MasterCAM在三维建模功能中的应用

第11卷第1期中国水运Vol.11No.12011年1月ChinaWaterTransportJanury2011

收稿日期：

作者简介：盛凯（）

，女，湖北工业大学实验实训中心助教，硕士生，研究方向为数控技术。MasterCAM在三维建模功能中的应用

盛凯

（湖北工业大学实验实训中心，湖北武汉430070）

摘要：在当前流行的CAD/CAM软件中，MasterCAM是应用比较广泛的软件。在零件加工前，一般要先绘制出

零件加工后的理想表面形状，然后使用刀具切出具有一定形状和尺寸精度的表面。曲面设计是MasterCAM软件的

重要功能之一，能正确，灵活的使用相关功能非常重要，本文以如何进行三维建模为主介绍它的典型应用。

关键词：3D建模；曲面造型；修剪/延伸

中图分类号：U662文献标识码：A文章编号：1006-7973（2011）01-0090-02

一、MasterCAM的三维造型功能介绍

计算机操作使用MasterCAM进行编程时，操作顺序依

次是：绘制零件的二维或三维图形，设置适合的虚拟毛坯，

根据工艺要求选择合适的切削方式，按照工艺方案选择刀具

并且设置相关的刀具参数和加工参数，通过动态模拟等手段

检验生成程序的正确性，再通过后置处理程序生成数控机床能够识别的加工代码，经过编辑，修改后，传输给数控机床，

最后进行各类零件的加工。与过去繁琐而复杂的编程工作相

比，使用MasterCAM可以完成复杂的加工程序的编制工作，

提高了数控机床的加工效率和产品的经济效率。三维曲面构

图应用于绘制复杂的曲面形状，如各种铸造中使用的模具、

轮船、飞机、汽车、摩托车等的外形。MasterCAM中三维

造型可以分为线架造型，曲面造型以及实体造型。以下主要

对线架造型和曲面造型进行描述。

二、如何用MasterCAM进行几何图形的建模

对于基于图纸以及型面特征点测量数据的复杂形状零件

数控编程，其首要环节是建立被加工零件的几何模型，它是

实现数控加工的基础。MasterCAM的几何绘图在主功能表

的绘图功能中，使用各个必要的子功能表，可以构建2D或

3D图形，适合复杂外形及曲面的造型设计，二维几何图形建

模简单，比较容易掌握。在三维几何图形建模中，却有很多

值得重视的地方。

1．三维线框模型绘制

（1）在绘制三维线框模型前需要确立系统坐标系

MasterCAM中使用的原始基本坐标系统为标准的笛卡儿坐

标系，其各轴正向符合右手定则。

（2）构图平面和工作深度。构图平面用于定义平面的方

向，几何图形就是要绘制于所定义的构图面上。例如一个圆

弧可以构造在平行于XY平面，ZX平面或YZ平面的平面上，

这完全要看绘制圆弧之前所选用的平面而定。换句话说，在

使用CAD系统绘制任何图素之前，必须先指定构图平面。

MasterCAM提供9种构图平面：俯视图、前视图、侧视图、

空间图、视角号码、法线构面、选择上次、图素定面、旋转

定面。构图平面所在的深度就是工作深度。构图平面和工作

深度均可通过点击次功能菜单中相应的项来设定。（3）绘制曲面之前通常要先绘制线架模型。线架模型用

零件的边界来表示，把非平面的表面以线框图素来构造，才

能正确的表现出零件的形状。线框模型是用来定义曲面的边

界和曲面的横断面特征，是构建曲面的基础。

2．曲面的绘制

使用曲面造型可以很好地表达和描述物体的形状，曲面

造型已广泛地运用与汽车、轮船、飞机机身和各种模具的设

计和制造中。工件表面的形状都是由曲面构成，一个曲面含

有许多断面或曲面片，它们熔接在一起，形成一个图素。对

于较复杂的工件，通过多曲面结合，依靠曲面熔接技术，产

生单一曲面模型，对于曲面构造与NC刀具路径生成是非常

有用的。由多个曲面熔接而成的曲面模型通常称为复合曲面。

MasterCAM把曲面分为三大类型：几何图形曲面，自由曲

面和编辑过的曲面。

（1）所谓几何图形曲面是有固定几何形状的曲面，如球

面，锥面，圆柱面等。基本的几何图素可用于形成曲面的边

界轮廓或边缘。基本图素包括直线，圆弧，平滑曲线和椭圆

等。曲面的造型方式主要有：举升曲面，直纹曲面，旋转曲

面，扫描曲面，牵引曲面，昆氏曲面。举升曲面是在一些相

连的曲线围成的封闭区域中生成的不规则曲面。当曲面必须

通过两条以上的线，以抛物线的方式来熔接时，可以使用本

曲面。刀，勺，叉，鹅蛋形，飞机等一些特殊的地方用举升

面可以方便地构建出来。举升曲面需要注意的是各截面必须

满足同起点，同方向的原则，否则最后生成的曲面会变形，

截面选取的顺序不同，最后获得的曲面形状也不同。直纹曲

面在两个或两个以上的线段或曲线之间笔直的对拉出相连的

直线而形成的曲面。当曲面要填满两个或两个以上的曲线之

间时就可使用直纹曲面。直纹曲面的特点是二条曲线扫描，

一圈的形状就是相同的，如剖切线是圆弧，则圆的大小，圆

心的Z值，半径都要一样才可以扫描，是一种规则曲面。旋

转曲面是由某一轮廓线绕某一轴线旋转而形成的曲面。其线

架结构仅由一段轮廓线和一旋转轴线组成。曲面构建时，先

要选定轮廓线，再选定旋转轴，然后还需指定旋转曲面形成

的起始角度和终止角度。如果母线本身是一个闭合图形，则

最后的曲面也是一个中空的闭合曲面。（下转第94页）

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1979-94中国水运第11卷

结碳超出常规，从扫气总管到各缸进气口的通道更是被严重

污阻止，几乎被油污堵死，仅留下2cm直径的一个小孔。经

全面清洗、测条后，装复。通过以上的检查调试辅机运转后

发现工作状况良好。

四、故障分析[2]

故障的原因似乎是找到了，但是为什么会出现以上燃烧

状况差的问题。经过分析认为辅机长时间低负荷运转是造成

燃烧状况恶化的根本原因。目前在船上的辅机大部分是使用

中速机作为辅机，如果长时间低负荷运转可以造成：

（1）会导致废气“倒灌”：尽管柴油机转速不变，由于

增压空气压力低，进气阀提前角不变，仍然会导致废气“倒

灌”，进气道很快污阻，换气质量变差。

（2）由于增压压力下降而是燃烧不良：低负荷运行，尽

管柴油机转速不变，涡轮获得能量较少。增压器转速下降，

增压空气压力低，进入气缸的空气量减少，过量空气系数a

减少，压缩终点压力、温度较低，导致燃烧不良。

（3）由于喷油压力下降而是燃烧不好：辅机缸径较小，

转速较高，但对重油的雾化要求更高。低负荷运行尽管高压

油泵柱塞运动速度不变，由于每循环喷油量减少，喷油压力

仍会下降。燃油雾化变差，燃烧边缓慢，不完全，更容易结

碳。

（4）会是增压器（进、排气）系统污阻进入恶性循环：

由于增压器压力下降和废气“倒灌”进气道污阻，使气缸进

气不足，燃烧不良，柴油机功率下降。而调速器为了维持规

定的转速，则自动加大油门，在没有足够空气的情况下，喷

入更多的燃油，使燃烧进一步恶化，造成排气道和涡轮污阻

更迅速，成为恶性循环。增压系统污阻，也会导致废气“倒灌”更严重，很快燃烧室结碳和进排气系统污阻等故障，造

成排烟温度升高。

（5）燃用的燃油品质越低劣，低负荷运转能力就越差：

辅机缸径较小，转速较高，燃用重质油原本就比较不利。低

负荷运转气缸热状态变差，压缩终点的压力和温度进一步降

低，更是导致重油着火、燃烧困难，更容易形成结碳。

总之，发电辅机不宜长时间低负荷运行。问题找到后，

对辅机的透平、扫气道、进排气阀、高压油泵等全面检查清

洁后。航行期间辅机两部运行改为单机航行。轮机人员加强

对辅机的维护保养。经过一大段时间的观察，该轮的辅机温

度恢复到说明书要求的范围内。

五、结论与建议

长期以来，相当一部分轮机管理人员的观念中存在着一

种错觉，即如果将运转中的柴油机控制在较小的负荷范围内，

安全系数就大些，就可以少发生故障。对于辅机有些轮机长

认为老龄辅机工况差，一台工作不安全，于是航行时也使用

两台辅机并联工作。其实这种观点是违反柴油机工作原理的。

柴油机经常在低负荷区域运转容易引起故障增加、磨损增加、

检修间隔缩短和机器使用寿命缩短等不利结果。现在柴油机

增压度很高。燃用劣质重油，不宜长时间运行的低负荷区域

又有相应的扩大，尤其是燃用与主机相同的劣质重油的新型

发电机，更不允许长时间低负荷运行。

参考文献

[1]张健康，中速柴油机的管理中的问题.

[2]马智宏，现代轮机管理[M].北京：人民交通出版社，1994.

[3]钱耀南，船舶柴油机[M].大连：大连海事大学出版社，1999.

（上接第90页）扫描曲面可以使用一个截面和两条牵引

线，也可是两个截面一个牵引线，扫描曲面轨迹线曲率不能

太小，否则影响曲面形状，甚至构成曲面失败。牵引曲面是

断面形状沿着直线笔直的挤出而形成的曲面。这条直线是由

一段长度和一个角度定义来的，用于构造圆锥，圆柱，有起

模角度的模型和并行的圆柱面。

（2）COON曲面是把一些曲面片熔接而形成的曲面。

这些曲面片是由四条相连结的曲线所形成的封闭区域，通常

可以绘制自由曲面。自由曲面不是特定形状的几何图形，它

通过根据直线和曲线而决定其形状。这些曲面需要更复杂而

难度更高的曲面造型技术。昆氏曲面的空间曲线在相交处的

夹角不能小于“分岔角度”，否则可能导致曲面的生成失败。

（3）修整/延伸曲面是由修剪某一已有的曲面到指定的

曲线边界而产生的曲面，用于需要重新定义曲面边界时。曲

面的修剪在构建3D模型中，需要掌握一些技巧。

MasterCAM修剪的功能是比较差，如：曲面倒圆角时可以

找出圆角面的边界线，用边界线去修剪。修剪面的曲面线要

大于面,而且曲线不要刚好在面的边界上，同时，选择合理的

构图面，变换不同的构图面修剪。如果还不能修剪，也可以试试将曲线近似转换成直线圆弧，有时也可以修剪。又如：

交角的处理。对于三个面相交的角部处理是经常碰到的构面

难题，对于这种情况，一般用倒固定圆角或倒变R圆角的方

法处理。要注意的是要在大R角上倒小R角，不要在小R角

倒大R角。三面倒圆面的交面处理，先找出倒角面的边界线，

再找出边界线的交点，将它连成线，然后修剪相交面，类似

另外两个面。最后找出边界作成昆氏面。总之，掌握三维几

何模型的构建，对加工符合工艺要求的零件产品至关重要。

三、结束语

采用CAD/CAM的技术已成为整个制造行业当前和将

来技术发展的重点。在学习MasterCAM软件的过程中，通

过充分的接触各种模型的建立，掌握一定的技巧，多练，才

能灵活使用软件绘制各种零件图，掌握三维模型的建立，为

零件加工奠定基础。

参考文献

[1]明兴祖.数控加工技术[M].北京：化学工业出版社，2001.

[2]顾力平.数控机床编程与操作[M].北京：中国劳动社会保

障出版社，5200.