用Mastercam X软件构建螺旋曲面时的异常问题及解决方案

马卫东，于 冰

（黄河水利职业技术学院，河南 开封 475004）

0 引言

Mastercam 是美国CNC Software 公司开发的基于PC 平台的CAD/CAM 软件。 它集二维绘图、三维实体造型、曲面设计、数控编程、刀具路径模拟及实体切削验证等功能于一身，具有简单直观的几何造型。 Mastercam 提供了设计零件外形所需的绘图界面，而且依靠其强大稳定的造型功能可设计出复杂的曲线及曲面零件。

MastercamX 版又称为10.0 版，它是Mastercam 软件真正实现windows 窗口化（包括菜单、工具栏等）的第一个版本。 Mastercam X 版的意义就像UG 出了NX 版、Proe 出了野火版、Cimatron 出了E 版等，它标志着Mastercam 界面向更人性化功能的开发方向靠拢。 MastercamX 版还有很多其他优秀的特性，比如：更稳定、同样的文件体积更小等。 但也正是由于MastercamX 版相对于9.0 版进行了天翻地覆般的变化，在细节方面，也难以避免变革遗留的阵痛，如在螺旋曲面构建中，就出现了由于软件本身缺陷带来的异常错误。

1 构建螺旋扫描曲面的异常问题

1.1 螺旋扫描曲面问题的出现

扫描曲面是将物体的截面曲线沿着一条或两条引导曲线平移而形成的曲面。 用MastercamX 构建以螺旋线为引导曲线的扫描曲面，有时是正常的、光滑的螺旋曲面（如图1 所示），有时却会出现曲面扭曲、变形的问题（如图2 所示）。 得到图1 和图2这两个曲面的基本做法是相同的，均是在俯视图上绘制一个螺旋线为引导曲线，在前视图上绘制一个圆为截面曲线，但进行曲面扫描后，却在Y 轴方位出现严重的曲面收缩、 破皱甚至扭曲现象（见图2 椭圆区）。

图1 螺旋扫描曲面图Fig.1 Spiral scanning

图2 扫描曲面的缩径、变形图Fig.2 Reducing, deformation phenomenon of scanning surface

1.2 螺旋扫描曲面的问题分析

人们起初分析该问题时，认为是螺旋线的导程（pitch） 或半径过小而截面曲线的尺寸相对过大造成的。 尝试着用较大尺寸的截面曲线和较小的导程扫描出螺旋曲面。 在扫描时得知，即使当截面曲线尺寸过大，呈现如图3 的叠压现象时，也不妨碍曲面的构建。 所显示出来的叠压现象，是由截面较大而导程较小而自然形成的正常状况，不能归属于曲面扫描的异常问题。

采集大量的假设性数据分别代入螺旋线的半径、导程、锥度角、旋转圈数（Revolutions）以及截面曲线，尝试着创建螺旋扫描曲面，最终判断出能否成功地扫描出螺旋曲面与螺旋线的半径、 导程、锥度角等条件没有直接的关系，但与螺旋线的旋转圈数有着非常有趣的数理关联性。 经过反复验证，人们发现，当螺旋线旋转圈数是奇数时，可以轻松地完成螺旋曲面的扫描；而当螺旋线的旋转圈数是偶数时，无论其他参数如何设置，均会出现如图2 所示的情形。 经分析，此问题的产生应该是Mastercam软件X 版本自身的缺陷所致。

图3 叠压现象图Fig.3 Overlying phenomenon

图4 螺旋线参数设置图Fig.4 Spiral line parameter setup

2 螺旋扫描曲面异常问题的解决

为了构建出正常的、光滑的螺旋曲面，旋转圈数要求是偶数时，可以采用旋转圈数加减法或实体转移法予以解决。

2.1 旋转圈数加减法

旋转圈数加减法就是先做一个奇数圈数的螺旋曲面，然后再加上或减去一圈，最终得到所要的螺旋曲面。 相对来讲，用减去一圈的方法更为便捷一些。例如要绘制截面圆直径为4、旋转圈数为4 圈的螺旋扫描曲线，可通过以下几个步骤实现。

（1）先在俯视图上绘制一个旋转圈数为5 圈的螺旋线（螺旋线各参数如图4 所示），然后在前视图上绘制一个直径为4 的圆作为截面圆（如图5 所示）。

（2）平移复制截面圆，方向为“Z 向”、平移数值为“（旋转圈数-1）×导程”。 按F4 键，修改圆弧属性，将其直径改为6，此步是为了保证复制平移后的图形大于原始截面图形，以利于后期曲面修整（如果是多图素截面曲线，可以采用比例缩放的方法）。 结果如图6 所示。

图5 螺旋线和截面圆Fig.5 Spiral line and cross-section circular

图6 增加辅助截面圆Fig.6 Cross-section circular with auxiliary

（3）进行曲面扫描，创建螺旋曲面，并以直径为6 的圆弧为边界，进行平面修剪操作，形成一个辅助截面（如图7 所示）。

（4）选取曲面/曲面修整，截去上端多余的一圈螺旋曲面（如图8 所示）。

（5）删除直径为6 的辅助截面，再删除（或隐藏）螺旋线，得到符合需要的螺旋曲面（如图9 所示）。

图7 扫描曲面图Fig.7 Scanning curves

图8 截取一圈后的曲面图形Fig.8 Surface after intercepting a circle

图9 删除辅助截面、螺旋线后的图形Fig.9 Figures after removing auxiliary section and spiral lines

2.2 实体转换法

实体转换法是先利用实体造型的方法生成螺旋扫描实体，再由实体生成曲面。 因为在Mastercam X 版本中对螺旋线进行实体扫描时，无论其旋转圈数是奇数还是偶数,均不影响该实体的创建。具体步骤为：绘制好螺旋线和截面曲线后，在主菜单选取“实体”→“扫描”→选择截面曲线→选择引导线，然后点击“确定”，再选取“构图”→“绘制曲面”→“由实体生成”。 这种方法虽然简单，但如果绘图区还有其他实体部分，在进行曲面转换时会形成干扰。

3 结语

综上所述，能否用MastercamX 正确创建螺旋扫描曲面，关键在于螺旋线的旋转圈数。 如果是奇数，按照常规方法建模即可；反之，则需采用旋转圈数加减法或实体转换法。 当然，由于无法解析Mastercam软件编译的源码，所以不能保证上述两种方法是最简捷有效，也许还有更合理的解决方法有待探求。

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