1 加工零件结构分析
以烟灰缸注射模型芯为例，分别用MasterCAM与Cimatron对其进行加工中心编程，再对MasterCAM与Cimatron的编程功能进行分析对比。型芯零件的简单结构图如图1所示。
零件分析：
（1）该零件是两个烟灰缸注射模型芯，毛坯外形尺寸是280×150mm，材料是国产738钢。
图1 零件的简单结构图
（2）该零件的左边凸起部分最大外径是φ100mm，斜度是31°，中间凹陷部分的口部直径是φ64mm，底部直径是φ54mm，深度是18mm，斜度是16°；零件的右边凸起部分最大尺寸是100×100mm，侧边的斜度是27°，中间凹陷部分也是一个方形，尺寸为54×54mm，深度是18mm，侧边斜度是16°。
（3）零件左右两边各有4个半圆形的小槽，直径为φ8mm，零件顶部圆角为R2mm。
（4）通过对零件的分析，得知该零件的加工区域比较大，开粗时适合用比较大的刀具如选用φ30R5mm的圆鼻刀；半精加工用φ16R0.8mm进行等高线加工，8个小槽的开粗用φ8R4mm的球刀用外形铣削的刀路；精加工时用φ6R3mm的刀具用平行加工的方式加工零件的顶部，零件的斜面与分型面相交的部分用φ16R0.8mm的刀具用等高线加工。
（5）该零件是模具的型芯，对高度的要求比较高，零件不能高也不能低，因此用零件的底部为基准面比较合适，零件的中心采用四边分中的形式。
2 采用MasterCAM软件进行加工中心编程
（1）开粗。
MasterCAM 粗加工选用的命令顺序如下：Toolpaths→Surface→Rough→Pocket→All→Surface。选用φ30R5mm的圆鼻刀进行开粗，程式的参数设置不在这里详述。刀路的模拟显示如图2所示。
图2 开粗刀路显示
开粗刀路仿真模拟的情况如图3所示。
图3 开粗刀路仿真模拟
（2）半精加工。
粗加工后，零件表面还留有很多余量，且各部分的余量极不均匀，需半精加工之后才能进行精加工，确保各部分余量均匀，一般来讲，半精加工的刀具要比粗加工刀具直径的一半大一些，这样，加工两个型芯之间留下的余量时不会发生踩刀现象，现在用φ16R0.8mm的刀具用等高线方式进行半精加工，命令选择如下：
Toolpaths→Surface→Finish→Contour→All→Surface。
刀路的模拟显示如图4所示。
图4 半精加工等高线刀路显示
从刀路模拟图上可以看出来，刀路在加工零件的拐角处时是尖角，没有倒圆角。刀具在加工这类拐角处时，因为突然变向等原因，导致机床的震动很大，刀粒很容易崩角。而且机床在加工到这位置时，会出现短暂停止运动的现象，致使刀粒在零件表面空刮，也很容易伤刀。
半精加工之后，零件上的上部还有8个小缺口没有加工，现在需要加工型芯上的8个小缺口后才能精加工，在此采用直纹曲面加工的方式来加工这8个小缺口。首先要先做出这8个缺口的直纹曲面线架构图形，线架构的线条通过小缺口的中心，如图5所示。
图5 直纹曲面刀路线架构图
直纹曲面的刀路命令选择如下：Toolpaths→Next Menu→Wireframe→Ruled，然后选取刚才所做的线段。直纹曲面刀路参数设置见图6。
图6 直纹曲面刀路参数设置
其中：Zigzag——双向；Comp in computer off——取消刀具补正；Initial——刀具起始加工的Z值；Finial——刀具终止加工的Z 值；Step——每层加工的厚度；Across cut——刀路两点之间的距离。
参数设定后，生成一条直纹曲面的刀路，另外三个缺口的刀路可以通过刀路旋转的方式计算出来，刀路模拟显示如图7所示。
图7 直纹刀路
MasterCAM做外形铣削时，如果要双向加工，就必须用等直纹曲面的方式才能实现，这点不如Cimatron。
（3）精加工。
刀路半精加工之后，现在可以精加工，这个零件的顶部是带R的不规则曲面，适合用球头刀进行精加工，与分型面相交的斜面部分是死角，不适合用球头刀，适合用平底刀精加工。
顶部精加工的刀具路径的方法很多，为了更好的对比MasterCAM 与Cimatron 曲面加工能力，现在用φ6R3mm的球头刀，采用平行加工的方式来精加工，MasterCAM 命令选择如下：Toolpaths→Surface→Finish→Parallel→All→Surface。在设置加工的高度参数时，将刀度的加工范围直接输入：最度点：55mm，最低点：45mm，生成的刀路模拟显示如图8所示。
图8 平行刀路模拟显示
从模拟显示上可看出，MasterCAM平行刀路可以通过高度控制的方式来控制加工范围，只加工符合高度要求的区域，但有很多的提刀，这是MasterCAM的不足之处。
零件左手边的圆形状型芯用φ16R0.8mm的刀用2D扫描加工，右手边的方形状型芯部分用曲面等高线进行加工，通过对左右两个型芯不同刀路的分析，可以判断，用2D扫描刀路，各部分的光洁度非常均匀，对底部曲率变化较大的R处的光洁度也很均匀，如图9所示。而用等高线加工，在R处的刀路就不均匀，并且刀路差距非常明显，如图10所示。
图9 2D扫描刀路
图10 曲面等高线刀路
（4）清角。
精加工之后，零件有些拐角位还留有余量，需要清角，但MasterCAM的清角功能比较差，只能用较小的刀用等高线方式进行清角。而且清角时底部R处的刀路不均匀，粗糙度比较明显。如图11所示。
图11 MasterCAM的清角
从路径模拟图上可以看出，用等高线清角，在曲面斜率变化比较大的位置（比如R位），刀距变化也较大，加工出来的零件粗糙度也较大。
3 用Cimatron软件进行加工中心编程
（1）Cimatron开粗。
用φ30R5mm的圆鼻刀，Wcut粗加工的方式进行开粗，程序的参数设置在这里不再详述，刀路模拟显示如图12所示。
图12 刀路模拟显示
刀路的仿真模拟如图13所示。
图13 Cimatron开粗仿真图
从仿真图上可以看出，Cimatron开粗时，能有效地清除刀路间距之间的残余量，在零件上不再留有两条刀路之间的残余料。而且刀路在拐角时的R值可以任意设置，这点比MasterCAM要好。
（2）Cimatron半精加工。
用φ16R0.8mm的刀运用等高线方式进行半精加工，但与MasterCAM的刀路相比，它不但可以任意设定拐角位刀路的R值，而且Cimatron等高线半精加工有一个附加程序功能，它能在刀路加工到平面时，自动产生一个挖槽程序，清除零件平面开粗时留下的余量，使平面的余量与斜面的余量一致，这样有利于精加工，参数设置如图14所示。
图14 Cimatron半精加工
刀路的模拟显示如图15所示。
图15 Cimatron半精加工路径模拟
从路径模拟显示图上可以看出，它加工到平面时，自动用挖槽的方式加工平面，减少粗加工时留下的余量，便于精加工。
半精加工之后，零件上还有8个小缺口没有加工，现在需要加工型芯上的8个小缺口，在这里，应用外形铣削的加工方式来加工这8个小缺口。首先要先通过这8个缺口的中心做一条直线，再用这条直线来进行外形铣削，设定刀路的参数如图16所示。
图16 外形加工
（3）Cimatron精加工。
Cimatron也是用曲面平行加工的方式加工零件顶部的R部分，参数的设置不在这里详述，路径模拟如图17所示。
图17 Cimatron曲面平行加工刀路模拟
从路径模拟图上可以看出，Cimatron平行加工的刀路采用的是分区域加工的方式，它在加工过程中很少抬刀，能极大地提高加工的速度，这点比MasterCAM要优越很多。但在编写程序时，不能象MasterCAM那样直接设定加工的高度，需要程序员做辅助面或辅导线来设定加工范围，这一点不如MasterCAM优越。
Cimatron同MasterCAM一样，也是用曲面等高线加工的方式加工零件的斜面部分，但与MasterCAM相比，它能在等高线加工完之后，用程式的附加程式自动加工零件的平面部分，路径模拟如图18所示。
图18 Cimatron Wcut精加工路径模拟图
从路径模拟图上可以看出，用Wcut等高线精加工时，在曲面斜率变化比较大的位置（比如R位），刀距变化也较大，加工出来的零件粗糙度也较大，这一点不如MasterCAM用2D扫描加工。
（4）清角。
与MasterCAM相比，Cimatron有强大的曲面清角功能，它能自动加工上一刀路没有加工到的拐角位置，程式的参数设置不再详细，刀路模拟显示如图19所示。
图19 Cimatron清角刀路
Cimatron的仿真刀路如图20所示。
图20 Cimatron的仿真刀路模拟图
4 结论
通过以上分析，MasterCAM与Cimatron各有以下优点：
4.1 MasterCAM的优点
（1）MasterCAM有强大的2D功能，是Cimatron刀路所望尘莫及的。
（2）MasterCAM在进行外形加工、挖槽时所选取图素的起点就自动是刀路的切入点，而且也能根据选取方式自动识别是刀具的补正方式，而Cimatron则需要重新设定刀路的切入点，并具重新设定补正方式。
（3）MasterCAM在进行外形加工、挖槽、钻孔等工作时，可以采用窗选的方式选取所要选取的线与点，而Cimatron 则只能一个接一个的选取，这一点Cimatron远远比不上MasterCAM方便。
（4）MasterCAM在进行曲面加工时，不需要设定边界，就能直接形成刀路，而Cimatron则必需要选取边界才能形成刀路。
（5）MasterCAM在进行曲面精加工时，可以通过设定加工的高度来设定加工范围，就能直接形成刀路，而Cimatron则必需做辅助边界或辅助面才能设定加工范围。
4.2 Cimatron的优点
（1）Cimatron曲面运算速度远远超过MasterCAM。
（2）Cimatron曲面加工时，Cimatron刀路能自动分区域加工，极大地减少提刀次数。
（3）Cimatron清角功能非常强大，是MasterCAM望尘莫及。
（4）Cimatron在用Wcut加工时，可以任意设定拐角位刀路的圆弧半径，而MasterCAM则不能设定圆弧半径，只能以尖角的方式加工。
（5）Cimatron用Wcut进行粗加工时，刀路能自动清除刀路间隙的残余量，并且在实际加工时，不会出现空走现象，耗时比MasterCAM设计的程式要少很多。
（6）Cimatron后处理时能自动进行优化，后处理程式要比MasterCAM小很多。
（7）Cimatron仿真模拟的图形可以保存，也可以截图、任意角旋转观看，而且不同刀路之间用不同颜色来区分，而MasterCAM的仿真模拟刀路不能保存，也只能是单一颜色，而且不能截图，也不能旋转观看，退出后会自动消失。
两者的区别相远远不止上述这些，希望读者在工作中好好体会，并根据零件的实际情况，来选择合适的加工软件。
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