數(shù)字化精密制造基礎 課件全套 趙明威 第1-13章 緒論、SurfMill基礎知識-后置處理

數(shù)字化精密制造基礎

第一章緒論三、數(shù)字化精密加工系統(tǒng)二、數(shù)字化精密制造技術一、制造業(yè)及先進制造技術目錄一、制造業(yè)及先進制造技術

正文制造業(yè)是一個國家經濟發(fā)展的重要支柱，在國民經濟中載有重要份額。自18世紀中葉起，制造業(yè)的發(fā)展為國家的經濟增長提供了源源不斷的動力。迄今為止，制造業(yè)經歷了機械化、電氣化、信息化三次跳躍，從生產方式、制造技術、資源配置等方面歷經了幾次重大變革。近年來，信息技術與網絡技術的快速發(fā)展大大推動了大數(shù)據、物聯(lián)網、云計算等新技術的突破，加速了制造業(yè)的信息化融合，促使制造業(yè)目前正在向智能化的第四次工業(yè)革命邁進。

作為現(xiàn)代制造業(yè)的重要基礎，先進制造技術有效地促進了我國制造業(yè)的快速發(fā)展，使其適應市場全球化的趨勢，推動著新一輪產業(yè)變革的深入發(fā)展。在先進制造技術不斷發(fā)展的推動下，我國制造業(yè)不斷向著高端化、智能化、綠色化的生產方式變革與進步，而且對動態(tài)、多變個性化商品市場的適應能力和競爭能力不斷增強。

（一）制造業(yè)的內涵與發(fā)展

1.制造與制造業(yè)（1）制造的概念與內涵

所謂制造，就是人們以市場需求為導向，依據自身掌握的知識和技能，借助于必要的能源和生產工具，采用合理的工藝方法和技術手段，將原材料轉化為最終產品并投入市場的過程。

制造在內涵上可分為廣義制造與狹義制造兩類，廣義制造包括從市場調研與分析、產品設計、工藝制定、加工裝配、質量檢測與保證、生產管理、市場營銷、銷售服務直至產品報廢處理的制造企業(yè)生產經營活動的全過程，而狹義制造則是與日常所理解的產品加工或制作，是在生產車間通過加工、裝配等生產步驟，使原材料成為成品的生產過程。制造理論與技術制造工藝與方法制造精度控制與測量制造信息獲取與分析（2）制造系統(tǒng)

制造系統(tǒng)是由軟件、硬件及相關人員組成的能夠實現(xiàn)某些特定功能的整體，是為了完成某些制造目標而構建的物理系統(tǒng)。其中，軟件包括各種制造理論與技術、制造工藝與方法、制造精度控制與測量、制造信息獲取與分析等，硬件包括廠房基礎設施、能源、生產設備、工具材料以及各種輔助裝置，相關人員是指在制造過程中的承擔不同崗位任務的設計、制造、檢測、管理與銷售等人員。軟件基礎設施能源、生產設備工具材料輔助裝置硬件（3）制造業(yè)

制造業(yè)是指按照市場要求，通過制造過程將物料、能源、設備、工具、資金、技術、信息和人力等制造資源轉化為可供人們使用和利用的大型工具、工業(yè)品與生活消費產品的行業(yè)，涵蓋國民經濟中的眾多行業(yè)。根據我國國民經濟行業(yè)分類標準（GB/T4754-2017），我國制造業(yè)包括食品制造業(yè)、紡織業(yè)、家具制造業(yè)、醫(yī)藥制造業(yè)、金屬制品業(yè)、通用設備制造業(yè)、專用設備制造業(yè)、汽車制造業(yè)等共計31個大類。根據我國機械工業(yè)行業(yè)分類，機械制造業(yè)包含了13個行業(yè)大類（表1-1-1），這些大行業(yè)又被細分為126個小行業(yè)。序號行業(yè)分類序號行業(yè)分類1農業(yè)機械工業(yè)行業(yè)8機床工具工業(yè)行業(yè)2內燃機工業(yè)行業(yè)9電工電器工業(yè)行業(yè)3工程機械工業(yè)行業(yè)10機械基礎件工業(yè)行業(yè)4儀器儀表工業(yè)行業(yè)11食品包裝機械工業(yè)行業(yè)5文化辦公設備行業(yè)12汽車工業(yè)行業(yè)6石油化工通用機械工業(yè)行業(yè)13其他民用機械工業(yè)行業(yè)7重型礦山機械工業(yè)行業(yè)

表

機械工業(yè)行業(yè)分類

2.制造業(yè)的地位及作用一般來說，國民經濟產業(yè)結構可分為農業(yè)、工業(yè)和服務業(yè)三大產業(yè)，制造業(yè)、建筑業(yè)、采掘業(yè)以及煤、電、水、氣的生產供應業(yè)等隸屬于工業(yè)類，因此，制造業(yè)屬于第二產業(yè)?？蔀槭袌鎏峁└黝愃璧纳唐?，是提高消費水平的主要物質基礎。是確保農業(yè)基礎地位、支持服務業(yè)更快更好發(fā)展的重要條件。是加快農業(yè)勞動力轉移和就業(yè)的重要途徑。是加快發(fā)展科學技術和教育事業(yè)的重要物質支撐。是影響發(fā)展對外貿易的關鍵因素。制造業(yè)是加快信息產業(yè)發(fā)展的物質基礎。其技術發(fā)展是實現(xiàn)社會經濟穩(wěn)定增長的物質保證。為實現(xiàn)軍事現(xiàn)代化和保障國家安全提供裝備基礎。制造業(yè)的地位及作用

3.制造業(yè)的發(fā)展與未來自第一次工業(yè)革命至今已有兩百多年歷史，制造業(yè)無論在生產方式、制造技術，還是在資源配置方式等方面均經歷了多次重大的變革。

（二）制造業(yè)主要發(fā)展戰(zhàn)略

1.工業(yè)4.0

時間軸18世紀末20世紀初蒸汽機1970年代初今天電力廣泛應用自動化、信息化信息物聯(lián)系統(tǒng)工業(yè)1.0創(chuàng)造機器工廠的“蒸汽時代”工業(yè)2.0將人類帶入分工明確、大批量生產的流水線模式和“電氣時代”工業(yè)3.0應用電子信息技術進一步提高生產自動化水平工業(yè)4.0開始應用信息物理融合系統(tǒng)(CPS)

復雜性體能智能

2.工業(yè)互聯(lián)網工業(yè)互聯(lián)網是以美國通用電氣為首的企業(yè)聯(lián)盟倡導的未來制造業(yè)發(fā)展新模式，強調通過智能機器間的連接，結合軟件和大數(shù)據技術來重構全球制造業(yè)。工業(yè)互聯(lián)網的核心內容充分發(fā)揮互聯(lián)網、數(shù)據采集、大數(shù)據和云計算的作用，為基于互聯(lián)網的工業(yè)應用打造一個穩(wěn)定、可靠、安全、實時、高效的全球工業(yè)互聯(lián)網絡，將智能化的機器與機器、機器與人之間進行連通，幫助人類和機器設備做出智能分析和決策，以全面提升整個工業(yè)產業(yè)鏈的工作效率。工業(yè)互聯(lián)網的特點是通用互聯(lián)網的擴展和延伸，旨在將人、數(shù)據和機器連接起來，引導研發(fā)、服務等環(huán)節(jié)新模式、新業(yè)態(tài)的產生，推動整個產業(yè)生態(tài)體系的變革。側重于軟件、網絡和大數(shù)據技術。強調生產制造的效率目標，關注基于聯(lián)網設備的數(shù)據采集、分析和價值轉化。3.中國制造2025“中國制造2025”是我國應對全球新一輪科技革命和產業(yè)變革，提升制造業(yè)全球競爭力的重要舉措，也是著眼于國際國內經濟社會發(fā)展、產業(yè)變革大趨勢所制定的一個長期戰(zhàn)略性規(guī)劃，是實現(xiàn)為世界制造業(yè)提供中國力量的戰(zhàn)略支撐。到新中國成立一百年時進入世界強國第一方陣，建成全球領先的技術體系和產業(yè)體系，成為具有全球引領影響力的制造強國。到2035年成為名副其實的工業(yè)強國，制造強國綜合指數(shù)達到世界制造強國陣營中的中等水平，創(chuàng)新能力大幅提升，優(yōu)勢行業(yè)形成全球創(chuàng)新引領能力，制造業(yè)整體競爭能力顯著增強。到2025年基本實現(xiàn)工業(yè)化，使中國制造業(yè)邁入制造強國行列，制造強國綜合指數(shù)接近德國、日本，達到工業(yè)化時代的制造強國水平。第一步第二步第三步“中國制造2025”所規(guī)劃重點發(fā)展的十大領域包括信息技術、機床、航空航天、海洋與船舶等。當前，人工智能、大數(shù)據、云計算、物聯(lián)網、區(qū)塊鏈等現(xiàn)代信息技術快速發(fā)展并與制造業(yè)深度融合，推進了制造業(yè)數(shù)字化轉型，引發(fā)了影響深遠的產業(yè)變革，更體現(xiàn)了《二十大報告》對“推動制造業(yè)高端化、智能化、綠色化發(fā)展”的要求。制造業(yè)是我國經濟命脈所系，是立國之本、強國之基。推進新型工業(yè)化，意味著要促進我國制造業(yè)步入全球價值鏈的中高端，攻關“卡脖子”核心制造技術，推動制造業(yè)產業(yè)鏈、供應鏈多元化，促進先進制造業(yè)和現(xiàn)代服務業(yè)深度融合，夯實新發(fā)展格局的產業(yè)基礎，為全面建設、建成制造強國提供有力支撐。

（三）先進制造技術內涵與發(fā)展現(xiàn)狀

1.先進制造技術的背景（1）社會經濟背景消費者需求：主題化、個性化和多樣化，產品壽命周期不斷縮短全球化市場競爭：要求制造型企業(yè)在交貨周期T、產品質量、產品成本、客戶服務及環(huán)境友善性

等方面滿足競爭需求。（2）科學技術背景制造技術進步：傳統(tǒng)制造技術與材料、電子、信息、控制等技術融合。現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展：信息化與工業(yè)化融合使制造業(yè)成為技術密集與知識密集型產業(yè)。（3）可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略背景

資源匱泛，污染嚴重，可持續(xù)發(fā)展要求。

在上述社會經濟、科學技術及可持續(xù)發(fā)展背景下，由美國率先提出了先進制造技術，以獲取全球范圍的競爭優(yōu)勢。2.先進制造技術的內涵與特征（1）先進制造技術內涵先進制造技術（AdvancedManufacturingTechnology，AMT）是傳統(tǒng)制造技術結合微電子、自動化、信息化等先進技術形成的新型制造技術概念。具體地說，就是指集機械工程技術、電子技術、自動化技術、信息技術等多種技術為一體所產生的技術、設備和系統(tǒng)的總稱。（2）先進制造技術特征實用性：不追求技術的高新程度，注重實際效果的實用技術。應用廣泛性：涉及產品設計、生產制造、銷售服務等全生命周期所有技術。發(fā)展動態(tài)：在不斷吸收各類高新技術，其內涵在不斷的更新與變化。技術集成：是機械、電子、信息、材料和管理等技術的集成。系統(tǒng)性：能夠駕馭生產過程中的物質流、信息流和能量流的系統(tǒng)工程。強調優(yōu)質、高效、低耗、清潔、靈活的生產。最終目標是提高市場響應能力和競爭能力。3.先進制造技術的分類（1）現(xiàn)代設計技術現(xiàn)代設計技術則是以滿足應市產品的質量、性能、時間、成本、效益最優(yōu)為目的，以計算機輔助設計為主體，以多種科學方法及技術為手段，在創(chuàng)新、研究、改進產品過程中所用到的技術群體的總稱。（2）先進制造工藝技術高效精密成形技術、高效高精度切削加工工藝、現(xiàn)代特種加工工藝、現(xiàn)代表面工程技術等。（3）制造自動化技術采用自動化的制造技術，可以大大減輕操作者的勞動強度，提高生產率和產品質量，降低制造成本，增強企業(yè)市場競爭力。制造自動化技術的發(fā)展加速了制造業(yè)由勞動密集型向技術密集和知識密集型產業(yè)轉變的步伐，是制造業(yè)技術進步的重要標志。（4）現(xiàn)代企業(yè)信息化管理技術應用計算機網絡，在企業(yè)生產經營、管理決策、研究開發(fā)、市場營銷等產品全生命周期內，通過對信息和知識資源的有效開發(fā)利用，重構企業(yè)組織結構和業(yè)務流程，以提高企業(yè)的市場競爭力。（5）數(shù)字化制造與智能制造技術數(shù)字化制造就是指制造領域的數(shù)字化，它是制造技術、計算機技術、網絡技術與管理科學的交叉、融和、發(fā)展與應用的結果。二、數(shù)字化精密制造技術

（一）數(shù)字化制造

1.數(shù)字化的提出當前，數(shù)字化的提法已經席卷全國，從數(shù)字化社會到數(shù)字化城市、數(shù)字化工廠以及數(shù)字化裝備等，數(shù)字化儼然成了信息化和智能化的代名詞。早期的數(shù)字化限于工程學上的“數(shù)字信號處理”，是指將連續(xù)變化的輸入（信號）轉變（表示）成不連續(xù)的標準單元的過程。

2.數(shù)字化制造的主要內容數(shù)字化制造主要依靠軟件，實現(xiàn)產品設計、加工、裝配等環(huán)節(jié)相關數(shù)據的可視化，包括計算機輔助設計、計算機輔助工程分析、計算機輔助制造、計算機輔助工藝規(guī)劃、產品數(shù)據管理、逆向工程等。主要內容英文名稱具體內涵計算機輔助設計ComputerAidedDesign/CAD綜合應用計算機及其相關技術輔助設計人員進行產品設計的技術。由早起的計算機輔助繪圖發(fā)展至現(xiàn)在的計算機輔助產品設計、分析、優(yōu)化的綜合性技術。計算機輔助工程ComputerAidedEngineering/CAE通常指有限元分析和機構的運動學及動力學分析。有限元分析可完成力學分析（線性、非線性、靜態(tài)、動態(tài)）、場分析（熱場、電場、磁場等）、頻率響應和結構優(yōu)化等；機構分析能完成機構內零部件的位移、速度、加速度和力的計算，機構的運動模擬及機構參數(shù)的優(yōu)化。計算機輔助制造ComputerAidedManufacturing/CAM能根據CAD模型自動生成零件加工的數(shù)控代碼，對加工過程進行動態(tài)模擬、同時完成在實現(xiàn)加工時的干涉和碰撞檢查。簡單來說，CAM就是用數(shù)控機床按數(shù)字量控制刀具運動，完成零件加工。計算機輔助工藝規(guī)劃ComputerAidedProcessPlanning/CAPP借助于計算機軟硬件技術和支撐環(huán)境，利用計算機進行數(shù)值計算、邏輯判斷和推理等的功能來制定零件機械加工工藝過程，可以解決手工工藝設計效率低、一致性差、質量不穩(wěn)定、不易達到優(yōu)化等問題。產品數(shù)據管理ProductDataManagement/PDMPDM系統(tǒng)除了管理產品整個生命周期內的全部數(shù)據外，還要對相關的市場需求、分析、設計與制造過程中的全部更改歷程、用戶使用說明及售后服務等數(shù)據進行統(tǒng)一有效的管理。逆向工程ReverseEngineering/RE對實物進行快速測量，并反求為可被3D軟件接受的數(shù)據模型，進而對模型進行修改和詳細設計，達到快速開發(fā)新產品的目的。

（二）精密加工技術

1.精密加工的內涵從技術上來看，精密加工主要指的是精密切削加工（如金剛鏜、精密車削、寬刃精刨等）和高光潔高精度磨削。精密加工的加工精度一般在0.1～1μm，表面粗糙度Ra在0.1μm以下。2.精密加工的特點精密加工是以精度高、剛性好的機床和精細刃磨的刀具為基礎，用很高或極低的切削速度、很小的切深和進給量在工件表面切去極薄一層金屬的過程，顯然，這個過程能顯著提高零件的加工精度，極大地提高了加工表面質量。3.典型的精密加工技術（1）高速切削加工技術高速切削加工是集高效、優(yōu)質、低耗于一身的先進制造技術。

與傳統(tǒng)切削加工相比，高速切削加工發(fā)生了本質性的飛躍，其單位功率的金屬切除率可提高30%～40%，切削力可降低30%，刀具的切削壽命可提高70%，留于工件的切削熱大幅降低。高速切削比常規(guī)切削速度高出了一個數(shù)量級，其切削機理和切削特征有很大不同，具有切削力低、熱變形小、材料切除率高、加工質量高等特點。（2）在機測量技術所謂在機測量，就是以機床硬件為載體，附以相應的測量工具，在機床上完成零件幾何特征測量的測量方式。

在機測量除了用于零件尺寸和精度的測量，還可以用于工件的找正、刀具破損檢測、機床健康狀態(tài)檢測以及加工誤差補償和參數(shù)設置，對提高加工精度、構造大閉環(huán)系統(tǒng)有重要指導意義，尤其對復雜曲面來說，工件越復雜，精度要求越高，其優(yōu)勢越明顯。工件在機檢測系統(tǒng)硬件示意圖刀具在機檢測系統(tǒng)硬件示意圖

（三）數(shù)字化精密制造典型案例

1.七級葉輪葉輪采用數(shù)字化工藝方法，讓傳統(tǒng)的基于經驗的加工變成一種規(guī)范化的操作。該案例中應用虛擬加工技術、在機測量技術、過程管控技術，從毛坯的來料檢測，到小批量的產品加工，從CAM軟件的編程、刀具的優(yōu)化以及加工工藝等方面形成了一套完整的、可量化、可管控的加工方案。

2.精密磨削以現(xiàn)有高速加工中心為基礎，集成一套完整的、成熟的磨削體系，如圖1-2-3所示。從設備端的磨削防護系統(tǒng)、磨削過濾系統(tǒng)、砂輪修整器、清潔刀柄等方面著手，采用數(shù)字化精密制造在機測量技術、數(shù)控磨削專用功能、CAM軟件編程等，實現(xiàn)精密磨削方案。三、數(shù)字化精密加工系統(tǒng)

（一）精密制造系統(tǒng)

1.精密制造系統(tǒng)概念精密制造系統(tǒng)是在計算機統(tǒng)一控制下，將加工、刀具、夾具、檢測等系統(tǒng)連接起來，構成適合于多品種、中小批量生產的一種先進制造系統(tǒng)，也是當前制造技術水平層次最高、應用較為廣泛的機械制造裝備。

2.精密制造系統(tǒng)的組成精密制造系統(tǒng)主要分為加工子系統(tǒng)、物料運儲子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)三大部分，具體包括加工子系統(tǒng)、工件運儲子系統(tǒng)、刀具運儲子系統(tǒng)、夾具子系統(tǒng)、在機測量子系統(tǒng)、計算機控制子系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)，除了上述基本組成部分之外，精密制造系統(tǒng)還包含冷卻潤滑系統(tǒng)、切屑輸運系統(tǒng)、自動清洗裝置等附屬系統(tǒng)。刀具運儲子系統(tǒng)包括中央刀庫、機床刀庫、刀具裝卸站、刀具輸運車、工業(yè)機器人、換刀機械手等。精密制造系統(tǒng)工件運儲子系統(tǒng)

對工件、原材料以及成品件的自動裝卸、輸運和存儲等，由工件裝卸站、自動化輸運小車、工業(yè)機器人、自動化倉庫等組成。計算機控制子系統(tǒng)負責精密制造系統(tǒng)計劃調度、運行控制、物流管理、系統(tǒng)監(jiān)控和網絡通信等任務。夾具子系統(tǒng)精密制造系統(tǒng)所加工的零件類型較多，要求機床夾具的結構種類不一。精密制造系統(tǒng)夾具的合理選用將直接影響工件裝夾時間及裝夾穩(wěn)定性。在機測量子系統(tǒng)以機床硬件為載體，附以相應的測量工具，在工件加工過程中，實時在機床上進行工件幾何特征的測量。軟件系統(tǒng)

利用計算機和CAM軟件進行仿真加工，輸入信息是零件的工藝路線和工序內容，輸出信息是刀具加工時的運動軌跡和數(shù)控程序。加工子系統(tǒng)

由多臺CNC機床、加工中心以及其他如測量機、動平衡機和各種特種加工設備組成。圖示為典型的精密制造系統(tǒng)，由JDMR600機床、JDCT800機床、庫卡機器人等組成，配置人機交互系統(tǒng)、人工裝載站、固定式串聯(lián)料庫、地軌、裝夾系統(tǒng)、電子芯片管理系統(tǒng)、JMS中央控制系統(tǒng)等，通過數(shù)字化技術的應用實現(xiàn)精密零件的加工制造，提升零件加工品質，提高企業(yè)整體數(shù)字化覆蓋率，有效解決實際生產過程中各類問題。

（二）數(shù)字化精密加工系統(tǒng)的優(yōu)越性

1.提升了精密加工系統(tǒng)的安全性與可靠性當前精密數(shù)控加工主要采取“軟件驅動設備”的作業(yè)模式，既在軟件端編寫程序，然后將程序導入設備中，驅動設備進行加工。然而，伴隨著加工設備的精密化與復雜化，其使用風險也有所增加。以五軸高速加工中心為例，由于加入旋轉軸的運動，因此在加工過程中存在碰撞風險。

機床出現(xiàn)碰撞后，容易引發(fā)安全事故，增加機床維修成本，并且造成不必要的貨期延誤損失。因此，需要借助基于數(shù)字孿生的數(shù)字化精密制造技術來提升精密數(shù)控加工作業(yè)的安全性及可靠性。刀柄與工件碰撞刀柄與工件碰撞

2.提高了精密加工系統(tǒng)的生產效率精密數(shù)控加工首先要進行工藝編程，然后再上機加工。但在常規(guī)的精密數(shù)控加工作業(yè)模式下，由于工藝編程和上機加工階段存在信息“裂縫”，在上機試制階段常出現(xiàn)生產停滯或“返工”調試問題，嚴重影響生產效率。因此，需要借助數(shù)字化精密制造技術增強加工過程的連續(xù)性，提高生產效率。

3.提升了精密加工系統(tǒng)的資源使用效率由于信息“裂縫”的存在，工藝編程階段將無法獲取工廠實際的物資情況，導致空閑設備、物資不能得到有效利用，極大影響設備、物資使用效率。因此，需要借助數(shù)字化精密制造技術提升精密數(shù)控加工作業(yè)的資源使用效率。

（三）數(shù)字化精密加工系統(tǒng)的重要載體與工具——CAM軟件基于數(shù)字孿生技術的CAM軟件，允許用戶在軟件中根據真實的加工環(huán)境（物理模型）搭建一個虛擬的加工環(huán)境（數(shù)字環(huán)境），包括機床、夾具、工件、刀具刀柄等模型。在這種編程模式下，數(shù)字模型和物理模型在不同的階段都保持著映射關系，這就是在CAM軟件中引入數(shù)字孿生（DigitalTwin）技術的理念，這項技術稱為虛擬加工技術。我國在CAM軟件的研發(fā)方面已由原來的引進、模仿、追趕發(fā)展到與國外軟件功能同步甚至超越的水平，誕生了多種具有自主知識產權的CAM軟件，如JDSoftSurfMill、中望3D、CAXA制造工程師、SINOVATION等?；谝陨螩AM軟件，虛擬加工技術將軟件編程、生產準備和實際加工過程串聯(lián)起，推進了工藝、工具、機床之間的深度融合，使得整個生產過程安全可控。

1.從物理實體到軟件環(huán)在CAM軟件編程時可使用的設備、物料都是生產實際中真實存在的，編程人員可以在現(xiàn)有資源基礎上進行工藝規(guī)劃和編程。在規(guī)劃刀具軌跡時，程序會自動檢測各種碰撞風險，用戶可以根據軟件提示優(yōu)化軌跡，生成安全可靠的路徑。

2.從軟件編程到實際加工根據在CAM軟件編程時使用的物料進行生產準備，將計算得到的路徑輸入到機床上后，可以直接加工，整個過程就像數(shù)字環(huán)境下切削形態(tài)在真實加工環(huán)境下的再現(xiàn)。虛擬加工技術有助于降低精密數(shù)控加工的編程難度和多軸機床的使用難度。

3.從軟件編程到實際加工數(shù)字化精密加工系統(tǒng)的構建主要包括三步：①安裝（升級）CAM軟件，為軟件中的物料映射提供基礎；②映射物理加工環(huán)境，即把真實生產環(huán)境中的所有物料信息映射到軟件環(huán)境中；③使用建立好的系統(tǒng)編程加工，并進行驗證和調整。（1）機床的映射該映射包括機床模型的幾何參數(shù)、主軸信息和數(shù)控系統(tǒng)信息，如圖1-3-4所示。機床仿真時根據機床幾何參數(shù)進行碰撞檢查；機床的主軸信息用于在添加刀柄時作為篩選條件，使選擇的刀柄與主軸適配，保證刀柄選擇合理。（2）刀具和刀柄的映射系統(tǒng)刀具庫是刀具庫房在軟件中的映射。構建系統(tǒng)時根據現(xiàn)場刀具庫房的實際情況，錄入庫房所有刀具，依此定制用戶專屬的系統(tǒng)刀具庫。軟件系統(tǒng)刀具庫中每一把刀具的基本信息、刀具參數(shù)、推薦加工參數(shù)都與庫房中的刀具相對應；系統(tǒng)刀柄庫是刀柄庫房在軟件中的映射，包含庫房中所有的刀柄型號。構建系統(tǒng)時根據現(xiàn)場刀柄庫房的實際情況錄入刀柄信息，定制客戶專屬的系統(tǒng)刀柄庫。（3）夾具的映射系統(tǒng)夾具庫是夾具庫房在軟件中的映射，主要分為標準夾具和非標準夾具兩大類。標準類夾具主要指的是常用夾具，可以直接進行系統(tǒng)調用；非標準夾具主要指根據零件造型設計的非通用夾具，需在系統(tǒng)中構建夾具模型來滿足虛擬裝夾要求。

（四）數(shù)字化精密加工系統(tǒng)的應用以某鋁合金樣件為例，介紹數(shù)字化精密加工系統(tǒng)的應用方法。已知工件材料為ADC12壓鑄鋁合金，質量為3.18kg，尺寸為373.3mm×298.3mm×208mm，需完成圖中①②③④所示幾個部位面和孔的加工。

1.編程階段（1）加載文件模板加載文件模板就是選擇虛擬機床制造環(huán)境的過程，本例中選擇采用北京精雕五軸高速加工中心JDGR400_A15SH完成此零件的加工。

（2）導入加工模型導入工件模型，并從系統(tǒng)夾具庫中加載夾具模型，按照裝夾狀態(tài)調整好工件與夾具之間的位置關系。（3）建立刀具表從系統(tǒng)刀具庫中選擇加工所需的所有刀具，并依次修改刀具輸出編號、加工速度及加工參數(shù)，完成刀具的添加。刀具選擇刀柄選擇參數(shù)修改（4）編制程序工件需采用單線切割加工方法，在計算加工路徑時，軟件自動完成過切檢查和刀柄碰撞檢查，生成加工路徑。計算結束后，提示信息包括路徑的安全情況（有無過切或碰撞）及刀具裝夾指導信息。刀具選擇（5）機床仿真機床仿真是將工件擺上機床模型后進行的，可以看作是實際加工狀態(tài)在軟件里的模擬。其目的在于檢查機床鈑金與工件夾具之間是否存在干涉，以及各個運動軸是否有超程現(xiàn)象。機床仿真（6）輸出工藝文件和NC程序工藝文件中包含了輸出路徑及所用物料的各類信息，是溝通編程與加工的重要橋梁，程序文件中包含程序中包含了加工路徑、測量路徑、刀具信息及管控信息等，可通過移動存儲器保存至機床端，為后續(xù)加工提供數(shù)據支撐。工藝文件

2.加工過程加工前，機床操作人員需對照工藝文件進行刀具、刀柄、毛坯和夾具等物料的準備工作，并進行工件的裝夾。按下程序啟動鍵后，機床可以自動按程序設計運行，完成工件加工。綜上所述，相比于傳統(tǒng)編程和加工過程，基于CAM軟件和虛擬加工技術的數(shù)字化精密加工系統(tǒng)不再拘泥于“編程”這個概念，而是承擔起連接編程上下游環(huán)節(jié)的角色，其變化是顯而易見的：第一，規(guī)范的編程流程和全程安全檢查降低了程序本身的風險；第二，編程人員在CAM軟件端就能看到所有可用資源，程序輸出帶有完整的物料信息，打通了編程和加工的壁壘，提升了加工效率和資源使用率；第三，從編程到加工的各個環(huán)節(jié)，均可避免因誤操作帶來的撞機風險。通過數(shù)字化精密加工系統(tǒng)的搭建和規(guī)范使用，使整個生產過程變得安全可控。

（五）數(shù)字化精密加工系統(tǒng)的維護與升級通過上述案例可以知道，數(shù)字化精密加工系統(tǒng)可有效地將虛擬仿真與實際加工過程聯(lián)系起來，將CAM軟件的作用從單一的編程工具拓展到現(xiàn)場管理。然而在實際生產中，數(shù)字化精密加工系統(tǒng)并不是一成不變，需根據用戶及加工現(xiàn)場的實際情況動態(tài)地進行維護與升級。其中，CAM軟件的升級維護和設備更新的部分由系統(tǒng)廠商負責，而后續(xù)現(xiàn)場數(shù)據庫的更新與維護則可由用戶自己完成。刀具形態(tài)和切削參數(shù)更新刀具庫更新內容主要包括刀具的幾何參數(shù)和綁定在刀具上的推薦切削參數(shù)，可由用戶自行更新。夾具數(shù)據更新由用戶將新增夾具模型導入到系統(tǒng)軟件中，方便編程人員在編程時從系統(tǒng)夾具庫中調用。根據行業(yè)特點形成專業(yè)編程模式制造廠商可根據不同行業(yè)工件的工藝特點，為其制作適用的編程模板和軟件界面，確保系統(tǒng)編程和仿真過程符合行業(yè)習慣。刀柄數(shù)據更新刀柄數(shù)據庫的更新與刀具類似，用戶可依據刀柄的變化在系統(tǒng)刀柄庫中進行增減和修改?，F(xiàn)場數(shù)據庫的維護機床數(shù)據更新制造廠商需要以用戶現(xiàn)場添加的新型號機床為依據，在系統(tǒng)機床庫中添加機床模型，并確保編程中計算和模擬時使用的機床模型參數(shù)與真實機床相對應。數(shù)字化精密制造基礎

第二章

SurfMill基礎知識三、SurfMill軟件編程實現(xiàn)過程二、數(shù)字化精密制造技術一、SurfMill軟件概述目錄一、SurfMill軟件概述SurfMill軟件是北京精雕科技集團有限公司自主研發(fā)一款通用且極具特色的CAD/CAM軟件，是絕佳的數(shù)字化精密制造載體。它具有完善的基于曲面造型的設計功能，包含豐富的平面加工和曲面加工策略，具有專業(yè)的智能化在機檢測程序編制功能模塊，具備完善且開放的制造數(shù)據庫，為用戶提供可靠的數(shù)字化精密制造平臺，能夠有效支撐基于制造工藝的數(shù)字端虛擬驗證，同時具備葉輪加工、齒輪加工等專業(yè)領域制造解決方案，被廣泛應用于精密模具制造、精密電極制造、光學模具制造、精密零件制造等行業(yè)。

（一）SurfMill軟件簡介

（二）SurfMill軟件的安裝STEP1：運行SurfMillX64安裝包，彈出安裝界面，如圖2-1-1所示，軟件提供了三種語言環(huán)境，選擇安裝語言，單擊下一步，開始安裝；STEP2：接受用戶協(xié)議，勾選“我接受許可證協(xié)議中的條款（A）”，點擊下一步，如圖2-1-2所示；

STEP3：選擇SurfMill安裝路徑，點擊下一步；STEP4：選擇所需要的安裝類型，點擊下一步，軟件開始進行安裝；

STEP5：安裝完成，單擊“完成”按鈕。二、SurfMill軟件功能SurfMill主窗口主要由快速訪問工具欄、菜單欄、Ribbon區(qū)、導航工作區(qū)、狀態(tài)提示欄、工具條、繪圖區(qū)和參數(shù)輸入區(qū)組成，包括2D繪制、3D造型和加工三大工作環(huán)境。

（一）軟件工作環(huán)境

1.快速訪問工具欄顯示快速訪問工具，例如：打開、新建、保存等。

2.菜單欄菜單欄將系統(tǒng)的功能通過主菜單及其各級子菜單進行分類管理，系統(tǒng)中大多數(shù)命令都可以從菜單中啟動。由于SurfMill引入Ribbon區(qū)，所以默認將菜單隱藏起來，用戶可以根據需要調出菜單。

3.Ribbon區(qū)

Ribbon區(qū)將常用功能入口放置在各個標簽中，便于用戶快速啟動命令。在不同的工作環(huán)境下，其顯示的標簽也不同。它主要包含的公共標簽有：文件、編輯、分析和幫助。用戶可以控制標簽和命令的顯示及隱藏?！拔募辈藛沃饕糜趧?chuàng)建、保存、輸入、輸出文件和系統(tǒng)設置等操作；“編輯”菜單主要用于對圖層、當前視圖和坐標系等進行操作；“分析”菜單主要提供了如長度、角度、曲面曲率分析等實用的工具；“幫助”菜單主要提供了使用軟件所遇到的各種問題的解決辦法。4.導航工作區(qū)導航區(qū)主要是提供一種快捷的操作導航工具，用于引導用戶進行與當前狀態(tài)或操作相關的工作。主要包含2D繪制、3D造型和加工導航區(qū)。當進行命令操作時，會增加“命令”導航區(qū)。5.狀態(tài)提示欄狀態(tài)欄主要是為了提示當前操作處于什么狀態(tài)，以便能作出下一步操作。

6.工具條工具條匯集了比較常用的工具，可以不必通過菜單層層選擇，只需要通過單擊各種工具按鈕，即可進入命令。每個人經常使用的工具是不一樣的，因此SurfMill提供了定制功能，用戶可以根據自己的使用情況來定制工具欄。另外，當工具圖標右側有

符號時，表示這是一個工具組，其中包含數(shù)量不等功能相近的工具按鈕，單擊該符號便會展開相應的列表框。點擊工具條右上方，可以自定義添加、刪除按鈕到工具條。

7.繪圖區(qū)在工作界面中最大的區(qū)域，是進行模型設計和顯示的場所；系統(tǒng)允許用戶修改繪圖區(qū)中的背景顏色。8.參數(shù)輸入區(qū)主要用于輸入點的坐標值和快速啟動命令；例如：（1）輸入點坐標；（2）輸入快速啟動命令的別名：L。2D繪制功能模塊主要包括曲線、變換和藝術曲面等?！扒€”菜單主要提供了系統(tǒng)中常用的曲線繪制、曲線編輯命令；“變換”菜單主要提供了系統(tǒng)中常用的變換和轉換命令；“藝術曲面”菜單主要提供了藝術曲面、標準曲面和展平及映射拼合等曲面繪制和變換等命令。

（二）2D平面繪制

（三）3D曲面造型SurfMill不僅具有強大的2D曲線繪制功能，而且具有完善的3D造型功能。點擊左側導航欄“3D造型”按鈕，進入3D造型主界面。加工功能模塊主要包括項目設置、刀具路徑、三軸加工、多軸加工、特征加工、在機測量和路徑編輯等。

（四）CAM加工

1.數(shù)控編程SurfMill軟件不僅提供了完善的曲面造型模塊，還提供了2.5軸、3軸、多軸、特征加工等多種加工策略，能夠為用戶提供安全、穩(wěn)定、高效的加工路徑。

2.虛擬制造虛擬制造是利用計算機以可視化的、逼真的形式來直觀表示零件數(shù)控加工過程，如車、鏜、銑、鉆等實際產品加工的本質過程。對干涉、碰撞、切削力和變形進行預測和分析，減少或消除因參數(shù)設置錯誤而導致的機床損壞、刀具折斷以及因切削力和切削變形造成的薄型或精密零件的報廢，從而進一步優(yōu)化切削用量，提高加工質量和加工效率。

3.在機測量在機測量是以機床為載體，附以相應的測量工具（硬件包括機床測頭、機床對刀儀等，軟件包括宏程序、專用3D測量軟件等），在工件加工過程中，實時在機床上進行幾何特征測量的一種檢測方式，根據檢測數(shù)據可以進行數(shù)學計算、幾何評價、工藝改進等工作，在機測量是過程控制的重要環(huán)節(jié)。三、SurfMill軟件編程實現(xiàn)過程由于SurfMillCAD/CAM功能已相當成熟，因此使得數(shù)控編程的工作也大大簡化，對編程人員的技術背景、創(chuàng)造力的要求也大大降低。

1.選擇文件模板文件模板對于一臺機床來說是加工環(huán)境和工藝方案的映射。文件模板可以保存機床、刀具刀柄、圖層分類、常用的坐標系及刀具平面路徑信息等，下次新建加工文件時可以直接調用，無需再次從機床開始配置相關參數(shù)，只需根據模型稍作修改即可。對于同類型不同型號的批量產品來說，使用文件模板進行編程十分快捷。常用于精密模具、微小零件中。

2.輸入CAD模型

CAD模型是NC編程的前提和基礎，任何CAM的程序編制必須有CAD模型為加工對象。

3.加工工藝分析和規(guī)劃加工工藝分析和規(guī)劃的主要內容包括：加工機床、安裝位置和裝夾方式、加工區(qū)域規(guī)劃、加工工藝路線規(guī)劃、加工工藝和加工方式。在編寫加工路徑之前，需要對當前的加工環(huán)境進行配置，包括：機床設置、刀具表設置、幾何體設置等。

5.創(chuàng)建刀具加工路徑在完成編程環(huán)境的搭建后，就開始編寫加工路徑，包括：加工程序參數(shù)設置、路徑計算。

6.加工仿真為確保程序的安全性，必須對生成的刀軌進行仿真模擬，包括：過切、干涉檢查，線框、實體模擬，機床仿真。

7.路徑輸出路徑輸出時檢查路徑安全狀態(tài)，檢查到過切、刀柄碰撞、機床碰撞的路徑不允許輸出，安全狀態(tài)未知的路徑需用戶確認之后才能輸出。輸出路徑文件格式主要有*.ENG、*.NC兩種格式。

4.搭建編程環(huán)境

8.后處理后處理實際上是一個文本編輯處理過程，其作用是將計算出的刀具路徑以規(guī)定的標準格式轉化為NC代碼并輸出保存。數(shù)字化精密制造基礎

第三章SurfMill基本操作三、自定義用戶界面二、系統(tǒng)設置一、文件操作目錄四、顯示操作五、圖層操作六、對象操作七、訪問幫助一、文件操作為了方便設計，SurfMill增加了模板功能。新建文件時，系統(tǒng)會提供給用戶一些常用文件模板。

（一）新建和打開文件

1.新建文件通過“打開文件”命令可以直接進入與文件相對應的操作環(huán)境中。

2.打開文件

“文件”→“保存”選項（常用Ctrl+S快捷鍵），即可將文件保存到原路徑。如需將當前文件保存至其他路徑，可點擊“文件”→“另存為”選項，打開“另存為”對話框，設置另存路徑、文件名稱等，之后點擊“保存”按鈕即可完成文件的另存操作。如需對文件進行數(shù)據壓縮，可勾選“壓縮文件”復選框。新建文件的保存與已有文件的另存為操作相同。

（二）保存或另存文件

SurfMill提供多文檔功能，支持多個文檔同時打開。支持層疊、水平平鋪和垂直平鋪三種窗口顯示樣式。點擊不同文件的名稱，可以實現(xiàn)多窗口切換，即通過“窗口”菜單可在多個文檔之間進行切換，便于在操作時查看其他文檔。

（三）多文檔管理

（四）輸入/輸出文件

1.輸入文件文件“輸入”與文件“打開”不同，文件“輸入”不破壞當前的工作環(huán)境，新輸入的數(shù)據與原設計并行存在，輸入的數(shù)據獨立成塊不影響原設計數(shù)據；而“打開”文件如同開始一個新設計一樣，破壞當前的工作環(huán)境，然后將工作環(huán)境全部交給新打開的圖形數(shù)據。

2.輸出文件點擊“文件”→“輸出”選項，在導航欄選擇輸出圖形的條件，點擊按鈕，彈出“輸出”對話框，選擇需要輸出文件的類型和路徑，點擊“保存”按鈕即可完成文件的輸出。

SurfMill可將現(xiàn)有模型輸出為其他類型文件，如IGES、STL、OBJ、DXF等，還可以輸出為圖片格式（SurfMill加工環(huán)境無文件輸出功能）。二、系統(tǒng)設置微調距離：使用鍵盤的上下左右鍵將被選圖形在四個方向上移動的距離。微調角度：按住“Shift”鍵，使用鍵盤上下左右鍵將被選圖形在平面內旋轉的角度。網點間距：使用網格捕捉時，設定坐標變化的位移量，也就是相鄰兩點間的距離。

（一）系統(tǒng)參數(shù)

1.編輯參數(shù)對象拾取精度：采用鼠標選擇對象時，鼠標的點擊位置和拾取到的對象在屏幕上的最大像素誤差值。串聯(lián)拾取精度：串聯(lián)拾取曲線鏈對象時，兩相鄰曲線能夠成功被串聯(lián)拾取時端點處的最大間隙值。

2.拾取精度最大撤銷次數(shù)：設置編輯菜單中撤銷命令的最大有效次數(shù)。最大重做次數(shù)：設置編輯菜單中重做命令的最大有效次數(shù)。

3.Undo/Redo設置

4.精度設置曲線精度：構成曲線關鍵點的兩點間的距離。恢復默認值：將設置全部恢復到系統(tǒng)的默認值。為了減少某些意外導致數(shù)據丟失的后果，系統(tǒng)設置了軟件自動備份功能。點擊“文件保存”標簽，顯示“自動保存”界面。

（二）文件保存文件保存功能可以將設計數(shù)據按設定的時間間隔自動保存。默認保存到SurfMill應用程序目錄下的*_AutoSave.escam文件中（*---表示原文件名稱）；如需保存到指定目錄，可選擇“保存到以下指定目錄”選項，點擊“瀏覽”按鈕，設置自動保存的文件夾位置。勾選“變換加工方法時更改路徑名稱”，在刀具路徑參數(shù)設置中更改加工方法后，路徑名稱更改為新的加工方法。輸出路徑時選擇子程序模式，子程序號按照輸入的數(shù)值開始增加。3.路徑設置五軸曲線刀軸顯示長度：用于控制五軸曲線刀軸的顯示長度。路徑刀軸顯示長度：用于設置加工路徑的刀軸線顯示長度。路徑補償方向顯示長度：用于設置半徑磨損補償方向顯示長度。

4.路徑顯示在系統(tǒng)設置中點擊“測量設置”便簽，顯示“測量顯示”界面。勾選“測量點ID顯示”，視圖區(qū)生成的測量點旁邊會默認顯示ID號，且可以調整顯示ID的尺寸和顯示方向的長度。

（五）測量設置測量點ID尺寸：視圖區(qū)顯示的測量點ID數(shù)字的大小。測量方向顯示長度：視圖區(qū)顯示的測量點顯示長度引線的尺寸。三、自定義用戶界面根據自己的操作習慣可以對系統(tǒng)提供的工具條進行定制。點擊“自定義”對話框中的“工具欄”頁簽，即可切換到工具欄自定義界面，勾選列表中工具條名稱前的復選框，即可顯示該工具條。點擊“保存界面”可將自定義的工具欄以*.ui格式保存為SurfMill配置文件；點擊“載入界面”可將已保存的SurfMill配置文件載入并直接應用。

（一）自定義工具欄根據自己的操作習慣可以設置或更改快捷鍵。點擊“自定義”對話框中的“快捷鍵”頁簽，即可切換到快捷鍵自定義界面，點擊需要設置快捷鍵命令空白處，然后在鍵盤直接輸入要設置的快捷鍵，即可完成快捷鍵的設置。“保存快捷鍵”可將對快捷鍵的設置以SurfMill配置文件*UIK保存；“讀取快捷鍵”可將SurfMill配置文件載入并直接應用。

（二）自定義快捷鍵在3D環(huán)境下，每一個命令都可以配置一個功能按鍵來快速啟動命令，相當于對一個命令定義了一個別名。根據自己的操作習慣可以給命令設置別名。點擊需要設置別名的命令空白處，鍵盤直接輸入要設置的別名，即可完成命令別名的設置?！氨４婷顒e名”可將對快捷鍵的設置以SurfMill配置文件*UIK保存；“讀取命令別名”可將SurfMill配置文件載入并直接應用。使用命令別名時，需通過“編輯”→“允許輸入命令”激活命令輸入框（軟件界面右下角），然后在命令輸入框中輸入該別名字母后回車，即可啟動該字母所配置的命令。

（三）命令別名配置四、顯示操作為了提高產品設計的速度，SurfMill針對常用命令操作提供了組合快捷鍵，供用戶快速更有效率的操作本軟件。如“新建”為Ctrl+N，窗口觀察為F5，圖層管理為ALT+L，等等。支持自定義。導航功能鍵是SurfMill特色的鍵盤快捷操作方式，之所以稱為導航功能鍵，是這些鍵都出現(xiàn)在導航工作條中，隨著不同的工具狀態(tài)、不同的運行命令而動態(tài)地發(fā)生變化。使用者可以通過敲擊一個按鍵快速啟動一個新的命令，或者完成命令功能選項的選擇。

（一）鍵盤操作一般而言，導航功能鍵都是可見的，凡在導航工具欄中的按鈕、檢查框等控件，如果其標題具有一個被中括號“[]”包括的下劃線字符，那么該字符即是一個導航功能鍵，可通過A\S\D\F\P這幾個導航功能鍵進行快速設置，從而完成各種不同方法的直線繪制。鼠標在SurfMill軟件中應用率非常高，而且應用功能強大，可以實現(xiàn)平移、縮放、旋轉、繪制和拾取幾何對象等操作。建議使用應用最廣三鍵滾輪鼠標，一個質量好的鼠標可以有效地提高設計造型的效率。

（二）鼠標操作鼠標左鍵：單擊鼠標左鍵，可用于選擇命令菜單項、工具條按鈕、繪制幾何對象等。鼠標中鍵：在繪圖區(qū)滾動鼠標的滾輪可進行視圖的放大或縮?。婚L按鼠標中鍵并且移動光標可實現(xiàn)旋轉視圖觀察。鼠標右鍵：按下鼠標右鍵可彈出快捷菜單；按住鍵盤Ctrl+右鍵并移動光標可實現(xiàn)旋轉視圖觀察；按住鍵盤Shift+右鍵并移動光標可實現(xiàn)平移視圖觀察。系統(tǒng)支持對圖形進行窗口放大。用戶可根據自己的需要，通過鼠標框選某一區(qū)域來對窗口內的對象進行放大觀察。選擇窗口觀察命令后，光標會由變?yōu)?，在繪圖區(qū)域內通過按下并拖動鼠標框選某一區(qū)域，抬起鼠標左鍵以確定窗口區(qū)域邊界，再次點擊鼠標左鍵即可實現(xiàn)圖形對象的窗口觀察。

（三）視圖觀察系統(tǒng)支持在繪圖區(qū)顯示所有圖形。用戶可根據自己的需要快速觀察到所有圖形。選擇全部觀察命令后，當前視圖內的圖形會根據情況放大或縮小顯示比例以保證所有圖形都能居中顯示到繪圖區(qū)，且盡可能地占滿整個繪圖區(qū)。系統(tǒng)支持對圖形進行旋轉觀察。用戶可根據自己的需要對創(chuàng)建的模型進行動態(tài)的旋轉，可讓模型停留在任何的角度，方便觀察。選擇旋轉觀察命令后，光標會由變?yōu)?，在繪圖平面內持續(xù)按下鼠標中鍵，然后拖動鼠標即可實現(xiàn)模型的旋轉觀察系統(tǒng)支持對圖形對象的平移觀察。用戶可根據自己的需要通過平移對象來進行觀察。選擇平移觀察命令后，光標會由變?yōu)?，長按鼠標左鍵拖動即可實現(xiàn)圖形對象的平移觀察。五、圖層操作在SurfMill中，圖層是一個非常重要的概念，它可以使繪圖過程更簡潔清楚。在構造模型的過程中，可將屬性相似的對象或同一繪圖面上的曲線放在同一層中，便于進行對象的選擇、顯示、加鎖和編輯等操作。點擊各功能菜單按鈕，可以方便地進行圖層的添加、刪除、復制和移動等操作。

（一）圖層管理器圖層的命名方便用戶更好的對圖層進行管理。圖層的命名操作只能在圖層管理器中進行。選擇目標圖層單擊右鍵（如“圖層3”），在彈出的右鍵菜單中選擇“更名”選項，輸入圖層的新名稱即可實現(xiàn)圖層的更名。

（二）圖層的命名圖層的可見性包括圖層的顯示和隱藏。圖層隱藏后該圖層所包含的所有對象在繪圖區(qū)域內也處于隱藏狀態(tài)，使繪圖區(qū)域內簡潔明了，方便用戶繪圖操作。在需要對隱藏的圖層對象進行操作時，再將其顯示即可。

（三）圖層的可見性設置當前圖層表示用戶當前操作所處的圖層。當前圖層的設置幫助用戶明確繪制圖形操作所處的圖層。

（四）設置當前圖層在SurfMill實體造型過程中，為了繪圖方便需要將目標圖層進行鎖定，以保證該圖層所包含的圖形對繪圖過程造成較少干擾，當需要操作該圖層中的圖形對象時再進行解鎖操作。

（五）圖層的加鎖和解鎖圖層樣式設置可對圖層的顏色、線型和線寬進行設置。用戶可通過點擊圖層管理器中目標圖層的圖標按鈕開啟“設置圖層屬性”工作條

（六）圖層樣式設置六、對象操作

SurfMill造型過程中，了解圖形對象的屬性可以極大提高用戶繪圖效率。系統(tǒng)為用戶提供了“對象屬性”對話框，幫助用戶快捷的查看或修改對象屬性。

（一）對象屬性

SurfMill提供了按類型選擇對象的功能，適用于重疊圖形、交叉圖形的選擇，在圖形錯綜復雜的時候，方便用戶進行對象篩選操作。

（二）按類型選擇對象用戶可以通過對象的單個拾?。簩⑹髽艘苿拥街付ǖ膶ο笊?，單擊鼠標左鍵對象被選中。單個拾取對象也被稱為點拾取。

（三）單個拾取對象系統(tǒng)提供了矩形框選對象的方法，幫助用戶一次性選擇多個對象。在繪圖區(qū)按住鼠標左鍵，拖動鼠標形成一個藍色的矩形線框，以鼠標點擊的位置為相對點，鼠標可以向左移動，也可以向右移動。其中鼠標向右移動的框選模式稱為包含框選；向左移動的框選模式稱為相交框選。

（四）窗口拾取對象按住鼠標左鍵從左到右拖動，形成一個藍色的由實線構成的矩形線框。完全包含在矩形框內部的對象被選擇，在框外以及與矩形框相交的對象都沒有被選中。按住鼠標左鍵從右到左拖動，形成一個藍色的由虛線構成的矩形線框。包含在矩形框之內以及與矩形框相交的對象均被選中。在構造模型過程中，常常要將一些暫時不操作的對象隱藏起來，使得需要進行操作的對象更加清晰，提高構造模型效率；在需要對隱藏的對象進行操作時，再將其顯示即可。隱藏與顯示只是控制對象的顯示狀態(tài)，隱藏后對象的位置關系和對象本身保持不變，而且隱藏的對象不再參與任何編輯（包括選擇）。如果需對對象進行再編輯，將其顯示即可。

（五）顯示隱藏對象

SurfMill中提供了對象的加鎖和解鎖功能：構造模型過程中常常要將一些暫時不操作的對象進行加鎖，減少對需要進行操作對象的干擾；在需要對加鎖的對象進行操作時，再將其解鎖即可，方便用戶對圖形的操作。加鎖與解鎖只是控制對象的拾取狀態(tài)，加鎖后對象的位置關系和對象本身保持不變，只是在對象編輯中不能被拾??；加鎖對象被解鎖后，又可以進行正常的拾取操作。

（六）對象的加鎖和解鎖

SurfMill造型過程中，不同的顯示模式有時既方便了模型的制作（如捕捉曲面上點時，線框顯示模式下較容易捕捉），又方便了用戶對所構造模型的觀察。用戶可以通過點擊“視圖工具條”中相應的圖標按鈕開啟不同的顯示模式。

（七）對象顯示模式除常規(guī)顯示模式外，系統(tǒng)還支持剖視圖顯示：在指定位置剖開造型面，方便用戶觀察復雜模型。剖視圖狀態(tài)中的不可見圖形并未處于隱藏狀態(tài)，仍然可以被拾取到。點擊右鍵結束剖視圖操作命令，模型保持剖視狀態(tài)，需再次選擇剖視圖命令才能結束剖視狀態(tài)。七、訪問幫助軟件自帶了在線幫助和離線幫助說明書，當用戶不會用某個功能時，進入該功能后，鍵盤點擊“F1”，即可在線查看該功能的使用說明書。

（一）查看軟件說明書軟件發(fā)布新版本時，隨軟件會自帶“升級說明書”，當用戶想知曉新版本改動內容，可在菜單欄選擇“幫助”→“升級說明”，即可調出“軟件升級說明書”，可查看從SurfMill8.0-1084版本開始，已發(fā)布的各軟件版本更新的內容。

（二）升級說明用戶可以直接跳轉打開精雕軟件官網。

（三）訪問精雕軟件官網數(shù)字化精密制造基礎

第四章SurfMill模型創(chuàng)建三、曲面繪制二、曲線編輯一、曲線繪制目錄四、曲面編輯五、變換六、專業(yè)功能七、分析一、曲線繪制點擊Ribbon菜單“曲線”→“點”按鈕，打開“點”導航欄，選擇“等分點”；設置點間距的計算方法；根據左下角狀態(tài)欄提示，拾取曲線，按間距生成的等分點。鼠標右鍵結束命令。

（一）基礎曲線繪制

1.繪制點點擊Ribbon菜單“曲線”→“直線”按鈕，打開“直線”導航欄，選擇“兩點線”；點擊“指定角度參考線”；根據左下角狀態(tài)欄提示，依次拾取或輸入角度參考線的起點和末點；在導航工作條中設置旋轉角度回車即可鎖定該值；再拾取直線的起點，輸入直線長度，即可生成兩點線。

2.繪制直線過頂點：該方式創(chuàng)建的樣條完全通過點，定義點可以捕捉存在的點，也可以用鼠標直接定義點。選擇“過頂點”方式，直接在繪圖區(qū)指定點，鼠標右鍵確定完成繪制。控制點：利用該方式繪制樣條曲線時，在曲線定義的同時繪圖區(qū)動態(tài)顯示不確定的樣條曲線，可以交互的改變定義點處的斜率、曲率等參數(shù)。該方式繪制樣條曲線與過頂點方式操作步驟類似。

3.繪制樣條點擊Ribbon菜單“曲線”→“圓弧”按鈕，打開“圓弧”導航欄，系統(tǒng)提供了三點圓弧、圓心半徑角度和圓心首點末點三種方式。下面以“三點圓弧”為例，繪制圓弧。該方法以三個點分別作為圓弧的起點、終點和圓弧上的一點來創(chuàng)建圓弧。另外，也可以選取兩個點和輸入半徑來確定圓弧。其中，還可以增加圓弧約束條件。選擇“三點圓弧”，選擇“切點優(yōu)先捕捉”，在繪圖區(qū)依次選取起點、終點并設置圓弧半徑，此時可能會出現(xiàn)多條符合條件的圓弧。

4.繪制圓弧點擊Ribbon菜單“曲線”→“圓”按鈕，打開“圓”導航欄，系統(tǒng)提供了圓心半徑、兩點半徑圓、三點圓、徑向兩點圓和截面圓5種繪制圓方式。下面以“截面圓”為例，繪制圓。該方法是通過曲線上某一點生成垂直這條曲線的指定半徑的圓。選擇“截面圓”，在導航欄中輸入截面圓的半徑后回車，此時半徑大小為鎖住狀態(tài)，然后拾取截面圓圓心點，即完成截面圓的繪制。

5.繪制圓點擊Ribbon菜單“曲線”→“矩形”按鈕，打開“矩形”導航欄。系統(tǒng)提供了直角矩形、圓角矩形、三點矩形3種方式。下面以“直角矩形”為例，繪制矩形。該方法以矩形對角線上的兩點或矩形的一中心點和對角線上的一點來創(chuàng)建矩形。在繪圖區(qū)依次選取矩形的兩個點，即可完成矩形的繪制。

6.繪制矩形內接多邊形：該方法主要通過外接圓和多邊形的邊數(shù)來創(chuàng)建多邊形，即通過指定多邊形的邊數(shù)、外接圓圓心和外接圓半徑來創(chuàng)建。選擇“內接多邊形”，指定多邊形的邊數(shù)，在繪圖區(qū)依次選取外接圓的圓心點（多邊形的中心點）、外接圓上的一點（多邊形的頂點），即可完成多邊形的繪制。邊長多邊形：該方法通過給定多邊形的邊數(shù)和邊長來繪制多邊形。選擇“邊長多邊形”，指定多邊形的邊數(shù)，在繪圖區(qū)依次選取多邊形一邊的兩個端點，即可完成多邊形的繪制。

7.繪制矩形點擊Ribbon菜單“派生曲線”→“更多”按鈕，下拉菜單中選擇“借助曲線生成”→“兩視圖構造”。根據狀態(tài)欄提示，選取視圖一中的曲線，鼠標右鍵確認；再選取視圖二中的曲線，鼠標右鍵確認，即可生成一條新的空間曲線。

（二）借助曲線生成

1.兩視圖構造線點擊Ribbon菜單“曲線”→“拉伸曲線”按鈕，下拉菜單中選擇“中位線”，打開“中位線”導航欄，系統(tǒng)提供了中位線和錐刀劃線兩種生成中位線場景。

2.中位線選擇“投影到面”，拾取要投影的曲線，鼠標右鍵結束拾取；接下來拾取一個曲面，鼠標右鍵結束拾取；此時會在投影曲線上產生一個默認的投影方向箭頭，也可自行選擇投影方向；單擊鼠標右鍵結束命令，即可生成投影到面的一條三維投影曲線；

（三）借助曲面生成

1.投影到面點擊Ribbon菜單“曲線”→“投影到面”按鈕，下拉菜單中選擇“吸附到面”，拾取要吸附的曲線，鼠標右鍵結束拾取；接下來拾取一個曲面，鼠標右鍵結束拾?。患纯缮晌降矫娴囊粭l三維吸附曲線。

2.吸附到面點擊Ribbon菜單“曲線”→“投影到面”，下拉菜單中選擇“包裹到面”，彈出“包裹到面”導航欄。拾取曲線，鼠標右鍵結束拾??；通過對坐標系參數(shù)設置可調整變換后的曲線方位；鼠標右鍵確認，即得到包裹在曲面的曲線。

3.包裹到面點擊Ribbon菜單“曲線”→“曲面交線”按鈕，打開“曲面交線”導航欄，選擇“曲面曲面交線”，根據狀態(tài)欄提示，拾取第一組曲面，鼠標右鍵結束拾?。皇叭〉诙M曲面，鼠標右鍵結束拾??；鼠標右鍵開始計算，即可生成曲面交線。

4.曲面交線點擊Ribbon菜單“曲線”→“曲面邊界線”按鈕，打開“曲面邊界線”導航欄。選擇“曲面邊界線”，曲面的邊界線被激活，在繪圖區(qū)拾取曲面的邊界線，即可得到曲面邊界線。

5.曲面邊界線點擊Ribbon菜單“曲線”→“曲面流線”按鈕，打開“曲面流線”導航欄，系統(tǒng)提供了等U參數(shù)線、等V參數(shù)線和UV雙向三種方式。下面以“等U參數(shù)線”為例。選擇“等U參數(shù)線”，根據狀態(tài)欄提示，拾取一張曲面（非組合面），此時在被拾取曲面上產生了U、V兩個流線方向的指示；用鼠標拾取曲面上流線通過點，即可生成曲面流線，該指定點的參數(shù)值將會反映到導航欄的參數(shù)值編輯框里，鼠標右鍵結束命令。

6.曲面流線該命令用于提取一組曲面在當前加工坐標系內投影的最大外輪廓線，該輪廓線可用在曲面加工中限制加工區(qū)域。

7.曲面邊界線點擊Ribbon菜單“曲線”→“派生曲線”組“更多”按鈕，下拉菜單中選擇“網格曲面等距交線”，打開“網格曲面等距交線”導航欄；拾取網格曲面，可以是單張曲面，也可以是一組光滑相接的曲面，鼠標右鍵結束拾??；此時系統(tǒng)會預覽生成等距交線；默認的截面方向是X軸，若符合要求，單擊鼠標右鍵結束命令；若不符合要求，定義新的截面方向，默認定義方式是兩點法；鼠標右鍵結束命令，即得到生成的網格曲面等距交線。

8.網格曲面等距交線二、曲線編輯該命令用于將兩條曲線的交叉處裁剪掉角部，生成一個與兩個曲線都相切的圓弧。選擇“兩線倒圓角”，在文本框中輸入半徑值，然后依次選取倒圓角的兩條曲線，即生成圓角

（一）曲線倒角

1.兩線倒圓角該命令用于在兩條直線之間進行斜角過渡。選擇“兩線倒斜角”，在文本框中依次輸入距離，然后依次選取倒斜角的兩條直線，即生成斜角。

2.兩線倒斜角快速裁剪命令可以自動對拾取曲線裁剪，如果拾取曲線與其他曲線有交點將在交點位置處被裁剪。選擇“快速裁剪”，拾取待裁剪曲線或長按鼠標左鍵掃過待裁剪曲線，即曲線被裁剪。

（二）曲線裁剪

1.快速裁剪線/面裁剪命令用于對曲線曲面相交或視向相交部分的曲線進行裁剪。選擇“用線/面裁剪”，根據狀態(tài)提示欄，首先拾取曲面，然后拾取被裁剪曲線，即曲線在面相交處被裁剪。

2.用線/面裁剪點打斷命令用于將某一段曲線分割為多段曲線。選擇“點打斷”，根據狀態(tài)提示欄，首先拾取被打斷曲線，然后拾取斷開點，即曲線在該點處被打斷。

（三）曲線打斷

1.點打斷快速打斷命令用于將曲線與曲線/曲面在相交處進行打斷。選擇快速打斷命令，拾取被打斷曲線，則該曲線在與其他曲線或曲面相交處被打斷。

2.快速打斷直線延伸命令用于將延伸曲線，按直線延伸至目標處。選擇“直線延伸”，根據狀態(tài)欄提示，首先拾取待延伸曲線，移動鼠標將可預覽延伸效果，然后拾取目標點，即得到延伸曲線。

（四）曲線延伸

1.直線延伸延伸到線/面命令用于自動將延伸的曲線按直線或曲線延伸至目標處。選擇“延伸到線/面”，根據狀態(tài)欄提示，首先拾取延伸目標，然后拾取被延伸曲線，即得到延伸曲線。

2.延伸到線/面單線等距用于在原始曲線一側的一定距離處創(chuàng)建“等距”曲線。選擇“單線等距”中的“變等距”，拾取曲線（拾取點靠近處的曲線端點為起始端）；設置等距距離1和等距距離2；拾取偏移方向，即得到變等距曲線。

（五）曲線等距

1.單線等距區(qū)域等距用于將區(qū)域輪廓曲線向區(qū)域內或區(qū)域外偏移一定的距離得到其等距輪廓曲線。選擇“區(qū)域等距”，拾取輪廓曲線，鼠標右鍵結束拾取；設置等距距離和等距個數(shù)；選擇偏移方向等；即得到等距的區(qū)域輪廓線。

2.區(qū)域等距曲線組合命令用于將一條曲線鏈上多條首尾相接的曲線組合成一條組合曲線或樣條曲線。組合曲線常用于構造曲面的輪廓線，如拉伸截面線、旋轉截面線、蒙皮截面線、掃掠截面線或軌跡線等。

（六）曲線組合曲線橋接命令用于按照指定的連續(xù)條件、連接部位將兩條曲線或一條曲線和一個點快速的連接起來。曲線橋接是曲線連接中常用的方法。

點擊Ribbon菜單“曲線”→“曲線橋接”按鈕，打開“曲線橋接”導航欄；選擇“線線橋接”，依次拾取要橋接的兩條曲線或曲面邊界線；設置端點連續(xù)條件并調整控制點。

（七）曲線炸開曲線炸開命令用于將一條組合曲線恢復為組合前的多條首尾相接的曲線。

（八）曲線橋接三、曲面繪制點擊Ribbon菜單“曲面”→“標準曲面”按鈕，打開“標準曲面”導航欄；選擇“球面”，拾取球心坐標，設置球心半徑，鼠標右鍵結束命令，即得到球面。

（一）標準曲面點擊Ribbon菜單“曲面”→“平面”按鈕，打開“平面”導航欄；系統(tǒng)提供了兩點平面、三點平面和邊界平面三種平面構造方式。選擇“邊界平面”，根據狀態(tài)欄提示，拾取邊界線，鼠標右鍵確認，即可得到平面。

（二）平面點擊Ribbon菜單“曲面”→“拉伸面”按鈕，打開“拉伸面”導航欄；選擇“沿方向拉伸”，拾取拉伸曲線，選擇拉伸方向，設置拉伸距離，根據需要設置拉伸選項，即得到拉伸面。

（三）拉伸面點擊Ribbon菜單“曲面”→“旋轉面”按鈕，打開“旋轉面”導航欄；根據狀態(tài)欄提示，依次拾取輪廓線、旋轉軸線；設置旋轉角度，鼠標右鍵確認，即得到旋轉面。

（四）旋轉面點擊Ribbon菜單“曲面”→“直紋面”，打開“直紋面”導航欄；選擇“兩曲線”，根據狀態(tài)欄提示，依次拾取曲線1和曲線2，即得到直紋面。

（五）直紋面點擊Ribbon菜單“曲面”→“單向蒙面”按鈕，打開“單向蒙面”導航欄，根據狀態(tài)欄提示，拾取截面線，即可預覽蒙面，鼠標右鍵結束拾取，再次鼠標右鍵結束命令。

（六）單向蒙面點擊Ribbon菜單“曲面”→“單向蒙面”按鈕，下拉菜單中選擇“雙向蒙面”，打開“雙向蒙面”導航欄；根據狀態(tài)欄提示，依次拾取至少2條U向截面線，鼠標右鍵確認；再依次拾取至少2條V向截面線，即得到雙向蒙面預覽顯示。

（七）直紋面點擊Ribbon菜單“曲面”→“單軌掃掠”按鈕，打開“單軌掃掠”導航欄；拾取軌跡線，拾取截面線，鼠標右鍵結束截面線拾取，即可預覽得到單軌掃掠面。根據需要，也可以在“選項設置”中設置截面變形參數(shù)。

（八）掃掠四、曲面編輯點擊Ribbon菜單“曲面”→“兩面倒角”按鈕，打開“兩面倒角”導航欄；選擇“等半徑倒圓角”，依次拾取曲面1和曲面2，單擊曲面改變箭頭方向，使兩曲面上的箭頭均指向過渡面的圓弧截面的圓心方向；鼠標右鍵確認，即形成圓角。

（一）曲面倒角點擊Ribbon菜單“曲面”→“線面裁剪”按鈕，打開“線面裁剪”導航欄；選擇“分割曲面”，拾取裁剪曲線，鼠標右鍵確認；拾取曲面，鼠標右鍵確認；選擇投影方向，鼠標右鍵確認，即得到被裁剪曲線分割的曲面。

（二）曲面裁剪點擊Ribbon菜單“曲面”→“曲面補洞”按鈕，打開“曲面補洞”導航欄；選擇“所有內環(huán)”，根據狀態(tài)欄提示，拾取裁剪曲面，鼠標右鍵確認，拾取裁剪環(huán)，即可預覽待補洞區(qū)域。

（三）曲面補洞曲面延伸命令是指按距離或與另一組面的交點延伸一組面。點擊Ribbon菜單“曲面”→“曲面延伸”按鈕，打開“曲面延伸”導航欄；拾取曲面邊界線，設置延伸長度，即可預覽延伸區(qū)域。

（四）曲面延伸點擊Ribbon菜單“曲面”→“曲面編輯”組中“更多”按鈕，下拉菜單中選擇“曲面等距”，打開“曲面等距”導航欄；選擇“恒等距”，根據狀態(tài)提示欄，拾取曲面，設置等距距離，即得到等距曲面。

（五）曲面等距曲面組合命令用于將相鄰曲面組合為一張組合曲面，加快交互界面的拾取操作，例如在曲面裁剪和定義加工域時可以加快拾取過程。

（六）曲面組合曲面炸開命令用于將組合在一起的曲面打散為一張張獨立的曲面，可視為曲面組合的逆過程。

（七）曲面炸開曲面光順用于在給定的偏差范圍內以及邊界約束條件下自動調整曲面形狀，使曲面曲率變化較大的部分變得較平滑。

（八）曲面光順五、變換

3D平移命令用于將圖形在3D空間中移動或拷貝至新的位置。點擊Ribbon菜單“變換”→“3D平移”按鈕，打開“3D平移”導航欄，根據狀態(tài)欄提示，拾取對象，單擊“兩點平移”圖標，依次拾取基準點、平移目標點，即可預覽平移圖形。

（一）3D平移

3D旋轉命令用于將圖形繞空間任意軸進行旋轉移動或旋轉拷貝；點擊Ribbon菜單“變換”→“3D旋轉”按鈕，打開“3D旋轉”導航欄，拾取旋轉對象，拾取旋轉軸并設置旋轉角度，即可預覽旋轉后圖形。

（二）3D旋轉將圖形相對于空間任意平面進行鏡像變換。點擊Ribbon菜單“變換”→“3D鏡像”按鈕，打開“3D鏡像”導航欄，拾取鏡像對象，鏡像平面，即可預覽鏡像后的圖形，鼠標右鍵確認。

（三）3D鏡像

3D放縮命令用于將圖形在3D空間中相對于當前用戶坐標系的X、Y和Z三個方向上進行等比例或不同比例的尺寸放縮。點擊Ribbon菜單“變換”→“3D放縮”按鈕，打開“3D放縮”導航欄，拾取對象，鼠標右鍵確認；拾取放縮中心，設置放縮比例，即可預覽放縮后圖形。

（四）3D放縮點擊Ribbon菜單“變換”→“矩形陣列”按鈕，下拉菜單中選擇“曲線陣列”；在圖形路徑上拾取陣列基準點并選擇陣列方向，根據需要在參數(shù)導航欄中定義陣列參數(shù)，即得到陣列圖形。

（五）陣列點擊Ribbon菜單“變換”→“圖形聚中”按鈕，打開“圖形聚中”導航欄；拾取需要進行聚中操作的曲線或曲面圖形對象，即可預覽聚中對象，在參數(shù)導航欄中定義所選圖形在當前坐標系的XYZ三個軸方向上的特征點與當前坐標系的原點的對應聚中方式。

（六）圖形聚中圖形翻轉命令用于將選中的圖形繞當前坐標系的某一坐標軸旋轉一個角度。點擊Ribbon菜單“變換”→“圖形翻轉”按鈕，打開“圖形翻轉”導航欄；拾取需要進行翻轉操作的曲線或曲面對象，設置翻轉軸和翻轉角度，即可預覽翻轉后對象。

（七）陣列方向和起點命令用于調整曲線、流線方向或曲面的法矢或一條閉合組合曲線的起始點。點擊Ribbon菜單“變