cadcam技術(shù)從入門(mén)到精通三

CAD/CAM技術(shù)從入門(mén)到精通（三）

第6章CAM技術(shù)基礎(chǔ)

6.1數(shù)控加工基礎(chǔ)

6.1.1數(shù)控加工概述

在我國(guó)乃至全球信息化制造產(chǎn)業(yè)中，采用數(shù)控加工來(lái)改變零件產(chǎn)品的制造方式，如回轉(zhuǎn)

類(lèi)零件的數(shù)控車(chē)削加工、帶三維曲面模具零件的數(shù)控銃削加工等數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用如雨后春

筍般勢(shì)不可擋。

數(shù)控加工就是將加工數(shù)據(jù)和工藝參數(shù)輸入到機(jī)床中，由機(jī)床的控制系統(tǒng)對(duì)輸入信息進(jìn)

行運(yùn)算與控制，并不斷地向直接指揮機(jī)床運(yùn)動(dòng)的機(jī)電功能轉(zhuǎn)換部件-----機(jī)床的伺服機(jī)構(gòu)發(fā)

送脈沖信號(hào)，伺服機(jī)構(gòu)對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換與放大處理，然后由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)床來(lái)加工零

件。由于數(shù)控機(jī)床用軟件（零件程序）替代了普通機(jī)床中大量的凸輪、擋塊、限位開(kāi)關(guān)等硬

件，所以數(shù)控加工一般有以下主要優(yōu)點(diǎn)：

被加工零件的一致性好，質(zhì)量穩(wěn)定。因?yàn)閿?shù)控機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度都很高，

很容易保證零件的加工精度，并且大大減少了人為因素的干擾。

數(shù)控機(jī)床可加工任何復(fù)雜的產(chǎn)品，且加工精度不受零件復(fù)雜程度的影響。

有效降低工人的體力勞動(dòng)強(qiáng)度，從而節(jié)省出時(shí)間進(jìn)行其他創(chuàng)造性工作。

1.數(shù)控機(jī)床簡(jiǎn)介數(shù)控機(jī)床分為普通數(shù)控（NC）機(jī)床和計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）機(jī)床。現(xiàn)

在數(shù)控機(jī)床大多是CNC機(jī)床，如圖6-1所示。數(shù)捽機(jī)床的基本組成如圖6-2所示，數(shù)控機(jī)

床的基本生產(chǎn)流程如圖6-3所示。

數(shù)控機(jī)床的加工特點(diǎn)：

（1）自動(dòng)化程度與生產(chǎn)效率高；

（2）加工精度高且質(zhì)量穩(wěn)定；

（3）廣泛的適應(yīng)性和較大的柔性加工；

（4）減輕工作強(qiáng)度，改善工作環(huán)境；

（5）非常有利于現(xiàn)代化的生產(chǎn)管理。

圖6T現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床圖6-2數(shù)控機(jī)床的基本組成

圖6-3數(shù)控機(jī)床的基本生產(chǎn)流程

2.數(shù)控機(jī)床的控制

（1）控制系統(tǒng)

數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)一般由控制系統(tǒng)軟件和計(jì)算機(jī)組成。早期的控制系統(tǒng)采用專(zhuān)用芯

片，現(xiàn)在大多采用計(jì)算機(jī)芯片，如Intel386/486/586等。

控制系統(tǒng)的組成包括固定的控制軟件、計(jì)算機(jī)主機(jī)、顯示器、NC面板、通信接口等。

現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)都具備一定的編程能力，甚至還有加工圖形的仿真功能。

控制系統(tǒng)接收零件的加工程序，經(jīng)過(guò)系列的運(yùn)算、處理后控制機(jī)床動(dòng)作?？刂苿?dòng)作包

括主軸的開(kāi)停、轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速的選擇、進(jìn)給坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)、切削方式（直線(xiàn)、圓弧等）、進(jìn)給速度、

刀具及刀具補(bǔ)償、輔助操作等。

（2）控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式

根據(jù)數(shù)控機(jī)床的功能與結(jié)構(gòu)，一般按控制系統(tǒng)的

功能特點(diǎn)分為下列幾類(lèi)：

①點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)控制

點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)控制的特點(diǎn)是只要求控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)部

件，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)的準(zhǔn)確定位運(yùn)動(dòng)，而對(duì)移動(dòng)軌跡沒(méi)有

嚴(yán)格要求，并且在移動(dòng)和定位過(guò)程中不進(jìn)行任何加工,

如圖6-4所示。數(shù)控鉆床、數(shù)控鏈床和數(shù)控沖床等的

運(yùn)動(dòng)控制方式就屬點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)控制。

②直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制圖6-4數(shù)控鉆床的點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)控制

直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制也稱(chēng)為平行控制，其特點(diǎn)是除了控制點(diǎn)與點(diǎn)之間的準(zhǔn)確定位外，還要控制

兩相關(guān)點(diǎn)之間的移動(dòng)速度和路線(xiàn)（即軌跡）。在移動(dòng)的過(guò)程中大多是刀具沿與坐標(biāo)軸平行的

方向按給定的進(jìn)給速度做切削運(yùn)動(dòng)，一般只能加工矩形、臺(tái)階狀零件。這類(lèi)運(yùn)動(dòng)控制方式主

要用于數(shù)控車(chē)床、銃床和數(shù)控磨床等。圖6-5為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制加工路線(xiàn)圖。

?車(chē)削加工（1））錢(qián)削加工

圖6-5直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制加工路線(xiàn)圖

②④⑦⑨?一運(yùn)動(dòng)與X軸平行；⑥⑧Q一運(yùn)動(dòng)與Y軸平行；①③⑤⑩一運(yùn)動(dòng)與Z軸平行

③輪廓控制

輪廓控制亦稱(chēng)連續(xù)運(yùn)動(dòng)控制，這類(lèi)機(jī)床能同時(shí)

對(duì)兩個(gè)或兩個(gè)以上坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)的瞬間位置和速度進(jìn)行

連續(xù)控制，如圖6-6所示。用于加工空間曲線(xiàn)和曲

面的數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銃床及加工中心等的控制系統(tǒng)

都應(yīng)具備輪廓控制的功能。能進(jìn)行輪廓控制的數(shù)控

機(jī)床一般也能進(jìn)行點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)控制和直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)控

制。

輪廓控制按所捽制的聯(lián)動(dòng)坐標(biāo)軸數(shù)，又可分為以圖6-6輪廓控制

下幾種方式：

?兩軸聯(lián)動(dòng)加工。主要用于數(shù)控車(chē)床加工曲線(xiàn)旋轉(zhuǎn)面或數(shù)控銃床等加工平面、曲線(xiàn)

柱面等，如圖6-7(a)所示。

?兩軸半聯(lián)動(dòng)加工。主要用于有三個(gè)以上控制軸的機(jī)床，其中兩軸聯(lián)動(dòng)，而另一軸

做周期進(jìn)給。如圖6-7(b)所示，在數(shù)控銃床上用球頭銃刀采用行切法加工三維空間曲面

就是采用兩軸半聯(lián)動(dòng)加工的。

?三軸聯(lián)動(dòng)加工。大致分為兩類(lèi)，一類(lèi)是X、Y、Z三直線(xiàn)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)，比較多地

應(yīng)用于數(shù)控銃床、加工中心等，如用球頭銃刀銃切三維空間曲面，如圖6-7(c)所示。另

一類(lèi)除了控

制X、Y、Z中兩直線(xiàn)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)之外，同時(shí)還控制圍繞其中某一直線(xiàn)坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)

坐標(biāo)軸。如車(chē)削加工中心，它除了Z軸、X軸兩直線(xiàn)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)之外，還需控制圍繞Z

軸旋轉(zhuǎn)的主軸(C軸)聯(lián)動(dòng)。

圖6-7不同型面銃削的聯(lián)動(dòng)軸數(shù)

?四軸聯(lián)動(dòng)加工。即同時(shí)控制X、Y、Z三直線(xiàn)坐標(biāo)軸與某一旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸的聯(lián)動(dòng)加

工，圖6-8所示為同時(shí)控制X、Y、Z三直線(xiàn)坐標(biāo)軸與一個(gè)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)構(gòu)。

?五軸聯(lián)動(dòng)加工。除同時(shí)控制X、Y、Z三直線(xiàn)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)外，同時(shí)還控制圍繞這

些直線(xiàn)坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)的A、B、C坐標(biāo)軸中的兩個(gè)坐標(biāo)軸，即同時(shí)控制五軸聯(lián)動(dòng)。這些刀具可

以被定位在空間的任意方向，如圖6-9所示。

圖6-8四軸聯(lián)動(dòng)圖6-9五軸聯(lián)動(dòng)

3.數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系

數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系包含機(jī)床坐標(biāo)和工件坐標(biāo)。

(1)標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)床坐標(biāo)系

機(jī)床坐標(biāo)是數(shù)捽加工系統(tǒng)中的絕對(duì)坐標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)床坐標(biāo)系是一個(gè)右手笛卡兒直角坐

標(biāo)系，如圖6-10所示。機(jī)床原點(diǎn)是工件坐標(biāo)系、編程坐標(biāo)系、機(jī)床參考點(diǎn)的基準(zhǔn)點(diǎn)。不同

的控制系統(tǒng)其機(jī)床坐標(biāo)原點(diǎn)不同，請(qǐng)參閱相關(guān)教材;機(jī)床坐標(biāo)在加工過(guò)程中作為其他坐標(biāo)的

參照坐標(biāo)。數(shù)控機(jī)床在停機(jī)后，山于溫度、振動(dòng)等原因，機(jī)床導(dǎo)軌會(huì)發(fā)生稍許位移。所以數(shù)

控機(jī)床重新啟動(dòng)后，應(yīng)先矯正機(jī)床的坐標(biāo)原點(diǎn)，以保證坐標(biāo)正確。

圖670右手笛卡兒直角坐標(biāo)系

（2）工件坐標(biāo)

與機(jī)床坐標(biāo)不同，工件坐標(biāo)是編程人員根據(jù)情況設(shè)置在被加工零件上的坐標(biāo)系即工件

坐標(biāo)系，它建立在機(jī)床坐標(biāo)系之中，可以由編程人員任意設(shè)定，數(shù)控系統(tǒng)通?？稍试S設(shè)定六

個(gè)或更多的工件坐標(biāo)系。

工件坐標(biāo)系中的原點(diǎn)稱(chēng)為程序原點(diǎn)（或編程零點(diǎn)）。其設(shè)定原則應(yīng)遵循：

①選在零件圖的尺寸基準(zhǔn)上；

②選在零件結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)中心上，不對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)零件的某一角點(diǎn)上；

③選在精度較高的工件表面上。

常見(jiàn)數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銃床的編程零點(diǎn)位置設(shè)置請(qǐng)參閱相關(guān)教材\

4.數(shù)控加工編程基礎(chǔ)

數(shù)控加工是按照事先編譯好的程序運(yùn)行的。組成這些程序的代碼格式目前有兩種:ISO

格式和EIA格式。大多數(shù)系統(tǒng)使用國(guó)際通用的ISO格式。數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)大多提供了

一定的編程能力，如具有循環(huán)調(diào)用、函數(shù)、條件判斷功能。這些功能有些是直接使用國(guó)際通

用的G代碼編程，有些則需要使用系統(tǒng)提供的專(zhuān)用語(yǔ)言編程。

國(guó)際通用的G代碼具體包括G指令和M指令等。不同控制系統(tǒng)的指令含義略有出入，

但是基本的“直線(xiàn)”、“圓弧”、“轉(zhuǎn)速”、“進(jìn)給”等常見(jiàn)指令是通用的。

（1）常用加工指令代碼

①G指令代碼（表6T）

表6-1常用G指令代碼

指令功能指令代碼指令功能指令代碼指令功能指令代碼

快速移動(dòng)G00返回參考點(diǎn)G28長(zhǎng)度補(bǔ)償G43

直線(xiàn)插補(bǔ)G01半徑補(bǔ)償關(guān)G40坐標(biāo)設(shè)定G54

Kl

順圓插補(bǔ)G02半徑左補(bǔ)償G41絕對(duì)指令G90

逆圓插補(bǔ)G03半徑右補(bǔ)償G42相對(duì)指令G91

②M指令代碼（表6-2）

表6-2常用M指令代碼

指令功能指令代碼指令功能指令代碼指令功能指令代碼

主軸正轉(zhuǎn)M03主軸停止M05冷卻液開(kāi)M08(M07)

主軸反轉(zhuǎn)M04程序結(jié)束M30冷卻液關(guān)M09

③其他指令代碼（表6-3）

表6-3其他指令代碼

指令功能指令代碼指令功能指令代碼

進(jìn)給速度F主軸轉(zhuǎn)速S

刀具調(diào)用T換刀指令M06

（2）一個(gè)程序應(yīng)具備的指令

在正常走刀加工之前，需要定義某些輔助項(xiàng)。首先要確定是按絕對(duì)坐標(biāo)編程還是按相

對(duì)坐標(biāo)編程。在機(jī)床的控制系統(tǒng)允許的情況下，手工編程經(jīng)常使用混合編程方式。

①絕對(duì)坐標(biāo)與相對(duì)坐標(biāo)編程指令（G90、G91）

②設(shè)定坐標(biāo)系指令（G54、G55、G56、G57等）

對(duì)■于大多數(shù)機(jī)床可以設(shè)置多個(gè)工件坐標(biāo)系。

③刀具調(diào)用指令

對(duì)于加工中心來(lái)說(shuō)，機(jī)床具有刀庫(kù)。在程序中可以指定使用刀庫(kù)中的第幾號(hào)刀具。-一般

用T指令作為刀具調(diào)用指令。如：“T03”代表調(diào)用刀庫(kù)中的第3號(hào)刀具。有些機(jī)床在刀具調(diào)

用前還必須讓主軸運(yùn)行到某?特定換刀位置上，然后才可以調(diào)用刀具。有些機(jī)床的T指令

則包含了前面的功能，主軸可以在任意位置執(zhí)行T指令。

5.數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)

（1）數(shù)控銃削加工

數(shù)控銃削加工是機(jī)械加工中最常用和最主要的數(shù)控加工方法之一，它涵蓋所有的普通銃

削加工并大大擴(kuò)展了諸如曲面、鉆孔、錢(qián)孔、銃孔等加工。根據(jù)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)，從銃削加

工的角度來(lái)考慮，適合數(shù)控銃削加工的主要加工對(duì)象有三類(lèi)。

①平面類(lèi)零件

目前在數(shù)控銃床上加工的絕大多數(shù)零件屬于平面類(lèi)零件，平面類(lèi)零件的特點(diǎn)是各個(gè)加工

面是平面，或可以展開(kāi)成平面，如圖6T1所示。平面類(lèi)零件是數(shù)控銃削加工對(duì)象中最簡(jiǎn)單

的一類(lèi)零件，一般只需用三坐標(biāo)數(shù)控銃床的兩軸聯(lián)動(dòng)（或兩軸半聯(lián)動(dòng)）就可以加工出來(lái)。

圖6-11平面類(lèi)零件

②變斜角類(lèi)零件

加工面與水平面的夾角呈連續(xù)變化的零件稱(chēng)為變斜角類(lèi)零件。如圖6-12所示是飛機(jī)上

的一種變斜角梁緣條。變斜角類(lèi)零件的變斜角加工面不能展開(kāi)為平面，但在加工中，加工面

與銃刀圓周接觸的瞬間為一條線(xiàn)。這類(lèi)零件最好采用四坐標(biāo)或五坐標(biāo)數(shù)控銃床擺角加工，在

沒(méi)有上述機(jī)床時(shí)，可采用三坐標(biāo)數(shù)控銃床，進(jìn)行兩軸半聯(lián)動(dòng)近似加工。

3°10'⑤2°32,?1°20'?0°

圖6T2變斜角梁緣條

③曲面類(lèi)零件

加工面為空間曲面的零件稱(chēng)為曲面類(lèi)零件，如模具、葉片、螺旋槳等。曲面類(lèi)零件的加

工面不能展開(kāi)為平面，加工過(guò)程中加工面與銃刀始終為點(diǎn)接觸。加工曲面類(lèi)零件一般采用三

坐標(biāo)數(shù)控銃床。當(dāng)曲面較復(fù)雜、通道較狹窄、會(huì)傷及毗鄰表面及需要刀具擺動(dòng)時(shí)，要采用四

坐標(biāo)或五坐標(biāo)數(shù)控銃床。

(2)順銃與逆銃

在選用銃削加工方式時(shí)，必須注意其各自的特點(diǎn)和加工的具體條件。在周銃時(shí)，工件進(jìn)

給方向與銃刀一致的稱(chēng)為順銃，方向相反的稱(chēng)為逆銃，如圖6T3所示。按其切削過(guò)程的特

點(diǎn)，逆銃時(shí)刀齒的切削厚度是由薄到厚，而順銃時(shí)是由厚到薄;而對(duì)于切削力方向的影響來(lái)

說(shuō)，順銃時(shí)作用于工件上的垂直切削分力向下，將工件壓向工作分，對(duì)工件的壓緊有利。逆

銃時(shí)則該分力向上，有把工件從工作臺(tái)上挑起的趨勢(shì)，影響工件的夾緊。

圖6-13圓柱銃刀的順銃和逆銃

在實(shí)際加工中，由于數(shù)控銃床的絲杠與螺母間消除了間隙，為提高加工質(zhì)量，增加切削

穩(wěn)定性，數(shù)控加工中多采用順銃。順銃時(shí)其加工平穩(wěn)，加工參數(shù)比逆銃時(shí)提高很多。尤其在

材質(zhì)較硬、加工量大時(shí)優(yōu)勢(shì)明顯。而逆銃切削不平穩(wěn)，加工面比較粗糙。

數(shù)控銃床順、逆銃削的簡(jiǎn)易判斷法:由于主軸(刀具)旋向?yàn)轫槙r(shí)針旋轉(zhuǎn)，故凸型順時(shí)

針走刀方向?yàn)轫樸|;凹型逆時(shí)針走刀方向?yàn)轫樸|。

(3)數(shù)控銃削工藝特點(diǎn)

數(shù)控銃削加工一個(gè)實(shí)際的零件，其加工過(guò)程同樣要運(yùn)用工藝設(shè)計(jì)知識(shí)，設(shè)計(jì)合理的加工

工藝，選擇優(yōu)化的加工參數(shù)和加工設(shè)備。而設(shè)計(jì)個(gè)零件的工藝路線(xiàn)，要根據(jù)該零件的成品

輪廓、技術(shù)要求和工藝裝備(如加工設(shè)備、所用刀具、夾具、量具、檢具)來(lái)決定，同時(shí)還

要考慮零件材料的特性、制造成本和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境等因素。一般地，數(shù)控銃削加工的工藝特

點(diǎn)可從定位基準(zhǔn)，對(duì)刀點(diǎn)的確定，工藝參數(shù)等幾個(gè)方面來(lái)考慮。

①分析和審查定位基準(zhǔn)

由于數(shù)控機(jī)床具有高效率、高精度和高度自動(dòng)化等特點(diǎn)，故數(shù)控加工尤其強(qiáng)調(diào)定位加

工，零件的加工定位基準(zhǔn)必須準(zhǔn)確可靠。與普通機(jī)床加工?樣，定位基準(zhǔn)應(yīng)力求與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)

重合。需要進(jìn)行數(shù)控加工的零件，如果沒(méi)有準(zhǔn)確的定位基準(zhǔn)，最好先在普通機(jī)床上加工好定

位基準(zhǔn);如果定位基準(zhǔn)不可靠，應(yīng)設(shè)法給定輔助基準(zhǔn)使定位可靠;若所設(shè)的輔助基準(zhǔn)對(duì)零件

的裝配或使用有影響，則可在完成定位后去掉。例如，為了在加工如圖6T4所示的凸輪外

輪廓時(shí)使定位準(zhǔn)確可靠，特意增設(shè)了一個(gè)6H7的輔助定位工藝孔;如圖6T5所示的輪架，則

增設(shè)了四個(gè)工藝凸臺(tái)（使定位穩(wěn)定可靠）和兩個(gè)輔助定位孔8（使定位準(zhǔn)確）。

②對(duì)刀點(diǎn)的確定

選擇對(duì)刀點(diǎn)的原則：

?對(duì)刀點(diǎn)應(yīng)盡量選在零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)匕

?簡(jiǎn)化加工程序，便于零件輪廓坐標(biāo)值的計(jì)算。

?機(jī)床上容易找正，加工過(guò)程中容易觀察。

?盡量使加工程序中引入刀具的路徑短，以方便換刀。

?在裝夾較為復(fù)雜的情況下，對(duì)刀點(diǎn)可考慮設(shè)在工件的某一要素或其延長(zhǎng)線(xiàn)上，也

可設(shè)定在與工件定位基準(zhǔn)有一定坐標(biāo)關(guān)系的夾具上。

圖6T4凸輪零件圖6T5輪架

③加工工藝參數(shù)

數(shù)控銃削加工的工藝參數(shù)主要包括主軸轉(zhuǎn)速、背吃刀量、進(jìn)給速度等切削用量。其選

擇原則是:保證零件加工精度和表面粗糙度，充分發(fā)揮刀具切削性能，保證合理的刀具耐用

度并充分發(fā)揮機(jī)床的性能，最大限度地提高生產(chǎn)效率，降低成本。

?主軸轉(zhuǎn)速的確定。主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)根據(jù)允許的切削速度和工件（或刀具）的直徑來(lái)選

擇。其計(jì)算公式為

n=1000v/JtD（6-1）

式中v-----切削速度，m/min,由刀具的耐用度決定；

n--------主軸轉(zhuǎn)速，r/min;

D-------工件直徑或刀具直徑，mm。

實(shí)際的主軸轉(zhuǎn)速要根據(jù)機(jī)床說(shuō)明書(shū)選取與計(jì)算的主軸轉(zhuǎn)速一致或較接近的轉(zhuǎn)速。

?進(jìn)給速度的確定。進(jìn)給速度是數(shù)控機(jī)床切削用量中的重要參數(shù)，主要根據(jù)零件

的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性質(zhì)選取。最大進(jìn)給速度受機(jī)床剛度

和進(jìn)給系統(tǒng)的性能限制。在輪廓加工中，在接近拐角處應(yīng)適當(dāng)降低進(jìn)給速度，以克服由于

慣性或工藝系統(tǒng)變形在輪廓拐角處造成“超程”或“欠程”現(xiàn)象。確定進(jìn)給速度的原則：

當(dāng)工件的質(zhì)量要求能夠得到保證時(shí)，為提高生產(chǎn)效率，可選擇較高的進(jìn)給速度。一般在

100?200mm/min范圍內(nèi)選取。

在切斷、加工深孔或用高速鋼刀具加工時(shí)，宜選擇較低的進(jìn)給速度，?般20?50mm/min

范圍內(nèi)選取。

當(dāng)加工精度及表面粗糙度要求高時(shí)，應(yīng)選擇較低的進(jìn)給速度，一般在20?50mm/min范

圍內(nèi)選取。

當(dāng)?shù)毒呖招谐蹋貏e是遠(yuǎn)距離“回零”時(shí)，可以選擇該機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)給定的最高進(jìn)給速

度。

背吃刀量的確定。背吃刀量根據(jù)機(jī)床、工件和刀具的剛度來(lái)決定，在剛度允許的

條件下，應(yīng)盡可能使背吃刀量等于工件的加工余量，這樣可以減少走刀次數(shù)，提高生產(chǎn)率。

為了保證加工表面質(zhì)量，可留少量精加工余量，一般留0.2?0.5min。

總之，切削用量的具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機(jī)床性能、相關(guān)的手冊(cè)并結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)用類(lèi)比方法確

定。同時(shí)，使主軸轉(zhuǎn)速、切削深度及進(jìn)給速度三者能相互適應(yīng)，以形成最佳切削用量。

(4)切削刀具

正確選擇刀具是數(shù)控加工工藝中的重要內(nèi)容，通?？紤]機(jī)床的加工能力、工件的材料、

加工面類(lèi)型、機(jī)床的切削用量、刀具的耐用度、剛度等。數(shù)控機(jī)床加工刀具有高速、高效的

特點(diǎn)，所以要嚴(yán)格選擇。一般情況下應(yīng)首選質(zhì)量好、耐用度高的;首選已標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的。

如圖6T6所示為幾種常用的銃削刀具類(lèi)型，圖6T6(a)所示的立銃刀類(lèi)，主要用于加工

平面和溝槽的側(cè)面;圖676(b)所示的球形銃刀適用于加工空間曲面和平面間的轉(zhuǎn)角圓弧;

圖6-16(c)所示的鼓形銃刀則主要用于加工變斜率的空間曲面。圖6-17所示是數(shù)控車(chē)削

加工中常用的刀具類(lèi)型。

(5)數(shù)控加工工藝過(guò)程設(shè)計(jì)數(shù)控加工工序一般都穿插在零件的整個(gè)工藝過(guò)程中間，

因此在進(jìn)行數(shù)控加工工藝過(guò)程設(shè)計(jì)時(shí)，一定要通盤(pán)考慮,不但要考慮數(shù)控加工工序的劃分、

加工順序安排和彼此間的協(xié)調(diào)，還要考慮數(shù)控加工工序與其他工序之間的配合、協(xié)調(diào)。

圖6-16常用的銃削刀具類(lèi)型圖6-17數(shù)控車(chē)削加工中常用的刀具類(lèi)型

①數(shù)控加工工序的劃分

數(shù)控機(jī)床加工零件的工序比較集中，?般可以參考下列方式進(jìn)行劃分：

?以一次安裝作為一道工序。即零件在一次裝夾中所完成的那部分工序。此方法適

合于加工內(nèi)容不多的工件。

?按加工部位劃分工序。當(dāng)零件要加工的內(nèi)容很多時(shí)，可以將其分成兒部分。每部

分的加工內(nèi)容作為一個(gè)工序，如內(nèi)腔、外形、曲面或平面等。

?按粗、精加工劃分工序。容易發(fā)生加工變形的工件，根據(jù)加工精度要求按“先粗

加工，后精加工”劃分工序。粗、精分開(kāi)可以提高加工效率。

■以同一把刀具所能加工的內(nèi)容來(lái)劃分工序。

②加工順序的安排

?先粗后精。當(dāng)加工零件精度要求較高時(shí)都要經(jīng)過(guò)粗加工、半精加工、精加工階段,

有的甚至還要進(jìn)行光整加工階段。

?基準(zhǔn)面先行原則。用做精基準(zhǔn)的表面應(yīng)先加工。任何零件的加工總是先對(duì)定位基

準(zhǔn)進(jìn)行粗、精加工，例如軸類(lèi)零件總是先加工中心孔，再以其為精基準(zhǔn)加工外圓和端面;箱

體類(lèi)零件總是先加工定位用的平面及兩個(gè)定位孔，再以平面和定位孔為精基準(zhǔn)加工孔系和其

他平面。

?先面后孔。對(duì)于箱體、支架等零件，平面尺寸輪廓較大，用平面定位比較穩(wěn)定，

而且孔的深度尺寸又是以平面為基準(zhǔn)的，故應(yīng)先加工平面，然后再加工孔。

?先主后次。即先加工主要表面，再加工次要表面。此外還應(yīng)考慮：

?同一定位裝夾方式或用同一把刀的工序，最好相鄰連接完成，這樣可避免因重復(fù)

定位而造成誤差和減少裝夾、換刀等輔助時(shí)間。

?如一次裝夾進(jìn)行多道加工工序時(shí)，則應(yīng)考慮把對(duì)工件剛度削弱較小的工序安排在

先，以減少加工變形。

?上道工序應(yīng)不影響下道工序的定位與裝夾。

?先內(nèi)型腔加工工序，后外形加工工序。

③走刀路線(xiàn)的選擇

走刀路線(xiàn)是指在加工過(guò)程中，刀具刀位點(diǎn)相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡和方向。它不但包括

了工步內(nèi)容，還反映出工步順序。走刀路線(xiàn)對(duì)加工質(zhì)量及效率影響較大，合理的走刀路線(xiàn)應(yīng)

滿(mǎn)足:保證零件的加工精度和走面粗糙度要求;加工路線(xiàn)最短，減少走刀時(shí)間，提高加工效

率;編程時(shí)數(shù)值計(jì)算簡(jiǎn)單.，減少編程工作量。合理確定走刀路線(xiàn)的原則如下：

?刀具應(yīng)避免沿零件輪廓的法向切入，而應(yīng)沿著外輪廓曲線(xiàn)延長(zhǎng)線(xiàn)的切向切入，以

免在切入處產(chǎn)生刀具痕跡。切除工件時(shí)也要避免在工件的外輪廓處直接抬刀，要沿著零件輪

廓曲線(xiàn)延長(zhǎng)線(xiàn)的切線(xiàn)逐漸切離工件，如圖6-18所示。

?要加工如圖6-19所示的均勻分布在兩個(gè)圓周上的孔時(shí)，欲使走刀路線(xiàn)最短，必須

保證各定位點(diǎn)間路線(xiàn)的總長(zhǎng)最短，如圖6T9(b)所示的走刀路線(xiàn)與如圖679(a)所示的

相比，可節(jié)省刀具定位時(shí)間一倍左右。

(a)(b)

圖6-19最短走刀路線(xiàn)設(shè)計(jì)

?對(duì)于位置精度要求較高的孔系加工，如圖6-20所示,要特別注意走刀路線(xiàn)的選擇。

考慮到數(shù)控機(jī)床的反向間隙誤差，圖6-20(c)的加工路線(xiàn)是合理的，而圖6-20(b)的加

工路線(xiàn)會(huì)將Y向的反向間隙誤差帶入，影響5、6孔與其他孔的位置精度。

?銃削曲面時(shí)，常用球頭刀采用行切法進(jìn)行加工。如圖6-21所示為發(fā)動(dòng)機(jī)葉片形狀,

采用如圖6-21(a)所示的加工方案時(shí)，每次沿直線(xiàn)加工，刀位點(diǎn)計(jì)算簡(jiǎn)單且程序少，加工

過(guò)程符合直紋面的形成，可以準(zhǔn)確保證母線(xiàn)的直線(xiàn)度。采用如圖6-21(b)所示的加工方案,

便于加工后檢驗(yàn)，葉形的準(zhǔn)確度高，但程序較多。由于曲面零件的邊界是敞開(kāi)的，沒(méi)有其他

表面限制，故曲面邊界可以延伸，球頭刀應(yīng)由邊界外開(kāi)始加工。

圖6-21銃削曲面的兩種走刀路線(xiàn)

?優(yōu)選走刀路線(xiàn)時(shí)應(yīng)首先保證工件輪廓表面的加工精度及滿(mǎn)足表面粗糙度要求，為

此，最后安排一次連續(xù)加工輪廓表面的精加工走刀路線(xiàn)是必要的。

如圖6-22所示為銃削凹槽的三種走刀路線(xiàn)，圖6-22(a)所示的走刀路線(xiàn)最短，但凹

槽內(nèi)壁表面的粗糙度最差;圖6-22(b)、圖6-22(c)所示可以滿(mǎn)足凹槽內(nèi)壁表面的加工

精度和粗糙度的要求，而圖6-22(c)所示的走刀路線(xiàn)總長(zhǎng)度比圖6-22(b)所示的短，所

以比較之下將圖6-22(c)所示的走刀路線(xiàn)確定為最佳加工路線(xiàn)。

圖6-22銃削凹槽的三種走刀路線(xiàn)

?合理地將對(duì)刀點(diǎn)和起刀點(diǎn)分離，合理利用“回零”指令，都能縮短走刀路線(xiàn)。由

于本書(shū)篇幅的限制，本節(jié)僅對(duì)數(shù)控加工的基礎(chǔ)知識(shí)簡(jiǎn)要介紹，讀者在后續(xù)章節(jié)完成零件的數(shù)

控自動(dòng)編程時(shí)，如需了解有關(guān)數(shù)控加工工藝更詳細(xì)的內(nèi)容，請(qǐng)參閱本系列叢書(shū)的其他相關(guān)教

材。

6.2圖形交互式自動(dòng)編程技術(shù)

6.2.1圖形交互式自動(dòng)編程系統(tǒng)概述

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)的圖形處理能力不斷增強(qiáng)。種可以直接將零件

的幾何圖形信息，自動(dòng)轉(zhuǎn)化為數(shù)控加工程序的全新的計(jì)算機(jī)輔助編程技術(shù)------“圖形交互

式自動(dòng)編程”應(yīng)運(yùn)而生，并在20世紀(jì)70年代以后得到迅速發(fā)展和推廣應(yīng)用。

圖形交互式自動(dòng)編程系統(tǒng)就是應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形交互技術(shù)開(kāi)發(fā)出來(lái)的數(shù)控加工程序自動(dòng)

編程系統(tǒng)，使用者利用計(jì)算機(jī)鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等輸入設(shè)備以及屏幕顯示設(shè)備通過(guò)交互操作，建立、

編輯零件輪廓的幾何模型，然后調(diào)用數(shù)控編程模塊，采用人機(jī)交互方式，在計(jì)算機(jī)屏幕上指

定零件的被加工部位，選擇加工工藝策略，再輸入相應(yīng)的加工參數(shù)，計(jì)算機(jī)便可自動(dòng)進(jìn)行必

要的數(shù)學(xué)處理并生成刀具運(yùn)動(dòng)軌跡，同時(shí)可以在計(jì)算機(jī)屏幕上動(dòng)態(tài)模擬顯示數(shù)控加工過(guò)程，

最后生成數(shù)控加工程序?，F(xiàn)代圖形交互式自動(dòng)編程是建立在CAD和CAM系統(tǒng)的基礎(chǔ)上

的，典型的圖形交互式自動(dòng)編程系統(tǒng)都采用CAD/CAM集成數(shù)控編程系統(tǒng)模式。圖形交互

式自動(dòng)編程系統(tǒng)通常有兩種類(lèi)型的結(jié)構(gòu)，一種是CAM系統(tǒng)中內(nèi)嵌三維造型功能;另一種是

獨(dú)立的CAD系統(tǒng)與獨(dú)立的CAM系統(tǒng)以集成方式構(gòu)成數(shù)控編程系統(tǒng)。這種編程方法與應(yīng)用

編程語(yǔ)言自動(dòng)編程相比，具有速度快、精度高、直觀性好、使用簡(jiǎn)便、便于檢查等優(yōu)點(diǎn)。

1.圖形交互式自動(dòng)編程系統(tǒng)的構(gòu)成

圖形交互式自動(dòng)編程系統(tǒng)的構(gòu)成包括硬件和軟件。

(1)硬件

根據(jù)所選用的CAD/CAM軟件，配置相應(yīng)的計(jì)算機(jī)及其外圍硬件設(shè)備。計(jì)算機(jī)主要由

中央處理器(CPU)、存儲(chǔ)器和接口電路組成。外圍硬件設(shè)備包括輸入/輸出設(shè)備、外存儲(chǔ)器

和其他設(shè)備。與語(yǔ)言自動(dòng)編程系統(tǒng)相比，增加了圖形輸入器件，如鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、數(shù)字化儀、

功能鍵等。

(2)軟件

軟件是指程序、文檔和使用說(shuō)明書(shū)的集合。習(xí)慣上也將程序簡(jiǎn)稱(chēng)為軟件，包括系統(tǒng)軟件

和應(yīng)用軟件。

①系統(tǒng)軟件:是直接與計(jì)算機(jī)硬件發(fā)生關(guān)系的軟件，負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)和減輕應(yīng)用軟件負(fù)擔(dān)。

②應(yīng)用軟件:是直接形成和處理數(shù)控程序的軟件，需要通過(guò)系統(tǒng)軟件才能與計(jì)算機(jī)硬件

發(fā)生關(guān)系，包括各類(lèi)CAD/CAM軟件。其他工具軟件和用于控制數(shù)控機(jī)床的數(shù)控加工程序

也屬于應(yīng)用軟件。

2.圖形交互式自動(dòng)編程軟件

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的CAD/CAM軟件普遍采用圖形交互式自動(dòng)編程方法。如本書(shū)介紹的

我國(guó)北航海爾軟件公司的CAXA系列加工軟件CAXA制造工程師、CAXA數(shù)控車(chē)及美國(guó)

CNC公司的MasterCAM、PTC公司的Pro/E、EDC公司的UG、以色列的Cimatron系統(tǒng)等。

這些CAD/CAM集成軟件均可以采用人機(jī)交互方式對(duì)零件的幾何模型進(jìn)行繪制、編輯和修

改，產(chǎn)生零件的數(shù)據(jù)模型。然后對(duì)機(jī)床和刀具進(jìn)行定義和選擇，確定刀具相對(duì)于零件表面的

運(yùn)動(dòng)方式、切削加工參數(shù)，便能生成刀具軌跡。最后經(jīng)過(guò)后置處理，即按照特定機(jī)床規(guī)定的

文件格式生成加工程序。甚至利用加工軌跡的仿真功能對(duì)生產(chǎn)加工過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)圖像模擬,

以檢驗(yàn)走刀軌跡和加工程序的正確性。

3.圖形交互式自動(dòng)編程的基本步驟

應(yīng)用CAD/CAM集成軟件完成零件的數(shù)控加工自動(dòng)編程，其實(shí)現(xiàn)過(guò)程概括如下：

(1)在后置處理中配置好機(jī)床，這是正確輸出代碼的關(guān)鍵；

(2)利用CAD技術(shù)進(jìn)行零件的設(shè)計(jì)、分析和造型；

(3)通過(guò)CAM技術(shù)對(duì)CAD模型數(shù)據(jù)產(chǎn)生刀具軌跡；

(4)經(jīng)過(guò)后置處理自動(dòng)生成NC代碼，再經(jīng)程序校驗(yàn)和修改形成加工程序，并通過(guò)接

口傳給CNC機(jī)床。整個(gè)過(guò)程直觀方便，所有的運(yùn)算由計(jì)算機(jī)完成，可保證程序的編制快速

而準(zhǔn)確。該方法適用于制造業(yè)中的CAD/CAM集成系統(tǒng)。

4.圖形交互式自動(dòng)編程的特點(diǎn)

圖形交互式自動(dòng)編程是一種全新的編程方法，它具有以下特點(diǎn)：

(1)將加工零件的兒何造型、刀位計(jì)算、NC加工程序、圖形顯示和后置處理等結(jié)合在

一起，有效地解決了編程數(shù)據(jù)來(lái)源、幾何顯示、走刀模擬、交互修改等問(wèn)題，彌補(bǔ)了單一利

用數(shù)控編程語(yǔ)言進(jìn)行編程的不足；

(2)不需要編制零件加工源程序，用戶(hù)界面友好，使用簡(jiǎn)便、直觀、準(zhǔn)確，便于檢查。

編程過(guò)程是在計(jì)算機(jī)上直接面向零件的幾何圖形以光標(biāo)指點(diǎn)、菜單選擇及交互對(duì)話(huà)的方式進(jìn)

行的，其編程的結(jié)果也以圖形的方式顯示在計(jì)算機(jī)上；

(3)編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)，使用方便。整個(gè)編程過(guò)程是交互進(jìn)行的，有多級(jí)功能“菜單”

引導(dǎo)用戶(hù)進(jìn)行交互操作；

（4）有利于實(shí)現(xiàn)與其他功能的結(jié)合?？梢园旬a(chǎn)品設(shè)計(jì)與零件編程結(jié)合起來(lái)，也可以與工

藝過(guò)程設(shè)計(jì)、刀具設(shè)計(jì)等過(guò)程結(jié)合起來(lái)。

6.2.2CAXA制造工程師2006--------CAM基礎(chǔ)

CAXA制造工程師是我國(guó)自主開(kāi)發(fā)的CAD/CAM--體化的數(shù)控加工編程軟件。其技術(shù)

集成了幾何建模、工藝設(shè)計(jì)、刀具軌跡生成與編輯、加工仿真、NC生成及豐富的數(shù)據(jù)接口

等一整套面向回轉(zhuǎn)類(lèi)零件和復(fù)雜模具零件的自動(dòng)編程功能。本書(shū)的第1章已經(jīng)簡(jiǎn)述了CAXA

制造工程師2006的基本功能。除此之外，CAXA制造工程師還提供了智能化的知識(shí)加工模

板。即針對(duì)復(fù)雜曲面的三維造型，智能加工庫(kù)大量運(yùn)用高級(jí)工程師的加工經(jīng)驗(yàn)，為用戶(hù)提供

了一種整體加工思路，如圖6-23所示。

圖6-23基于留量的加工

用戶(hù)應(yīng)用CAXA制造工程師2006軟件進(jìn)行數(shù)控編程時(shí)，只需通過(guò)必要的參數(shù)設(shè)置，便

自動(dòng)生成一系列數(shù)控加工刀具軌跡，即可完成從支持層間切削的高效粗加工、基于留量的半

精加工到精加工的整個(gè)典型零件的加工過(guò)程。高效而優(yōu)化的加工不僅繼承和發(fā)展了企業(yè)長(zhǎng)

期實(shí)踐中積累的寶貴經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，同時(shí)還可以對(duì)數(shù)控加工流程進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化方面的管

理，以求和世界一流的先進(jìn)制造技術(shù)接軌。本節(jié)重點(diǎn)介紹數(shù)控加工模塊的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)。

1.基本概念

（1）刀具軌跡和刀位點(diǎn)

刀具軌跡是系統(tǒng)按給定工藝要求生成的對(duì)給定加工圖形進(jìn)行切削時(shí)刀具行進(jìn)的路線(xiàn)，

如圖6-24所示。刀具軌跡由一系列有序的刀位點(diǎn)和連接這些刀位點(diǎn)的直線(xiàn)（直線(xiàn)插補(bǔ)）或

圓?。▓A弧插補(bǔ)）組成。刀位點(diǎn)就是刀具沿編程軌跡運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)，如球頭刀的刀位點(diǎn)為球頭的

球心，立銃刀的刀位點(diǎn)為刀具端面的中心。

（2）輪廓、區(qū)域和島

輪廓是一系列首尾相接的曲線(xiàn)的集合，如圖6-25所示。在進(jìn)行數(shù)控編程，通過(guò)人機(jī)交

互指定待加工圖形時(shí)，常需要指定圖形的輪廓，用來(lái)界定被加工的區(qū)域或被加工的圖形本身。

如果輪廓是用來(lái)界定被加工區(qū)域的，則要求指定的輪廓是閉合的;倘若加工的是輪廓本身，

則輪廓也可以不閉合。由于CAXA制造工程師2006將指定的輪廓投影到當(dāng)前坐標(biāo)系的當(dāng)前

平面上，故組成輪廓的曲線(xiàn)可以是空間曲線(xiàn)。但要求指定的輪廓不應(yīng)有自交點(diǎn)。

「O0

、、進(jìn)刀點(diǎn)開(kāi)輪廓閉輪廓有自交點(diǎn)的輪廓

圖6-24刀具軌跡和刀位點(diǎn)圖6-25數(shù)控加工輪廓

區(qū)域是指由一個(gè)閉合輪廓圍成的內(nèi)部空間，其內(nèi)部可以有“島”。島也是由閉合輪廓來(lái)

界定的。區(qū)域是指外輪廓和島之間的部分。由外輪廓和島共同指定待加工的區(qū)域,外輪廓用

來(lái)界定加工區(qū)域的外部邊界，島用來(lái)屏蔽其內(nèi)部不需加工或需保護(hù)的部分，如圖6-26所

不。

（3）高度

①安全高度。是指保證在此高度以上可以快速走刀而不發(fā)生干涉的高度。安全高度應(yīng)

高于零件的最大高度。

②起止高度。是指進(jìn)、退刀時(shí)刀具的初始高度。起止高度應(yīng)大于安全高度，如圖6

27所示。

③慢速下刀高度。是指由快進(jìn)（G00）轉(zhuǎn)為工進(jìn)（G01）時(shí)的位置高度。

（4）加工余量

車(chē)、銃加工均是去除余量的過(guò)程，即從毛坯開(kāi)始逐步去除多余的材料，以得到需要的

零件。此過(guò)程一般由粗加工到精加工，必要時(shí)還需進(jìn)行半精加工，即經(jīng)過(guò)多道工序的加工。

那么在前一道工序中，往往要給下一道工序留下一定的加工余量。實(shí)際加工模型是指指定

加工模型按給定的加工余量進(jìn)行等距的結(jié)果，如圖6-28所示。

（5）加工誤差和步長(zhǎng)

刀具軌跡和實(shí)際加工模型之間的偏差就是加工誤差。用戶(hù)可以通過(guò)控制加工誤差來(lái)提

高加工精度。

用戶(hù)給出的加工誤差是刀具軌跡同加工模型之間的最大允差，系統(tǒng)保證其兩者之間的偏

離不大于加工誤差。

在創(chuàng)建刀具軌跡時(shí),應(yīng)根據(jù)實(shí)際工藝要求給定加工誤差。如進(jìn)行粗加工時(shí)誤差可以大些,

以防加工效率的降低，但加工誤差不要大于加工余量，否則可能造成過(guò)切;在進(jìn)行精加工時(shí)

則應(yīng)根據(jù)表面精度要求等設(shè)置加工誤差。

在兩軸聯(lián)動(dòng)加工中，對(duì)于直線(xiàn)和圓弧的加工不存在誤差，加工誤差是指對(duì)樣條線(xiàn)進(jìn)行加

工時(shí)用折線(xiàn)段逼近樣條線(xiàn)時(shí)的誤差。切記加工精度越高，折線(xiàn)段越短，加工代碼就越長(zhǎng)。

在三軸聯(lián)動(dòng)加工中，可以按給定步長(zhǎng)的方式控制加工誤差?步長(zhǎng)用來(lái)控制刀具步進(jìn)方向

上每?jī)蓚€(gè)刀位點(diǎn)之間的距離，系統(tǒng)按用戶(hù)給定的步長(zhǎng)計(jì)算刀具軌跡。與此同時(shí)，系統(tǒng)對(duì)生成

的刀具軌跡進(jìn)行優(yōu)化處理，刪除同一直線(xiàn)上的刀位點(diǎn)，在保證加工精度的前提下提高加工效

率。因此用戶(hù)給定的是加工最小步長(zhǎng)，實(shí)際生成的刀具軌跡中的步長(zhǎng)可能大于用戶(hù)給定的步

長(zhǎng)，如圖6-29所示。

圖6-28加工余量圖6-29加工誤差與步長(zhǎng)

（6）干涉

在切削被加工表面時(shí)，倘若刀具切到了不應(yīng)該切的部分，則稱(chēng)做出現(xiàn)干涉現(xiàn)象，或者稱(chēng)為過(guò)

切。

在CAXA制造工程師2006系統(tǒng)中，干涉分為兩種情況：

①自身干涉。是指被加工表面中存在刀具切削不到的部分時(shí)存在的過(guò)切現(xiàn)象，如6-30

所示。

②面間干涉。是指在加工一個(gè)或系列表面時(shí)，可能對(duì)其他表面產(chǎn)生的過(guò)切現(xiàn)象，如圖

6-31所不。

圖6-30自身干涉圖6-31面間干涉

CAXA數(shù)控車(chē)中的干涉：

在數(shù)控車(chē)正向車(chē)削弧面造型時(shí)，如果刀具的后角較大則必將發(fā)生干涉。如圖6-32所

示，即為正向車(chē)削，刀具干涉后角為10°的精加工軌跡。

（7）模型

模型是指系統(tǒng)存在的所有曲面和實(shí)體的總和（包括隱藏的曲面或?qū)嶓w）。一般的三維

造型的曲面是光滑連續(xù)（法矢連續(xù)）的，像球面就是一個(gè)理想的光滑連續(xù)的面。這樣理想的

模型，被稱(chēng)為幾何模型。然而完成這樣一個(gè)理想的幾何模型的加工卻是不可能的。因此我們

會(huì)把一張曲面離散成一系列的三角片，那么以此構(gòu)筑的模型被稱(chēng)為加工模型。加工模型與幾

何模型之間的誤差稱(chēng)做幾何精度，如圖6-33所示。

圖6-32車(chē)削干涉圖6-33模型與幾何精度

實(shí)際上加工精度是按刀具軌跡加工出來(lái)的零件與加工模型之間的誤差，當(dāng)加工精度趨

近于0時(shí)，刀具軌跡對(duì)應(yīng)的被加工工件的形狀就是加工模型了（不計(jì)殘留量）。

此外，由于系統(tǒng)中所有曲面及實(shí)體（隱藏或顯示）的總和為模型，故增刪曲面或?qū)嶓w時(shí)

務(wù)必要小心。因?yàn)檫@些都意味著對(duì)模型的修改，也就意味著先前的刀具軌跡可能不再適用

于新的模型了，甚至?xí)?dǎo)致過(guò)切，此時(shí)應(yīng)重置所有刀具軌跡。

2.通用參數(shù)設(shè)置

(1)定義毛坯

單擊主菜單的“加工”->“定義毛坯”，彈出“定義毛坯”對(duì)話(huà)框，如圖6-34所示。

圖6-34“定義毛坯”對(duì)話(huà)框

【相關(guān)參數(shù)】

①鎖定:使用戶(hù)不能重設(shè)毛坯的基準(zhǔn)點(diǎn)、毛坯大小及類(lèi)型等，用以防止設(shè)定好的毛坯

數(shù)據(jù)輕易被修改。

②毛坯定義:有以下三種方式：

?兩點(diǎn)方式:通過(guò)拾取毛坯空間的兩個(gè)角點(diǎn)來(lái)定義毛坯。

?三點(diǎn)方式:通過(guò)拾取基準(zhǔn)點(diǎn)，拾取毛坯大小的兩個(gè)角點(diǎn)來(lái)定義毛坯。

?參照模型:系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算并顯示模型的包圍盒，即作為毛壞。

③基準(zhǔn)點(diǎn):定義毛坯在默認(rèn)世界坐標(biāo)系中的左下角點(diǎn)。

④大小:長(zhǎng)度、寬度、高度是毛坯大小在X、Y、Z三個(gè)方向上的尺寸。

⑤毛坯類(lèi)型:系統(tǒng)提供了諸如鑄件、鍛件、精鑄(鍛)件、棒料、冷作件、標(biāo)準(zhǔn)件、外

購(gòu)件、外協(xié)件及其他毛坯類(lèi)型，以滿(mǎn)足工藝清單之需。

⑥毛坯精度設(shè)定:給定毛坯的網(wǎng)格間距，主要是仿真加工時(shí)需要。

⑦顯示毛壞:設(shè)定毛壞是否在工作區(qū)中顯示。

(2)起始點(diǎn)

CAXA制造工程師2006系統(tǒng)計(jì)算刀具軌跡時(shí)默認(rèn)全局刀具軌跡起始點(diǎn)作為刀具初始

點(diǎn)，雙擊“加工管理”下拉列表中的“起始點(diǎn)”按鈕，便可以對(duì)刀具軌跡初始點(diǎn)進(jìn)行修改，

如圖6-35所示。

從彈出的“刀具起始點(diǎn)”對(duì)話(huà)框中得知起始點(diǎn)所在的加工坐標(biāo)系，可以通過(guò)輸入或者單

擊“拾取點(diǎn)”按鈕設(shè)定刀具起始點(diǎn)，如圖6-6所示。

份加工

卷模型

哲毛坯

中國(guó)

魚(yú)機(jī)床后置:fanuc

由號(hào)刀具庫(kù)：fanuc

口刀具軌跡：共。條

卷面不管就10屬3J

圖6-35起始點(diǎn)圖6-36“刀具起始點(diǎn)”對(duì)話(huà)框

(3)刀具庫(kù)為方便用戶(hù)調(diào)用刀具庫(kù)中的有關(guān)信息，并對(duì)其進(jìn)一步管理，可以雙擊“加

工管理”中的“刀具庫(kù)”，對(duì)使用的刀具及其相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行定義，如圖6-37所示。在彈出

的“刀具庫(kù)管理”對(duì)話(huà)框中可以看到當(dāng)前的刀具情況，如圖6-38所示。

◎加工

⑥模型

,13毛坯

傘起始點(diǎn)

乙機(jī)床后置：fanuc

a刀具庫(kù)：fanuc

口工具軌跡：共。條

族加工管理|同屬

圖6-37刀具庫(kù)圖6-38“刀具庫(kù)管理”對(duì)話(huà)框

刀具庫(kù)有兩種類(lèi)型:系統(tǒng)刀庫(kù)和機(jī)床刀庫(kù)。

①系統(tǒng)刀庫(kù)。與機(jī)床無(wú)關(guān)，用戶(hù)可以把所有要用到的刀具參數(shù)全部建立在系統(tǒng)刀庫(kù)中，

然后利用這些刀具對(duì)各種機(jī)床進(jìn)行編程。

②機(jī)床刀庫(kù)。與各種機(jī)床的控制系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的刀具庫(kù)。不同控制系統(tǒng)的機(jī)床均有自己

的刀具庫(kù)(自定義的機(jī)床亦然)。還可以針對(duì)每一種機(jī)床建立該機(jī)床自己的刀具庫(kù)。在軟件

系統(tǒng)中若改變機(jī)床，則相應(yīng)的刀具庫(kù)也會(huì)自動(dòng)切換到與該機(jī)床相對(duì)應(yīng)的刀具庫(kù)位置。故這種

刀具庫(kù)可以同時(shí)對(duì)多個(gè)加工中心編程。

(4)刀具參數(shù)

在每種加工方式的功能表中，都要進(jìn)行刀具參數(shù)的設(shè)置，如圖6-39所示。另外，CAXA

制造工程師2006系統(tǒng)的任一加工方式下的刀具庫(kù)都存放有為用戶(hù)定義的各種刀具，并且在

各種加工方式對(duì)話(huà)框中，都可以對(duì)刀具參數(shù)進(jìn)行修改和預(yù)覽。例如，參數(shù)線(xiàn)加工方式下包括

鉆頭、球頭銃刀、牛鼻刀、端銃刀等系列刀具，用戶(hù)可以很方便地從中選取所需刀具。有關(guān)

刀具各參數(shù)的意義及設(shè)置操作可參見(jiàn)預(yù)覽刀具。如圖6-40所示為等高線(xiàn)粗加工方式下刀

具參數(shù)的設(shè)定。

刀具定義至

刀反嬖數(shù)I刀英只磬敢I

類(lèi)型

刀具名

刀具號(hào)

刀JU卜博號(hào)

刀具*涇B

刀角半徑r

刀柄半徑b

刀尖角度?

刀刻長(zhǎng)度1

刀柄長(zhǎng)度h

刀具全長(zhǎng)L

?定|厥諭

圖6-39“刀具定義”對(duì)話(huà)框

(5)加工參數(shù)設(shè)定

CAXA制造工程師2006提供了多種粗、精加工及其他加工方式，均可通過(guò)“加工”下拉中

的“刀具參數(shù)”選項(xiàng)卡菜單選擇，還可以通過(guò)雙擊“加工工具欄”工具條中相應(yīng)的圖標(biāo)，隨

后彈出各種加工方式對(duì)話(huà)框。如圖6-41所示為區(qū)域式粗加工方式下加工參數(shù)選項(xiàng)卡，圖6-

42為“加工工具欄”工具條。有關(guān)各種加工方式的加工參數(shù)的設(shè)定詳見(jiàn)笫7章。

等《線(xiàn)田加工區(qū)煉式俎加工兇

加工叁數(shù)1|加工參數(shù)2|切入切出|下力方式Imi參數(shù)|切入切出?下力方式|切削用量虹邊界|刀具多教|

切?聞量|加工邊界刀及算數(shù)

mi方向

用加刀及|*1187111]修蟾「逆帙

?；1??”_匕??#_￡?隨用心，顯E某寸時(shí)陰黑口IXTC0A

9跳刀D1025.0.40G行距r殘口毫度

080―

找漢刀具|切中?式c環(huán)仞r單向r往復(fù)

集

Z切入

刀

具aSfirntii&s

力A層芯4

精度

加工修理[Ti-加工余.|6~i-

刀角半徑r行間隹接方式

刀柄半徑b管直線(xiàn)，融rs?

刀尖角度拐京事&

刀更長(zhǎng)度rrIM?！穖x

rH：H「丁

刀柄長(zhǎng)度

刀具至長(zhǎng)

加工坐標(biāo)系IE起嫡點(diǎn)IxfoTfZ[loo-

[一定]|*|明|

圖6-40”等高線(xiàn)粗加工”對(duì)話(huà)框中圖6-41”區(qū)域式粗加工”對(duì)話(huà)框中

的“刀具參數(shù)”選項(xiàng)卡的“加工參數(shù)”選項(xiàng)卡

圖6-42"加工工具欄”工具條

6.3數(shù)控加工過(guò)程仿真

所謂數(shù)控加工過(guò)程仿真就是利用軟件系統(tǒng)模擬實(shí)際生產(chǎn)中的每一道加工過(guò)程，將刀具

加工時(shí)的運(yùn)行軌跡顯示出來(lái)，并對(duì)加工軌跡進(jìn)行動(dòng)態(tài)圖像模擬。實(shí)現(xiàn)刀具對(duì)毛坯切削的臨

摹顯示，從而驗(yàn)證NC程序及加工軌跡的正確性。

6.3.1數(shù)控加工過(guò)程仿真的目的與意義

采用圖形交互式自動(dòng)編程技術(shù)生成的數(shù)控加工程序，在加工過(guò)程中是否發(fā)生過(guò)切、少

切，所選擇的刀具、走刀路線(xiàn)、進(jìn)退刀方式是否合理，零件與刀具、刀具與夾具、刀具與工

作臺(tái)之間是否發(fā)生干涉或碰撞等情況是編程人員事先無(wú)法預(yù)料的。如果發(fā)生上述構(gòu)件之間的

干涉或碰撞，其結(jié)果可能導(dǎo)致工件形狀不符合要求、出現(xiàn)廢品，有時(shí)還會(huì)損壞機(jī)床、刀具及

夾具等。隨著NC編程的復(fù)雜化，NC代碼的錯(cuò)誤率也越來(lái)越高。因此，零件的數(shù)控加工程

序在投入實(shí)際的加工之前，如何有效地進(jìn)行數(shù)控加工過(guò)程仿真，以檢驗(yàn)和驗(yàn)證數(shù)控加工程序

的正確性、確保投入實(shí)際應(yīng)用的數(shù)控加工程序正確，是數(shù)控加工編程及操作中的重要環(huán)節(jié)。

數(shù)控加工程序的檢驗(yàn)方法主要有試切法和數(shù)控加工過(guò)程仿真。試切法是NC程序檢驗(yàn)

的有效方法。傳統(tǒng)的試切是采用塑模、蠟?zāi)；蚰灸Ｔ趯?zhuān)用設(shè)備上進(jìn)行的，通過(guò)塑模、蠟?zāi)；?/p>

木模零件尺寸的正確性來(lái)判斷數(shù)捽加工程序是否正確。但試切過(guò)程不僅占用了加工設(shè)備的

工作時(shí)間，需要操作人員在整個(gè)加工周期內(nèi)進(jìn)行監(jiān)控，而且加工過(guò)程中的各種危險(xiǎn)同樣難以

避免。用計(jì)算機(jī)仿真模擬系統(tǒng)，從軟件上實(shí)現(xiàn)零件的試切過(guò)程，將數(shù)控加工程序的執(zhí)行過(guò)程

在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示出來(lái)，是數(shù)控加工程序檢驗(yàn)的有效方法。在動(dòng)態(tài)模擬時(shí)，刀具可以實(shí)時(shí)

地在屏幕上移動(dòng)，刀具與工件接觸之處，工件的形狀就會(huì)按刀具移動(dòng)的軌跡發(fā)生相應(yīng)的變

化。觀察者可在屏幕上看到連續(xù)的、逼真的加工過(guò)程。利用這種視覺(jué)檢驗(yàn)裝置，就可以很容

易地發(fā)現(xiàn)刀具和工件之間的碰撞及其他錯(cuò)誤的程序指令。目前，數(shù)控加工過(guò)程仿真的方法

主要有:刀具軌跡仿真、三維動(dòng)態(tài)切削仿真和虛擬加工仿真等。

6.3.2數(shù)控加工過(guò)程仿真分類(lèi)

1.刀具軌跡仿真

一般在后置處理之前進(jìn)行刀具軌跡仿真。通過(guò)讀取刀位數(shù)據(jù)文件檢查刀具位置計(jì)算是

否正確，加工過(guò)程中是否發(fā)生過(guò)切，所選刀具、走刀路線(xiàn)、進(jìn)退刀方式是否合理，刀具軌跡

是否正確，刀具與約束面是否發(fā)生干涉與碰撞。這種仿真一般可以采用動(dòng)畫(huà)顯示方法，效果

十分逼真。該方法是在后置處理之前進(jìn)行刀具軌跡仿真，可以在脫離具體的數(shù)控系統(tǒng)環(huán)境下

進(jìn)行。刀具軌跡仿真法是目前比較成熟有效的仿真方法，應(yīng)用比較普遍。刀具軌跡仿真主要

有顯示驗(yàn)證、截面法驗(yàn)證和數(shù)值驗(yàn)證三種方式。

(1)顯示驗(yàn)證

顯示驗(yàn)證是指當(dāng)待加工零件的刀具軌跡計(jì)算完成以后，將刀具軌跡在圖形顯示器上顯

示出來(lái)，從而判斷刀具軌跡是否連續(xù)，檢查刀位計(jì)算是否正確的方法。

(2)截面法驗(yàn)證

截面法驗(yàn)證是先構(gòu)造一個(gè)截面，然后求該截面與待驗(yàn)證的刀位點(diǎn)上的刀具外形表面、加

工表面及其約束面的交線(xiàn)，構(gòu)成一幅截面圖顯示在屏幕上，從而判斷所選擇的刀具是否合

理，檢查刀具與約束面是否發(fā)生干涉與碰撞，加工過(guò)程中是否存在過(guò)切。

(3)數(shù)值驗(yàn)證

數(shù)值驗(yàn)證也稱(chēng)為距離驗(yàn)證，是?種刀具軌跡的定量驗(yàn)證方法。它通過(guò)計(jì)算各刀位點(diǎn)上

刀具表面與加工表面之間的距離進(jìn)行判斷，若此距離為正，表示刀具離開(kāi)加工表面一段距

離;若此距離為負(fù)，表示刀具與加工表面過(guò)切。

2.三維動(dòng)態(tài)切削仿真

三維動(dòng)態(tài)切削仿真是采用實(shí)體造型技術(shù)建立加工零件毛坯、機(jī)床、夾具及刀具在加工過(guò)

程中的實(shí)體幾何模型，然后將加工零件毛壞及刀具的幾何模型進(jìn)行快速布爾運(yùn)算(一般為

減運(yùn)算)，最后采用三維真實(shí)感圖形顯示技術(shù)，把加工過(guò)程中的零件模型、機(jī)床模型、夾具

模型及刀具模型在顯示器上動(dòng)態(tài)地顯示出來(lái)，模擬零件的實(shí)際加工過(guò)程。三維動(dòng)態(tài)切削仿真

過(guò)程的真實(shí)感較強(qiáng)，基本上具有試切加工的驗(yàn)證效果。

現(xiàn)代數(shù)控加工過(guò)程的三維動(dòng)態(tài)切削仿真驗(yàn)證的典型方法有兩種:一種是只顯示刀具模型

和零件模型的加工過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真。當(dāng)前市場(chǎng)匕流行的大多數(shù)高端CAD/CAM集成系統(tǒng)都采

用這種方法，如CATIA、UG、PRO/E、Solidwok,以及國(guó)產(chǎn)軟件CAXA制造工程師2006

等。另一種是同時(shí)動(dòng)態(tài)顯示刀具模型、零件模型、夾具模型和機(jī)床模型的機(jī)床仿真系統(tǒng)。

如美國(guó)的Vericut軟件。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)許多高校和軟件公司也在積極開(kāi)發(fā)此類(lèi)軟件，如圖6-

43所示為天津工程師范學(xué)院開(kāi)發(fā)的數(shù)控加工仿真系統(tǒng)。從仿真檢驗(yàn)的內(nèi)容看，既可以仿真

刀位文件，也可以仿真NC代碼。

圖6-43數(shù)控加工仿真系統(tǒng)

3.虛擬加工仿真

虛擬加工仿真是應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的仿真技術(shù)。虛擬加工仿真主要要解

決在加工過(guò)程和實(shí)際加工環(huán)境中，工藝系統(tǒng)間的干涉碰撞問(wèn)題和運(yùn)動(dòng)關(guān)系。由于加工過(guò)程是

一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，刀具與工件、夾具、機(jī)床之間的相對(duì)位置是變化的，工件從毛坯開(kāi)始經(jīng)過(guò)若

干道工序的加工，形狀和尺寸均在不斷變化，因此虛擬加工仿真是在各組成環(huán)節(jié)確定的工藝

系統(tǒng)中進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真。

虛擬加工仿真與刀具軌跡仿真方法不同，虛擬加工仿真能夠利用多媒體技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬加

工，不只是解決刀具與工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)仿真，它更重視對(duì)整個(gè)工藝系統(tǒng)的仿真。虛擬加

工軟件一般直接讀取數(shù)控程序，模仿數(shù)控系統(tǒng)逐段翻譯，并模擬執(zhí)行，利用三維真實(shí)感圖形

顯示技術(shù)，模擬整個(gè)工藝系統(tǒng)的狀態(tài)，還可以在一定程度上模擬加工過(guò)程中的聲音等，提供

更加逼真的加工環(huán)境效果。

目前，一些專(zhuān)家學(xué)者正在研究開(kāi)發(fā)考慮加工系統(tǒng)物理學(xué)和力學(xué)特性情況下的虛擬加工，

一旦成功，數(shù)控加工仿真技術(shù)將發(fā)生質(zhì)的飛躍。

6.3.3CAXA制造工程師2006加工仿真

利用CAXA制造工程師2006軟件實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程仿真時(shí)，模擬刀具沿軌跡走刀，實(shí)現(xiàn)對(duì)

毛坯的切削的動(dòng)態(tài)圖像顯示。這個(gè)仿真過(guò)程是通過(guò)軌跡仿真器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，具體有關(guān)軌跡仿

真器的使用方法，請(qǐng)參考CAXA制造工程師2006軟件中軌跡仿真器的“幫助”文件。操作

者通過(guò)此處的軌跡仿真命令拾取到相關(guān)的軌跡后，單擊鼠標(biāo)右鍵確認(rèn)后即可調(diào)入軌跡仿真

器進(jìn)行仿真。

CAXA制造工程師2006通過(guò)軌跡仿真可以直觀、精確地對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行模擬仿真。不

僅如此，在仿真實(shí)施過(guò)程中還可以實(shí)現(xiàn)如下功能：

(1)調(diào)節(jié)仿真加工的速度，可以隨意放大、縮小、旋轉(zhuǎn)，以便于觀察細(xì)節(jié)內(nèi)容。

(2)顯示多道加工軌跡的狀態(tài)結(jié)果。

(3)可以檢查刀柄干涉、快速移動(dòng)過(guò)程中的干涉、刀具無(wú)切削刃部分的干涉情況。

(4)可以將切削殘留量用不同顏色區(qū)分表示，并把切削仿真結(jié)果與零件理論形狀進(jìn)行

比較等。

CAXA制造工程師2006仿真加工提供了豐富的粗、精加工及其他加工方式。其中粗加

工方式有:平面區(qū)域粗加工、區(qū)域式粗加工、等高線(xiàn)粗加工、等高線(xiàn)粗加工2、擺線(xiàn)式粗加工

等8種方式;精加工方式有:平面輪廓精加工、參數(shù)線(xiàn)精加工、掃描線(xiàn)精加工、輪廓線(xiàn)精加工

等12種方式。在進(jìn)行軌跡仿真運(yùn)行之前，需要對(duì)采取的加工方式設(shè)置一些工藝參數(shù)。如刀

具參數(shù)、機(jī)床參數(shù)、切入切出參數(shù)、下刀方式、加工邊界等，每種加工方式下刀具軌跡的生

成都會(huì)涉及相關(guān)的參數(shù)。

用戶(hù)可以單擊“加工”下拉菜單中任意一種加工方式，例如單擊主菜單中的“加工”一

“粗加工”f“區(qū)域式粗加工”，此時(shí)彈出如圖6-41所示的對(duì)話(huà)框。在設(shè)定各種參數(shù)時(shí)，結(jié)

合6.1節(jié)的數(shù)控加工基礎(chǔ)知識(shí)完成，具體的操作過(guò)程在第7章中再詳細(xì)介紹。對(duì)話(huà)框中各項(xiàng)

內(nèi)容設(shè)定后，單擊“確定”按鈕完成設(shè)置便開(kāi)始隨后的交互過(guò)程;單擊“取消”按鈕取消當(dāng)

前的命令操作;單擊“懸掛”按鈕表示加工軌跡并不立即生成，交互結(jié)束后并不計(jì)算加工軌

跡，而是在執(zhí)行軌跡生成批處理命令時(shí)才開(kāi)始計(jì)算。這樣就可以將很多計(jì)算復(fù)雜、耗時(shí)較長(zhǎng)

的軌跡生成任務(wù)準(zhǔn)備好，等到空閑的時(shí)間再開(kāi)始計(jì)算，大大提高了工作效率。如圖6-44所

示為U盤(pán)模型的粗、精加工刀具軌跡生成及仿真加工的結(jié)果。

圖6-44U盤(pán)模型的粗、精加工刀具軌跡生成及仿真加工的結(jié)果

思考與練習(xí)

6-1什么是順銃?什么是逆銃?數(shù)控機(jī)床的順銃和逆銃有何特點(diǎn)？

6-2適合數(shù)控銃削加工的主要加工對(duì)象有哪些？

6-3根據(jù)控制系統(tǒng)的功能特點(diǎn)，數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式分為哪幾類(lèi)？

6-4何謂數(shù)控編程中的刀具軌跡和刀位點(diǎn)？

6-5何謂加工過(guò)程仿真?數(shù)控加工過(guò)程仿真的目的是什么？

6-6CAXA制造工程師200