三剑客较量：UG、Mastercam、Cimatron软件全面横评

Mastercam、Cimatron和UG，都是目前被广泛运用的加工中心编程软件，如果同时用他们对同一个零件进行加工设计，会有什么区别？我们先做个小测试，看看大家觉得那个软件效果更好：

1、零件分析

以两个简单的零件（一个方形与一个圆形）为例，简单结构图如图1所示。

图1 零件的简单结构图

•该零件是凸模，毛坯外形尺寸是280×150mm，材料是国产738钢。

•该零件两个凸模之间最小的间距是20mm，能过直径16R0.8mm的刀，但不能过直径30R5mm的刀。

•每个烟灰缸的顶部各有四个半圆形的小槽，直径为直径8mm，零件顶部圆角为R2mm。

•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直径30R5mm 的圆鼻刀。

•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、用Mastercam进行编程

（1）开粗。Mastercam 粗加工选用的命令顺序如下：

Toolpaths→Surface→Rough→Pocket→All→Surface。选用直径30R5mm 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。开粗刀路仿真模拟的情况如图3所示。

图2 开粗刀路显示

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，现在用直径16R0.8mm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，在这里，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

参数设定后，生成一条直纹曲面的刀路，另外3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6所示。

图6 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，现在用直径6R3mm 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，将刀路的加工范围直接输入：最高点55mm，最低点 45mm，生成的刀路模拟显示如图 7所示。

图7 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直径16R0.8mm 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，我们可以判断，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8所示。

图8 2D扫描刀路

（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 Master CAM 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，粗糙度值比较大。如图9所示。

图9 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进行编程

（1）Cimatron开粗。用直径30R5mm 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10所示。

图10 刀路模拟显示

刀路的仿真模拟如图11所示。

图11 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。用直径16R0.8mm 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。刀路的模拟显示如图12所示。

图12 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。首先我们要先通过这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，与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顶部的 R 部分，参数的设置不再这里详述，路径模拟如图13所示。

图13 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Master CAM 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设定加工范围，这一点不如Master CAM 优越。Cimatron 同 Master CAM 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Master CAM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14所示。

图14 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值也较大，这一点不如Master CAM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 15所示。

图15 Cimatron清角刀路

（5）Cimatron的仿真刀路如图16所示。

图16 Cimatron的仿真刀路模拟图

4、用UG进行加工中心编程

（1）开粗。用直径30R5mm 的圆鼻刀，用“型腔铣”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17所示。

图17 UG开粗

开粗刀路仿真。从仿真图 18 上可以看出，运用 UG“型腔铣”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，这点与 Cimatron相似，但比Mastercam要好。

图18 UG开粗仿真模拟

（2）UG半精加工。

a.UG 半精加工（一）：等高外形加工：用直径16R0.8mm 的刀运用等高线方式进行半精加工，UG可以自动识别以前工序中没有加工的残留部分，残留部分以上的刀路，它是以区域优先的刀路，残留部分以下的刀路，它是以层优先，这样的最大优点是减少抬刀次数，提高加工速率，如图19所示。

图19 UG半精加工刀路（一）

b.半精加工（二）：半精加工（一）之后，零件上还有8 个小缺口没有加工，现在用直径6R0mm 的平底刀运用等高线方式进行半精加工，在这个程序里，UG提供了开放区域与封闭区域不同的进刀方式，对于开放区域，运用直线进刀，对于封闭区域，运用螺旋进刀方法，既能很好地保护刀具，也能减少编程员做辅助线的劳动，提升劳动效率。如图20所示，这种刀路，远远优于Mastercam与Cimatron。

图20 半精加工（二）

（3）UG精加工刀路。

a.精加工工刀路（一）：用直径16R0.8 的刀运用等高线方式进行精加工，在这个程序里，UG提供了在同一个程序里，不同的加工深度用不同切削量进行加工，对于曲率变化较大的部分，加工切削量可以小一些，对于曲率变化较小的部分，加工切削量可以大一些，这样的最大优点是保持加工的连续性，降低加工面的粗糙度，如图21所示。