cadcam技術(shù)從入門到精通三

CAD/CAM技術(shù)從入門到精通（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

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

類零件的數(shù)控車削加工、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，伺服機(jī)構(gòu)對脈沖信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換與放大處理，然后由傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動機(jī)床來加工零

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強(qiáng)度，從而節(jié)省出時間進(jìn)行其他創(chuàng)造性工作。

1.數(shù)控機(jī)床簡介數(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?，F(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)過系列的運(yùn)算、處理后控制機(jī)床動作?？刂苿幼靼?/p>

括主軸的開停、轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速的選擇、進(jìn)給坐標(biāo)運(yùn)動、切削方式（直線、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：

①點(diǎn)位運(yùn)動控制

點(diǎn)位運(yùn)動控制的特點(diǎn)是只要求控制機(jī)床運(yùn)動部

件，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)的準(zhǔn)確定位運(yùn)動，而對移動軌跡沒有

嚴(yán)格要求，并且在移動和定位過程中不進(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)動控制方式就屬點(diǎn)位運(yùn)動控制。

②直線運(yùn)動控制圖6-4數(shù)控鉆床的點(diǎn)位運(yùn)動控制

直線運(yùn)動控制也稱為平行控制，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)之間的移動速度和路線（即軌跡）。在移動的過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，一般只能加工矩形、臺階狀零件。這類運(yùn)動控制方式主

要用于數(shù)控車床、銃床和數(shù)控磨床等。圖6-5為直線運(yùn)動控制加工路線圖。

?車削加工（1））錢削加工

圖6-5直線運(yùn)動控制加工路線圖

②④⑦⑨?一運(yùn)動與X軸平行；⑥⑧Q一運(yùn)動與Y軸平行；①③⑤⑩一運(yùn)動與Z軸平行

③輪廓控制

輪廓控制亦稱連續(xù)運(yùn)動控制，這類機(jī)床能同時

對兩個或兩個以上坐標(biāo)運(yùn)動的瞬間位置和速度進(jìn)行

連續(xù)控制，如圖6-6所示。用于加工空間曲線和曲

面的數(shù)控車床、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)動控制和直線運(yùn)動控

制。

輪廓控制按所捽制的聯(lián)動坐標(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)動加工。主要用于數(shù)控車床加工曲線旋轉(zhuǎn)面或數(shù)控銃床等加工平面、曲線

柱面等，如圖6-7(a)所示。

?兩軸半聯(lián)動加工。主要用于有三個以上控制軸的機(jī)床，其中兩軸聯(lián)動，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)動加工的。

?三軸聯(lián)動加工。大致分為兩類，一類是X、Y、Z三直線坐標(biāo)軸聯(lián)動，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

一類除了控

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

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

軸旋轉(zhuǎn)的主軸(C軸)聯(lián)動。

圖6-7不同型面銃削的聯(lián)動軸數(shù)

?四軸聯(lián)動加工。即同時控制X、Y、Z三直線坐標(biāo)軸與某一旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸的聯(lián)動加

工，圖6-8所示為同時控制X、Y、Z三直線坐標(biāo)軸與一個工作臺回轉(zhuǎn)軸聯(lián)動的數(shù)控機(jī)構(gòu)。

?五軸聯(lián)動加工。除同時控制X、Y、Z三直線坐標(biāo)軸聯(lián)動外，同時還控制圍繞這

些直線坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)的A、B、C坐標(biāo)軸中的兩個坐標(biāo)軸，即同時控制五軸聯(lián)動。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)動圖6-9五軸聯(lián)動

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)中的絕對坐標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)床坐標(biāo)系是一個右手笛卡兒直角坐

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，請參閱相關(guān)教材;機(jī)床坐標(biāo)在加工過程中作為其他坐標(biāo)的

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

控機(jī)床重新啟動后，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

個或更多的工件坐標(biāo)系。

工件坐標(biāo)系中的原點(diǎn)稱為程序原點(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)的對稱中心上，不對稱結(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。

常見數(shù)控車床、數(shù)控銃床的編程零點(diǎn)位置設(shè)置請參閱相關(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際通

用的G代碼編程，有些則需要使用系統(tǒng)提供的專用語言編程。

國際通用的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”、“圓弧”、“轉(zhuǎn)速”、“進(jìn)給”等常見指令是通用的。

（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G00返回參考點(diǎn)G28長度補(bǔ)償G43

直線插補(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絕對指令G90

逆圓插補(bǔ)G03半徑右補(bǔ)償G42相對指令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坐標(biāo)編程還是按相

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

②設(shè)定坐標(biāo)系指令（G54、G55、G56、G57等）

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

③刀具調(diào)用指令

對于加工中心來說，機(jī)床具有刀庫。在程序中可以指定使用刀庫中的第幾號刀具。-一般

用T指令作為刀具調(diào)用指令。如：“T03”代表調(diào)用刀庫中的第3號刀具。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

工的角度來考慮，適合數(shù)控銃削加工的主要加工對象有三類。

①平面類零件

目前在數(shù)控銃床上加工的絕大多數(shù)零件屬于平面類零件，平面類零件的特點(diǎn)是各個加工

面是平面，或可以展開成平面，如圖6T1所示。平面類零件是數(shù)控銃削加工對象中最簡單

的一類零件，一般只需用三坐標(biāo)數(shù)控銃床的兩軸聯(lián)動（或兩軸半聯(lián)動）就可以加工出來。

圖6-11平面類零件

②變斜角類零件

加工面與水平面的夾角呈連續(xù)變化的零件稱為變斜角類零件。如圖6-12所示是飛機(jī)上

的一種變斜角梁緣條。變斜角類零件的變斜角加工面不能展開為平面，但在加工中，加工面

與銃刀圓周接觸的瞬間為一條線。這類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

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

3°10'⑤2°32,?1°20'?0°

圖6T2變斜角梁緣條

③曲面類零件

加工面為空間曲面的零件稱為曲面類零件，如模具、葉片、螺旋槳等。曲面類零件的加

工面不能展開為平面，加工過程中加工面與銃刀始終為點(diǎn)接觸。加工曲面類零件一般采用三

坐標(biāo)數(shù)控銃床。當(dāng)曲面較復(fù)雜、通道較狹窄、會傷及毗鄰表面及需要刀具擺動時，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，必須注意其各自的特點(diǎn)和加工的具體條件。在周銃時，工件進(jìn)

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

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

說，順銃時作用于工件上的垂直切削分力向下，將工件壓向工作分，對工件的壓緊有利。逆

銃時則該分力向上，有把工件從工作臺上挑起的趨勢，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。順銃時其加工平穩(wěn)，加工參數(shù)比逆銃時提高很多。尤其在

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

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

針走刀方向?yàn)轫樸|;凹型逆時針走刀方向?yàn)轫樸|。

(3)數(shù)控銃削工藝特點(diǎn)

數(shù)控銃削加工一個實(shí)際的零件，其加工過程同樣要運(yùn)用工藝設(shè)計(jì)知識，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)個零件的工藝路線，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)來決定，同時還

要考慮零件材料的特性、制造成本和市場競爭環(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)，對刀點(diǎn)的確定，工藝參數(shù)等幾個方面來考慮。

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

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

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

②對刀點(diǎn)的確定

選擇對刀點(diǎn)的原則：

?對刀點(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，對刀點(diǎn)可考慮設(shè)在工件的某一要素或其延長線上，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)床說明書選取與計(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，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，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，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?，特別是遠(yuǎn)距離“回零”時，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)的手冊并結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)用類比方法確

定。同時，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型，圖6T6(a)所示的立銃刀類，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)控車削

加工中常用的刀具類型。

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

因此在進(jìn)行數(shù)控加工工藝過程設(shè)計(jì)時，一定要通盤考慮,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常用的銃削刀具類型圖6-17數(shù)控車削加工中常用的刀具類型

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，可以將其分成兒部分。每部

分的加工內(nèi)容作為一個工序，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、精分開可以提高加工效率。

■以同一把刀具所能加工的內(nèi)容來劃分工序。

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都要經(jīng)過粗加工、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定位基

準(zhǔn)進(jìn)行粗、精加工，例如軸類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

體類零件總是先加工定位用的平面及兩個定位孔，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、換刀等輔助時間。

?如一次裝夾進(jìn)行多道加工工序時，則應(yīng)考慮把對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走刀路線的選擇

走刀路線是指在加工過程中，刀具刀位點(diǎn)相對于工件的運(yùn)動軌跡和方向。它不但包括

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

滿足:保證零件的加工精度和走面粗糙度要求;加工路線最短，減少走刀時間，提高加工效

率;編程時數(shù)值計(jì)算簡單.，減少編程工作量。合理確定走刀路線的原則如下：

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

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

廓曲線延長線的切線逐漸切離工件，如圖6-18所示。

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

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

相比，可節(jié)省刀具定位時間一倍左右。

(a)(b)

圖6-19最短走刀路線設(shè)計(jì)

?對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)的加工路線是合理的，而圖6-20(b)的加

工路線會將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，常用球頭刀采用行切法進(jìn)行加工。如圖6-21所示為發(fā)動機(jī)葉片形狀,

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

過程符合直紋面的形成，可以準(zhǔn)確保證母線的直線度。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的，沒有其他

表面限制，故曲面邊界可以延伸，球頭刀應(yīng)由邊界外開始加工。

圖6-21銃削曲面的兩種走刀路線

?優(yōu)選走刀路線時應(yīng)首先保證工件輪廓表面的加工精度及滿足表面粗糙度要求，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是必要的。

如圖6-22所示為銃削凹槽的三種走刀路線，圖6-22(a)所示的走刀路線最短，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)所示的走刀路線總長度比圖6-22(b)所示的短，所

以比較之下將圖6-22(c)所示的走刀路線確定為最佳加工路線。

圖6-22銃削凹槽的三種走刀路線

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

于本書篇幅的限制，本節(jié)僅對數(shù)控加工的基礎(chǔ)知識簡要介紹，讀者在后續(xù)章節(jié)完成零件的數(shù)

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

材。

6.2圖形交互式自動編程技術(shù)

6.2.1圖形交互式自動編程系統(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。

圖形交互式自動編程系統(tǒng)就是應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形交互技術(shù)開發(fā)出來的數(shù)控加工程序自動

編程系統(tǒng)，使用者利用計(jì)算機(jī)鍵盤、鼠標(biāo)等輸入設(shè)備以及屏幕顯示設(shè)備通過交互操作，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)便可自動進(jìn)行必

要的數(shù)學(xué)處理并生成刀具運(yùn)動軌跡，同時可以在計(jì)算機(jī)屏幕上動態(tài)模擬顯示數(shù)控加工過程，

最后生成數(shù)控加工程序。現(xiàn)代圖形交互式自動編程是建立在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

式自動編程系統(tǒng)通常有兩種類型的結(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

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

1.圖形交互式自動編程系統(tǒng)的構(gòu)成

圖形交互式自動編程系統(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、外存儲器

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

功能鍵等。

(2)軟件

軟件是指程序、文檔和使用說明書的集合。習(xí)慣上也將程序簡稱為軟件，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.圖形交互式自動編程軟件

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

我國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)控車及美國

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。然后對機(jī)床和刀具進(jìn)行定義和選擇，確定刀具相對于零件表面的

運(yùn)動方式、切削加工參數(shù)，便能生成刀具軌跡。最后經(jīng)過后置處理，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生產(chǎn)加工過程進(jìn)行動態(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)控加工自動編程，其實(shí)現(xiàn)過程概括如下：

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

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

口傳給CNC機(jī)床。整個過程直觀方便，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.圖形交互式自動編程的特點(diǎn)

圖形交互式自動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)來源、幾何顯示、走刀模擬、交互修改等問題，彌補(bǔ)了單一利

用數(shù)控編程語言進(jìn)行編程的不足；

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

編程過程是在計(jì)算機(jī)上直接面向零件的幾何圖形以光標(biāo)指點(diǎn)、菜單選擇及交互對話的方式進(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)編程方法簡單易學(xué)，使用方便。整個編程過程是交互進(jìn)行的，有多級功能“菜單”

引導(dǎo)用戶進(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，也可以與工

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

6.2.2CAXA制造工程師2006--------CAM基礎(chǔ)

CAXA制造工程師是我國自主開發(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)類零件和復(fù)雜模具零件的自動編程功能。本書的第1章已經(jīng)簡述了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加工模

板。即針對復(fù)雜曲面的三維造型，智能加工庫大量運(yùn)用高級工程師的加工經(jīng)驗(yàn)，為用戶提供

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

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

自動生成一系列數(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典型零件的加工過程。高效而優(yōu)化的加工不僅繼承和發(fā)展了企業(yè)長

期實(shí)踐中積累的寶貴經(jīng)驗(yàn)和知識，同時還可以對數(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。

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給定加工圖形進(jìn)行切削時刀具行進(jìn)的路線，

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（直線插補(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的集合，如圖6-25所示。在進(jìn)行數(shù)控編程，通過人機(jī)交

互指定待加工圖形時，常需要指定圖形的輪廓，用來界定被加工的區(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，故組成輪廓的曲線可以是空間曲線。但要求指定的輪廓不應(yīng)有自交點(diǎn)。

「O0

、、進(jìn)刀點(diǎn)開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

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

來界定加工區(qū)域的外部邊界，島用來屏蔽其內(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）時的位置高度。

（4）加工余量

車、銃加工均是去除余量的過程，即從毛坯開始逐步去除多余的材料，以得到需要的

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

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

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

高加工精度。

用戶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,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，否則可能造成過切;在進(jìn)行精加工時

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)動加工中，對于直線和圓弧的加工不存在誤差，加工誤差是指對樣條線進(jìn)行加

工時用折線段逼近樣條線時的誤差。切記加工精度越高，折線段越短，加工代碼就越長。

在三軸聯(lián)動加工中，可以按給定步長的方式控制加工誤差?步長用來控制刀具步進(jìn)方向

上每兩個刀位點(diǎn)之間的距離，系統(tǒng)按用戶給定的步長計(jì)算刀具軌跡。與此同時，系統(tǒng)對生成

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

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

長，如圖6-29所示。

圖6-28加工余量圖6-29加工誤差與步長

（6）干涉

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

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存在的過切現(xiàn)象，如6-30

所示。

②面間干涉。是指在加工一個或系列表面時，可能對其他表面產(chǎn)生的過切現(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)控車中的干涉：

在數(shù)控車正向車削弧面造型時，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，像球面就是一個理想的光滑連續(xù)的面。這樣理想的

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

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

何模型之間的誤差稱做幾何精度，如圖6-33所示。

圖6-32車削干涉圖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的零件與加工模型之間的誤差，當(dāng)加工精度趨

近于0時，刀具軌跡對應(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

務(wù)必要小心。因?yàn)檫@些都意味著對模型的修改，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)致過切，此時應(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”對話框，如圖6-34所示。

圖6-34“定義毛坯”對話框

【相關(guān)參數(shù)】

①鎖定:使用戶不能重設(shè)毛坯的基準(zhǔn)點(diǎn)、毛坯大小及類型等，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:通過拾取毛坯空間的兩個角點(diǎn)來定義毛坯。

?三點(diǎn)方式:通過拾取基準(zhǔn)點(diǎn)，拾取毛坯大小的兩個角點(diǎn)來定義毛坯。

?參照模型:系統(tǒng)自動計(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:長度、寬度、高度是毛坯大小在X、Y、Z三個方向上的尺寸。

⑤毛坯類型: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

購件、外協(xié)件及其他毛坯類型，以滿足工藝清單之需。

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)”對話框中得知起始點(diǎn)所在的加工坐標(biāo)系，可以通過輸入或者單

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

魚機(jī)床后置:fanuc

由號刀具庫：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)”對話框

(3)刀具庫為方便用戶調(diào)用刀具庫中的有關(guān)信息，并對其進(jìn)一步管理，可以雙擊“加

工管理”中的“刀具庫”，對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“刀具庫管理”對話框中可以看到當(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：fanuc

口工具軌跡：共。條

族加工管理|同屬

圖6-37刀具庫圖6-38“刀具庫管理”對話框

刀具庫有兩種類型:系統(tǒng)刀庫和機(jī)床刀庫。

①系統(tǒng)刀庫。與機(jī)床無關(guān)，用戶可以把所有要用到的刀具參數(shù)全部建立在系統(tǒng)刀庫中，

然后利用這些刀具對各種機(jī)床進(jìn)行編程。

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

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

系統(tǒng)中若改變機(jī)床，則相應(yīng)的刀具庫也會自動切換到與該機(jī)床相對應(yīng)的刀具庫位置。故這種

刀具庫可以同時對多個加工中心編程。

(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都存放有為用戶定義的各種刀具，并且在

各種加工方式對話框中，都可以對刀具參數(shù)進(jìn)行修改和預(yù)覽。例如，參數(shù)線加工方式下包括

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)置操作可參見預(yù)覽刀具。如圖6-40所示為等高線粗加工方式下刀

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

類型

刀具名

刀具號

刀JU卜博號

刀具*涇B

刀角半徑r

刀柄半徑b

刀尖角度?

刀刻長度1

刀柄長度h

刀具全長L

?定|厥諭

圖6-39“刀具定義”對話框

(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“加工”下拉中

的“刀具參數(shù)”選項(xiàng)卡菜單選擇，還可以通過雙擊“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話框。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)定詳見笫7章。

等《線田加工區(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，融rs?

刀尖角度拐京事&

刀更長度rrIM?！穖x

rH：H「丁

刀柄長度

刀具至長

加工坐標(biāo)系IE起嫡點(diǎn)IxfoTfZ[loo-

[一定]|*|明|

圖6-40”等高線粗加工”對話框中圖6-41”區(qū)域式粗加工”對話框中

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)控加工過程仿真

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

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

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)控加工過程仿真的目的與意義

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

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

作臺之間是否發(fā)生干涉或碰撞等情況是編程人員事先無法預(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，有時還會損壞機(jī)床、刀具及

夾具等。隨著NC編程的復(fù)雜化，NC代碼的錯誤率也越來越高。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Ｓ迷O(shè)備上進(jìn)行的，通過塑模、蠟?zāi)；?/p>

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

工作時間，需要操作人員在整個加工周期內(nèi)進(jìn)行監(jiān)控，而且加工過程中的各種危險(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)零件的試切過程，將數(shù)控加工程序的執(zhí)行過程

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

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

化。觀察者可在屏幕上看到連續(xù)的、逼真的加工過程。利用這種視覺檢驗(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誤的程序指令。目前，數(shù)控加工過程仿真的方法

主要有:刀具軌跡仿真、三維動態(tài)切削仿真和虛擬加工仿真等。

6.3.2數(shù)控加工過程仿真分類

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，加工過程中是否發(fā)生過切，所選刀具、走刀路線、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畫顯示方法，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，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，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，加工過程中是否存在過切。

(3)數(shù)值驗(yàn)證

數(shù)值驗(yàn)證也稱為距離驗(yàn)證，是?種刀具軌跡的定量驗(yàn)證方法。它通過計(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切。

2.三維動態(tài)切削仿真

三維動態(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

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態(tài)地顯示出來，模擬零件的實(shí)際加工過程。三維動態(tài)切削仿真

過程的真實(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)控加工過程的三維動態(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程動態(tài)仿真。當(dāng)前市場匕流行的大多數(shù)高端CAD/CAM集成系統(tǒng)都采

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

等。另一種是同時動態(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)。

如美國的Vericut軟件。近年來，國內(nèi)許多高校和軟件公司也在積極開發(fā)此類軟件，如圖6-

43所示為天津工程師范學(xué)院開發(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)加工過程的仿真技術(shù)。虛擬加工仿真主要要解

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

一個動態(tài)過程，刀具與工件、夾具、機(jī)床之間的相對位置是變化的，工件從毛坯開始經(jīng)過若

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運(yùn)動仿真，它更重視對整個工藝系統(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)，模擬整個工藝系統(tǒng)的狀態(tài)，還可以在一定程度上模擬加工過程中的聲音等，提供

更加逼真的加工環(huán)境效果。

目前，一些專家學(xué)者正在研究開發(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)加工過程仿真時，模擬刀具沿軌跡走刀，實(shí)現(xiàn)對

毛坯的切削的動態(tài)圖像顯示。這個仿真過程是通過軌跡仿真器來實(shí)現(xiàn)的，具體有關(guān)軌跡仿

真器的使用方法，請參考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通過軌跡仿真可以直觀、精確地對加工過程進(jìn)行模擬仿真。不

僅如此，在仿真實(shí)施過程中還可以實(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、快速移動過程中的干涉、刀具無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、等高線粗加工、等高線粗加工2、擺線式粗加工

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

等12種方式。在進(jìn)行軌跡仿真運(yùn)行之前，需要對采取的加工方式設(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

成都會涉及相關(guān)的參數(shù)。

用戶可以單擊“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”，此時彈出如圖6-41所示的對話框。在設(shè)定各種參數(shù)時，結(jié)

合6.1節(jié)的數(shù)控加工基礎(chǔ)知識完成，具體的操作過程在第7章中再詳細(xì)介紹。對話框中各項(xiàng)

內(nèi)容設(shè)定后，單擊“確定”按鈕完成設(shè)置便開始隨后的交互過程;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才開始計(jì)算。這樣就可以將很多計(jì)算復(fù)雜、耗時較長

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

示為U盤模型的粗、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)動方式分為哪幾類？

6-4何謂數(shù)控編程中的刀具軌跡和刀位點(diǎn)？

6-5何謂加工過程仿真?數(shù)控加工過程仿真的目的是什么？

6-6CAXA制造工程師200