shí)，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(shí)的 R 值可以任意設(shè)置，這點(diǎn)比

Mastercam要好。

（2）Cimatron半精加工。用直徑16R0.8mm 的刀運(yùn)用等高線方式進(jìn)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(gè)附加程序功能，它能在刀路加工到平面時(shí)，自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)挖槽程序，清除零件平面開粗時(shí)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。刀路的模擬顯示如圖12所示。

圖12 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(shí)，自動(dòng)用挖槽的方式加工平面，減少粗加工時(shí)留下的余量，便于精加工。半精加工之后，零件上還有8個(gè)小缺口沒有加工，現(xiàn)在需要加工型芯上的8個(gè)小缺口，在這里，應(yīng)用外形銑削的加工方式來加工這8個(gè)小缺口。首先我們要先通過這8個(gè)缺口的中心做一條直線，再用這條直線來進(jìn)行外形銑削，與

MASTERCAM相似。

（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)置不再這里詳述，路徑模擬如圖13所示。

圖13 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(diǎn)比Master CAM 要優(yōu)越很多。但在編寫程序時(shí)，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)線設(shè)定加工范圍，這一點(diǎn)不如Master CAM 優(yōu)越。Cimatron 同 Master CAM 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Master CAM相比，它能在等高線加工完之后，用程式的附加程式自動(dòng)加工零件的平面部分，路徑模擬如圖14所示。

圖14 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(shí)，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值也較大，這一點(diǎn)不如

Master CAM用2D掃描加工。

（4）清角。與 Mastercam 相比，Cimatron 有強(qiáng)大的曲面清角功能，它能自動(dòng)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(xì)，刀路模擬顯示如圖 15所示。

圖15 Cimatron清角刀路

（5）Cimatron的仿真刀路如圖16所示。

圖16 Cimatron的仿真刀路模擬圖

4 、用 UG 軟件對該零件進(jìn)行加工中心編程

（1）開粗。用直徑30R5mm 的圓鼻刀，用“型腔銑”粗加工的方式進(jìn)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17所示。

開粗刀路仿真。從仿真圖 18 上可以看出，運(yùn)用 UG“型腔銑”開粗時(shí)，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(shí)的 R 值可以任意設(shè)置，這點(diǎn)與 Cimatron 相似，但比Mastercam 要好。

圖17 UG開粗

圖18 UG開粗仿真模擬

（2）UG半精加工。

a.UG 半精加工（一）：等高外形加工：用直徑16R0.8mm 的刀運(yùn)用等高線方式進(jìn)行半精加工，UG可以自動(dòng)識(shí)別以前工序中沒有加工的殘留部分，殘留部分以上的刀路，它是以區(qū)域優(yōu)先的刀路，殘留部分以下的刀路，它是以層優(yōu)先，這樣的最大優(yōu)點(diǎn)是減少抬刀次數(shù)，提高加工速率，如圖19所示。

圖19 UG半精加工刀路（一）

b.半精加工（二）：半精加工（一）之后，零件上還有8 個(gè)小缺口沒有加工，現(xiàn)在用直徑6R0mm 的平底刀運(yùn)用等高線方式進(jìn)行半精加工，在這個(gè)程序里，UG提供了開放區(qū)域與封閉區(qū)域不同的進(jìn)刀方式，對于開放區(qū)域，運(yùn)用直線進(jìn)刀，對于封閉區(qū)域，運(yùn)用螺旋進(jìn)刀方法，既能很好地保護(hù)刀具，也能減少編程員做輔助線的勞動(dòng)，提升勞動(dòng)效率。如圖20所示，這種刀路，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于Mastercam與Cimatron。

圖20 半精加工（二）

（3）UG精加工刀路。

a.精加工工刀路（一）：用直徑16R0.8 的刀運(yùn)用等高線方式進(jìn)行精加工，在這個(gè)程序里，UG提供了在同一個(gè)程序里，不同的加工深度用不同切削量進(jìn)行加工，對于曲率變化較大的部分，加工切削量可以小一些，對于曲率變化較小的部分，加工切削量可以大一些，這樣的最大優(yōu)點(diǎn)是保持加工的連續(xù)性，降低加工面的粗糙度，如圖21所示。

圖21 不同深度，切削量不同

b. 精加工刀路（二）：在精加工零件上 8 個(gè)小缺口，使用直徑6R3mm，用“固定區(qū)域銑”中的平行加工的方式，使用參數(shù)的設(shè)置不再這里詳述，路徑模擬如圖22 所示。

圖22 固定區(qū)域銑

（4）清角。與Mastercam、Cimatron相比，UG加工的曲面清角功能更強(qiáng)大，程式的參數(shù)設(shè)置不再詳細(xì)，刀路模擬顯示如圖23所示。

UG 清平面刀路：在 UG 中，可以運(yùn)用“平面銑”FACE_MILLING_AREA 一次性加工所有選定的平面，而且不需要做輔助平面，而運(yùn)用Mastercam或Cimatron精加工平面時(shí)，

需對不同的平面分開編寫程序，而且還需要做輔助線或輔助平面，UG清平面刀路如圖24所示。

圖23 UG清角刀路

圖24 UG清平面刀路

UG 仿真刀路如圖 25 所示。

圖25 UG仿真刀路

5、 Master CAM、Cimatron、UG 三者之間的區(qū)別

5.1 Master CAM 的優(yōu)點(diǎn)

（1）Master CAM 有非常強(qiáng)大的 2D 功能，使用時(shí)快捷、方便，遠(yuǎn)遠(yuǎn)比其它兩個(gè)軟件強(qiáng)。（2）Master CAM 在對一些形狀簡單的零件進(jìn)行加工時(shí)，能根據(jù)零件的曲面變化大小，自動(dòng)設(shè)定刀路的間距，這一點(diǎn)比Cimatron、UG要強(qiáng)。（3）Master CAM在進(jìn)行外形加工、挖槽、鉆孔等工作時(shí)，可以采用窗選的方式選取所要選取的線與點(diǎn)，而 UG、Cimatron

則只能一個(gè)接一個(gè)的選取，這一方面Master CAM 比 UG、Cimatron 方便。

（1）Master CAM 在進(jìn)行曲面加工時(shí)，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。（2）Master CAM 在進(jìn)行曲面精加工時(shí)，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 UG、Cimatron 則必需做輔助邊界或輔助面才能設(shè)定加工范圍。

5.2 Cimatron 的優(yōu)點(diǎn)

（1）Cimatron曲面運(yùn)算速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過Master CAM、UG。（2）Cimatron曲面加工時(shí)，Cimatron刀路能自動(dòng)分區(qū)域加工，極大地減少提刀次數(shù)，與 UG 相似，但比Mastercam 強(qiáng)。（3）Cimatron 清角功能非常強(qiáng)大，與 UG 相似，但比Mastercam強(qiáng)。（4）Cimatron 在用 Wcut 加工時(shí)，可以任意設(shè)定拐角位刀路的圓弧半徑，與

UG相似，但比Mastercam強(qiáng)。（5）Cimatron 用 Wcut 進(jìn)行粗加工時(shí)，刀路能自動(dòng)清除刀路間隙的殘余量，并且在實(shí)際加工時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)空走現(xiàn)象，加工效率比Master CAM強(qiáng)。（6）Cimatron后處理時(shí)能自動(dòng)進(jìn)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，比UG、Mastercam強(qiáng)。

5.3 UG 編程的優(yōu)點(diǎn)

（1）UG 運(yùn)用實(shí)體造型，也運(yùn)用實(shí)體編程，實(shí)體修改好，再修改編程程序時(shí)比較簡單，這個(gè)方面比Master CAM、Cimatron 優(yōu)越。（2）在同一個(gè)程序里，可以設(shè)定開放區(qū)域與封閉區(qū)域不同的進(jìn)刀方式，這個(gè)方面明顯比 Master CAM、Cimatron 優(yōu)越。（3）運(yùn)用UG進(jìn)行等高切削時(shí)，可以在一個(gè)程序里設(shè)定不同的背吃刀量，減少提刀次數(shù)，減少不同程時(shí)，零件表面出現(xiàn)明細(xì)的刀痕，這個(gè)方面明顯比Master CAM、Cimatron 優(yōu)越。（4）UG在精加工平面時(shí)，可以在一個(gè)程序里同時(shí)加工不同的平面，這個(gè) 方面明顯比 Master CAM、Cimatron 優(yōu)越。

兩者的區(qū)別相差很大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止上述這些，希望讀者能在工作中好好體會(huì)兩者的差異,并根據(jù)零件的實(shí)際情況，來選擇合適的加工軟件。

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