Mastercam 與 Cimatron 及 UG 數控編程刀路的比較
2017-12-18 來源： 廣東省華立技師學院 作（zuò）者：詹建新
【摘要（yào）】Mastercam、Cimatron和UG都是目前被廣泛運用的加（jiā）工中心編程軟件，目前三（sān）者的智能（néng）化水平都相當高，都有很強大的（de）2D和曲麵加工能力，但三者在運用過程中比較起來，各有優勢，主要表現在Mastercam的2D/2.5D編程功能相當強大，而Cimatron的（de）曲麵加工能力又遠遠強於Mastercam，而UG運用實體編程，在加工複（fù）雜（zá）零件時，與上述兩（liǎng）個軟件相比，則優勢相當明顯，因此在實際加工編程過程中，如果能根（gēn）據零件的實際形狀，合理的選擇加工中心編程軟（ruǎn）件，既能減輕編程員的工作強度，又能編寫出高質量的加工程序。
關鍵詞：Mastercam；Cimatron；UG；加（jiā）工中心；編程
1 、零件分析
下麵以兩個簡單的零件（一個（gè）方形的煙灰缸與（yǔ）一個（gè）圓形的煙灰缸）為例（lì），分別用Mastercam、Cimatron和UG 對其（qí）進行加工中心編程，再對 Mastercam、Cimatron和 UG 的編（biān）程功能進行分析對比，零件的簡單（dān）結（jié）構圖如圖1所（suǒ）示。
圖1 零件的簡單結構圖（tú）
（1）該零件（jiàn）是凸（tū）模，毛坯外（wài）形尺寸是280×150mm，材料是國產738鋼（gāng）。
（2）該零件兩（liǎng）個凸模（mó）之間最小的間距是（shì）20mm，能過直徑16R0.8mm的刀，但不能過直（zhí）徑30R5mm的刀（dāo）。
（3）每（měi）個煙灰缸的頂部各（gè）有四個半圓形的小槽，直徑為直徑8mm，零件頂部（bù）圓角為R2mm。
（4）通過對零件的分析，我們得知該零件的加工區域比較大（dà），開粗（cū）時適合用比較大的刀具如選用
直（zhí）徑30R5mm 的圓鼻刀；半精加工用（yòng）直徑16R0.8mm 進行等高線加工，8 個小槽的開粗用直徑8R4mm 的球刀用外形銑削的刀路；精加工時用直徑6R3mm的刀具（jù）用平行加工的方式加（jiā）工零件的頂部，零件（jiàn）的（de）斜麵與分型麵相交（jiāo）的部分用（yòng）直徑16R0.8mm的刀具用等高線加工。
（5）該零件是模具（jù）的型芯，對高（gāo）度（dù）的要求比較高，零件不能高也不能低，因此（cǐ）用零件的底部為基準麵比較合適，零件的中心采用四邊分（fèn）中的（de）形式。
2 、用 Mastercam 軟件對該零件進行加工（gōng）中（zhōng）心（xīn）編程
（1）開粗。Mastercam 粗 加 工 選 用 的 命 令 順（shùn） 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（shì）的參數設置
不在這裏詳述，刀路的模擬顯示（shì）如圖2所（suǒ）示。開粗刀路仿真模擬的情況如圖3所示。
圖（tú）2 開粗刀路顯示
圖3 開粗刀路仿真模（mó）擬
（2）半精加工。粗（cū）加（jiā）工後，零件（jiàn）表麵還留有（yǒu）很多餘量，且各部分的（de）餘（yú）量極不均勻，需半精加工之後才能進行精加工，確保各部分餘量均勻，一般來講，半精加工的刀具要比粗加工刀（dāo）具（jù）直徑的一半大一些，這（zhè）樣，加工兩個型芯之間留（liú）下的餘量時不會發生踩刀現象，現在用直徑16R0.8mm的刀具用等（děng）高線方式進行半精加工，命（mìng）令（lìng）選 擇 如 下 ：Toolpaths→Surface→Finish→Contour→All→Surface。刀路的模擬顯（xiǎn）示如圖 4 所（suǒ）示。
圖4 半（bàn）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（zài）加工零件的拐角處時是尖角，沒有倒圓角。刀具在加工（gōng）這類拐角處時，因為突然變向等（děng）原因，導（dǎo）致機床的震（zhèn）動很（hěn）大，刀粒很容易崩角。而且機床在加工到這位置時，會出現短暫停止運（yùn）動的現象，致使刀粒在零件表麵空刮，也很（hěn）容易傷刀。半精加工之後，零件上的上（shàng）部還有 8 個小（xiǎo）缺口沒有加工，現在需要加工型芯（xīn）上的8個小缺口後才能精（jīng）加工，在這裏，采用直紋曲麵加工的方式（shì）來加工（gōng）這 8個小缺口。首先要先做出（chū）這 8 個缺口（kǒu）的直紋曲麵線（xiàn）架構圖形，線架（jià）構的線條通過小缺口的中心，如圖 5所示。
圖5 直紋（wén）曲（qǔ）麵刀路（lù）線架構圖
參數設定後，生成一條直紋（wén）曲麵的刀路（lù），另外3個缺口的刀路可以通過刀路旋轉的方式計算出（chū）來，刀路模擬顯示如圖（tú）6所示。
圖6 直紋（wén）刀路
Mastercam 做外形（xíng）銑削時，如（rú）果要雙向加工（gōng），就（jiù）必須用等直紋曲麵的方式才能實現，這點不如Cimatron。（3）精加工。刀路半精加工之後，現在可以精加工，這個零件的頂部是帶R的不規則曲麵，適合用球頭刀進行精加工，與分型麵相交的（de）斜麵部分是死（sǐ）角，不適合（hé）用球頭刀（dāo），適合用平底刀精加工（gōng）。頂部精加工的刀具路徑的方法很多（duō），為了更好的對比 Mastercam 與 Cimatron 曲麵加工能力，現在用直徑6R3mm 的球（qiú）頭刀（dāo），采（cǎi）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。在設置加工（gōng）的高度參 數 時 ，將 刀（dāo） 路 的 加 工 範 圍 直 接 輸 入 ：最 高 點55mm，最低點 45mm，生（shēng）成的刀（dāo）路模擬顯（xiǎn）示如圖 7所示。
圖7 平行刀路模擬顯示
從模擬顯示上可看（kàn）出，Mastercam 平行刀路可以通過高度控（kòng）製的方式來控製加工範圍（wéi），隻加工符合高度要求的區域，但有很多的提刀，這是Mastercam的不足（zú）之處。
零件左手邊的圓形狀型芯用直徑16R0.8mm 的刀用（yòng）2D 掃（sǎo）描加工，右手邊的方形狀型芯部分用曲（qǔ）麵等（děng）高線進行加工，通過對左右兩個型（xíng）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（duì）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（sǎo）描刀路
（4）清角（jiǎo） 精加（jiā）工之後，零件有些拐（guǎi）角位還留（liú）有餘量，需要清角，但 Master CAM 的清角功能比較差（chà），隻能用較小的刀（dāo）用（yòng）等高線方式進行清角。而且清角時底部 R 處的刀路不均勻，粗糙度值比較大。如圖9所示。
圖9 Master CAM的清（qīng）角
從路徑模（mó）擬圖上可以看出，用等高線清角，在曲麵斜率（lǜ）變化比較大（dà）的位置（比如R位），刀距變化也（yě）較大，加工（gōng）出來的零件粗糙度也較大。3 用 Cimatron 軟件對該零件進行加工中心編程（1）Cimatron開粗。用直徑30R5mm 的圓鼻（bí）刀，Wcut 粗加工的（de）方式進（jìn）行開粗，程序的參（cān）數設置在這裏不再詳述，刀路模擬顯示如圖10所示。
圖10 刀路模擬顯（xiǎn）示
刀路的仿真模擬（nǐ）如圖11所示。
圖（tú）11 Cimatron開粗仿真圖
從仿（fǎng）真圖上可以看出（chū），Cimatron開粗時，能有（yǒu）效（xiào）地清（qīng）除刀路間距（jù）之（zhī）間的殘餘量，在零件上不再（zài）留有兩條刀路之間的殘餘料。而且刀路在拐角時的 R 值可（kě）以任意設置，這點比
Mastercam要好。
（2）Cimatron半精加工。用直徑16R0.8mm 的刀運（yùn）用等高線方（fāng）式進行半精（jīng）加工，但與Mastercam的刀路相比，它（tā）不但可以任意設定拐角位（wèi）刀路的 R 值，而且（qiě） Cimatron 等（děng）高線半精加工有一（yī）個附加程序功（gōng）能，它能在刀路加工到平麵時，自動產生一個挖槽程序，清除零（líng）件平麵開粗時留下的餘（yú）量（liàng），使平麵的餘量（liàng）與斜麵的餘（yú）量一致，這樣有利於精（jīng）加工。刀路（lù）的模擬顯（xiǎn）示如圖12所示。
圖12 Cimatron半精加（jiā）工路徑模擬（nǐ）
從路徑模擬顯示圖上可以看出（chū），它加（jiā）工到平（píng）麵時，自動用挖槽的方式加工平麵，減少粗加工時留下的餘量，便於精加工。半精加工之後，零件（jiàn）上還（hái）有8個小（xiǎo）缺（quē）口沒有加工（gōng），現在需要加工（gōng）型芯上的8個（gè）小缺（quē）口，在這（zhè）裏，應用外形銑削的加工方式來加工這8個小缺口。首先（xiān）我們要（yào）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（wài）形銑削（xuē），與
MASTERCAM相似。
（3）Cimatron精加工。Cimatron 也是用曲麵（miàn）平行加工（gōng）的（de）方式加工零件（jiàn）頂部的 R 部分，參數（shù）的設置不再這裏詳述，路徑模擬如圖（tú）13所示。
圖13 Cimatron曲（qǔ）麵平行加工刀路模（mó）擬
從路徑模擬圖上可以看出，Cimatron 平行加工的（de）刀路采用的是分區域加工的方式，它在加工過程中很少 抬 刀 ，能極大地提（tí）高加工的速度 ，這點比Master CAM 要優越很多。但在編寫程序時，不（bú）能象Mastercam 那樣直接設定加工的高度，需要程（chéng）序員做輔助麵或輔導線設定加工範（fàn）圍 ，這一（yī）點不如Master CAM 優越。Cimatron 同 Master CAM 一樣，也是用曲麵（miàn）等高線加工的方式加（jiā）工零件的斜麵部分，但與Master CAM相比，它能在等（děng）高線（xiàn）加工完之後，用程式的附加程式自動加工零件（jiàn）的平麵部分，路徑模擬如圖14所示。
圖14 Cimatron Wcut精加工路徑（jìng）模擬圖
從路徑模擬圖上（shàng）可以看出，用 Wcut 等高線精加工時，在（zài）曲麵斜率變化比較大的位置（比如（rú） R 位），刀距變化也較大，加工出來的零件粗糙度（dù）值也較大（dà），這一點不如
Master CAM用（yòng）2D掃描加工。
（4）清角（jiǎo）。與 Mastercam 相比，Cimatron 有強大的曲麵清角（jiǎo）功能，它能自（zì）動加工上（shàng）一刀路沒（méi）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 15所示。
圖15 Cimatron清角刀路
（5）Cimatron的仿真刀路如圖16所示。
圖（tú）16 Cimatron的仿真刀路模擬（nǐ）圖
4 、用 UG 軟（ruǎn）件對該零件進行加工中心編程
（1）開粗。用直徑30R5mm 的圓鼻刀，用“型腔銑”粗加工的方式進行開粗，程序的（de）參數設置在（zài）這（zhè）裏不再詳述，刀路模擬顯示如圖17所示。
開粗刀路仿真。從（cóng）仿真圖 18 上（shàng）可（kě）以（yǐ）看出，運用 UG“型腔銑”開粗時，能有效地清除刀路間（jiān）距之間（jiān）的殘餘量，在零件上不再留有兩條刀路之間的殘餘料。而且刀路在拐角
時的 R 值可以任意設置，這點與 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（bàn） 精（jīng） 加 工（一（yī））：等 高 外 形（xíng） 加 工 ：用直徑16R0.8mm 的刀運用等高線方式（shì）進行半精（jīng）加工，UG可以（yǐ）自動識別以（yǐ）前工序中沒有加工的殘留部分，殘留部（bù）分（fèn）以上的刀路，它是以區域（yù）優先的刀路，殘留部分以下的刀（dāo）路，它是以層優先，這樣的最（zuì）大優點是減少抬刀次數，提（tí）高（gāo）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（jīng）加工（一）之後，零件上還有8 個小缺口沒有加工，現（xiàn）在用直徑6R0mm 的平底刀運（yùn）用等高線方式進行半精加工，在這個（gè）程序裏，UG提（tí）供了開（kāi）放區域與封（fēng）閉區域不同的進刀方式，對於開（kāi）放區域，運用（yòng）直線進刀，對於封閉區域，運用（yòng）螺旋進刀方法，既能很好（hǎo）地保護刀具，也能減少編程員做輔助線的勞動，提升勞動效率。如圖20所示，這種刀路，遠遠優於（yú）Mastercam與Cimatron。
圖20 半精加工（gōng）（二）
（3）UG精加工刀路（lù）。
a.精加工工刀（dāo）路（一）：用直（zhí）徑（jìng）16R0.8 的刀（dāo）運（yùn）用（yòng）等高線方式進行（háng）精加工（gōng），在這個程序裏，UG提供了在（zài）同一個程序（xù）裏，不同的加工深度用不同切削量進（jìn）行加工，對於曲率變化較大的部分，加工切削量可以小一些，對於曲率變化較小的部分，加工切削量可以大一些，這樣的最大優點是保（bǎo）持（chí）加（jiā）工的連續性，降低加工麵（miàn）的粗糙（cāo）度，如圖21所示（shì）。
圖21 不同深度，切削量不（bú）同
b. 精加工刀路（二）：在精（jīng）加工零件（jiàn）上 8 個小缺口，使用直徑6R3mm，用“固（gù）定區域銑”中的平行加工的方式，使用參數的設置不再這裏詳述，路（lù）徑模擬如圖22 所示。
圖22 固定區域銑
（4）清（qīng）角。與Mastercam、Cimatron相（xiàng）比，UG加工的曲（qǔ）麵清角功能更強大（dà），程式的參數設置不再詳細，刀路模擬顯示如圖（tú）23所示。
UG 清（qīng）平麵刀路：在 UG 中，可以運用“平（píng）麵銑”FACE_MILLING_AREA 一次性加工所有選定的平麵，而且（qiě）不需（xū）要做輔（fǔ）助平麵，而運用Mastercam或Cimatron精加工平麵（miàn）時，
需對不同（tóng）的平麵分開編寫程序，而且還需要做（zuò）輔助線（xiàn）或輔助平（píng）麵，UG清平麵刀路如圖24所示。
圖23 UG清角刀路
圖（tú）24 UG清平麵刀路
UG 仿真（zhēn）刀路如圖 25 所示。
圖25 UG仿真刀（dāo）路
5、 Master CAM、Cimatron、UG 三者之間的（de）區別
5.1 Master CAM 的優點
（1）Master CAM 有非常強大的 2D 功能，使（shǐ）用時快捷、方便，遠遠比其它兩個軟件強。（2）Master CAM 在對一（yī）些形狀簡（jiǎn）單的零件進行加工時，能根據零件的曲麵變（biàn）化大小，自動設定刀路的（de）間距，這一（yī）點比Cimatron、UG要強。（3）Master CAM在進行外形加工、挖槽、鑽孔等工作（zuò）時（shí），可以采用窗選的方式選取所要選取的線與點，而 UG、Cimatron
則（zé）隻能一個接一個的選取，這一方麵Master CAM 比 UG、Cimatron 方便（biàn）。
（1）Master CAM 在進行（háng）曲麵加工時，不（bú）需要設定邊（biān）界，就能直接形成刀路（lù），而 Cimatron 則必需（xū）要選取邊界才能形成（chéng）刀路。（2）Master CAM 在進行曲麵精加工時，可以通過設定加工的高度來設定加工範圍（wéi），就能直接形成（chéng）刀路，而 UG、Cimatron 則必需做輔助邊界或輔助麵才能設定加（jiā）工範圍。
5.2 Cimatron 的優點
（1）Cimatron曲麵運算速度遠遠超過Master CAM、UG。（2）Cimatron曲（qǔ）麵加工時，Cimatron刀路能自動分區（qū）域加工，極大地減少提刀次數，與 UG 相似，但比Mastercam 強。（3）Cimatron 清角功能非常強大，與 UG 相似（sì），但比Mastercam強。（4）Cimatron 在用 Wcut 加工時，可以（yǐ）任意設定拐角位刀路的圓弧半徑，與
UG相似，但比Mastercam強。（5）Cimatron 用 Wcut 進行粗加（jiā）工（gōng）時，刀路能自動清除刀路間隙的殘餘量（liàng），並且在（zài）實際加工時，不會出現空走現象，加工效率（lǜ）比Master CAM強。（6）Cimatron後處理時能自動進行優化，後處理程式要比Mastercam小很多。（7）Cimatron仿真模擬的圖形可以（yǐ）保存，也可以截圖、任意（yì）角旋轉（zhuǎn）觀看（kàn），而且不同刀路之間用不同顏（yán）色
來（lái）區分，比UG、Mastercam強。
5.3 UG 編程的優點
（1）UG 運用實體造型，也運用實體編程，實體修改好，再修（xiū）改編程程序時（shí）比（bǐ）較（jiào）簡單，這個方麵比Master CAM、Cimatron 優越（yuè）。（2）在同一個（gè）程序裏，可以設定開（kāi）放區域與封閉（bì）區域不同的進刀方式，這個方麵（miàn）明顯比 Master CAM、Cimatron 優越。（3）運用UG進行等高（gāo）切削時，可（kě）以在一個程序裏（lǐ）設定不同（tóng）的背吃刀量，減少提（tí）刀次數，減少不（bú）同程時，零件表麵出現明細的（de）刀痕，這個方麵明顯（xiǎn）比Master CAM、Cimatron 優越。（4）UG在精加工平麵時，可以在一個程序裏（lǐ）同時加 工 不 同 的 平 麵 ，這 個 方 麵 明 顯 比 Master CAM、Cimatron 優（yōu）越（yuè）。
兩者的區別相差很大，遠遠不止上（shàng）述這些，希望讀者能在（zài）工作中好（hǎo）好體會（huì）兩者的差異,並根據零件的實際情況，來選擇合（hé）適的加工（gōng）軟件。
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